濕噴混凝土技術(shù)在向家壩隧道施工中的應(yīng)用

姜昭榮

1 工程概況

噴射混凝土是現(xiàn)代隧道工程施工中最常見(jiàn)也是最基本的支護(hù)形式和方法之一。傳統(tǒng)的干噴工藝存在粉塵大、回彈高、混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定三大技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)濕噴成為解決這一問(wèn)題的根本途徑。重慶—利川鐵路全長(zhǎng) 244.269 km，設(shè)計(jì)為國(guó)鐵 1級(jí)干線，雙線，電力牽引，時(shí)速200 km，建設(shè)總工期4年。渝利鐵路在利川涼霧車(chē)站與宜萬(wàn)鐵路接軌，是構(gòu)成滬漢蓉快速客運(yùn)通道的重要組成部分。向家壩隧道位于重慶市石柱縣沙子鎮(zhèn)境內(nèi)。隧道全長(zhǎng)6 500m，隧道從兩端分別同時(shí)施工。向家壩隧道出口段施工3 250m，Ⅲ級(jí)圍巖3 155m，Ⅳ級(jí)圍巖 55m，Ⅴ級(jí)圍巖40m，共噴射混凝土 14 108m3，設(shè)計(jì)為C 25濕噴混凝土。

2 原材料選擇及配合比確定

1)原材料選擇。選擇原材料的原則是在滿足質(zhì)量要求的前提下，盡可能采購(gòu)當(dāng)?shù)夭牧?，以降低工程成本。水?湖北宜昌華新水泥P.O42.5、表觀密度3.1×103kg/m3。砂:為保證噴射混凝土的強(qiáng)度，選用就近沙子鎮(zhèn)粟新石廠機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù) 3.4，表觀密度 2 600 kg/m3。碎石:為防止噴射混凝土?xí)r堵管和減少回彈，選用就近沙子鎮(zhèn)粟新石廠碎石，粒徑 5 mm～10mm的機(jī)制碎石，要求連續(xù)粒級(jí)，并堅(jiān)硬耐久，表觀密度2 600 kg/m3。外加劑:外加劑對(duì)混凝土拌合物性能起關(guān)鍵作用，施工中選用山西黃騰速凝劑摻量為膠凝材料的 4%，山西黃騰高效減水劑摻量為膠凝材料的0.8%。

2)配合比確定。向家壩隧道噴射混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)25.0MPa，采用濕噴工藝，坍落度設(shè)計(jì)為80mm～130 mm。根據(jù)濕噴混凝土工藝要求，通過(guò)多次試驗(yàn)比較，確定配合比如下:水泥∶砂∶碎石=1.00∶2.24∶1.83。水灰比:0.45。外加劑(摻合料)摻量分別為:速凝劑4%，減水劑0.8%，每立方米水泥用量427 kg。施工中根據(jù)砂、碎石的含水率及時(shí)調(diào)整施工配合比。

3 施工機(jī)械

1)濕噴混凝土攪拌采取全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)，施工配料應(yīng)嚴(yán)格按配合比進(jìn)行操作。2)混凝土運(yùn)輸罐。混凝土運(yùn)輸罐容積為 8m3，罐體在柴油內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)下可以正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中正轉(zhuǎn)可以延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，罐體反轉(zhuǎn)則向混凝土泵料斗中卸料。3)混凝土噴射設(shè)備?；炷羾娚湓O(shè)備為成都巖峰 TK 500濕噴機(jī)。濕噴機(jī)自配流量泵和儀表以控制液體速凝劑的用量，濕噴機(jī)出料能力為4m3/h～4.5m3/h?；炷羾娚涫衷谧灾坪?jiǎn)易臺(tái)架上進(jìn)行噴射作業(yè)，混凝土通過(guò)濕噴機(jī)輸送到噴嘴處，再添加速凝劑和高壓風(fēng)把混凝土噴射到巖面上，完成噴射作業(yè)。

4 濕噴混凝土施工工藝

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖1。

4.2 混凝土拌制運(yùn)輸

混凝土拌制時(shí)按砂→碎石→水泥→水的順序投料，加入減水劑后攪拌2min，最多不能超過(guò)4 min?；炷吝\(yùn)輸過(guò)程中，罐體保持轉(zhuǎn)動(dòng)以防止混凝土初凝。運(yùn)輸過(guò)程中，在攪拌站取部分混凝土樣品袋裝后放置在同批罐車(chē)上，若出現(xiàn)機(jī)械故障，導(dǎo)致混凝土不能及時(shí)噴射時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)樣品是否有變化，坍落度應(yīng)保持在80mm～140mm，若樣品不能使用，則罐內(nèi)混凝土同樣不能使用。

4.3 混凝土噴射工藝

噴射前用高壓風(fēng)或高壓水沖洗巖面。沖洗時(shí)從隧道拱頂開(kāi)始，按從上到下的順序清洗至邊壁底部。試驗(yàn)表明，潔凈濕潤(rùn)的巖面與混凝土粘結(jié)比較緊密。噴射混凝土?xí)r從隧道兩拱腳處開(kāi)始，由下往上噴射，以避免回彈料污染已沖洗干凈的巖面，影響噴射混凝土的質(zhì)量。噴射手應(yīng)盡量使噴嘴與受?chē)娒娲怪?，邊墻噴嘴距離開(kāi)始為1m～1.2m，當(dāng)形成3 cm～5 cm厚的混凝土軟層時(shí)，噴嘴距離變?yōu)?.5m～0.7m，最后要留2 cm～3 cm厚要噴的混凝土?xí)r噴嘴距離回到1m～1.2m噴平整;若噴拱頂時(shí)噴嘴距離在 0.8～1.6為宜?；炷翍?yīng)分片自下往上噴射，噴嘴應(yīng)均勻地呈單向螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)。一般正常工作情況下，邊墻工作風(fēng)壓為0.2MPa～0.4MPa，拱部工作風(fēng)壓為0.3 MPa～0.5MPa。此外，工作風(fēng)壓與噴射管長(zhǎng)度和混凝土和易性有關(guān)，和易性越好，噴射管越短，所需工作風(fēng)壓較低，反之則工作風(fēng)壓越高。噴嘴盡量垂直巖面成 90°角，以確?；炷恋拿軐?shí)效果，噴射時(shí)可以觀察到噴嘴與巖面的角度偏離直角愈多，噴混凝土材料回彈就越大。

噴射混凝土?xí)r應(yīng)根據(jù)圍巖類別及水文地質(zhì)情況，確定適宜的初噴層厚度，初噴層厚度過(guò)薄，粗骨料不易粘結(jié)牢固，會(huì)增加回彈量。初噴層過(guò)厚，混凝土自身重量超過(guò)其內(nèi)部凝聚力或超過(guò)混凝土與巖面的粘結(jié)力，就會(huì)造成初噴層下墜掉落或形成空殼。根據(jù)設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)施工情況，初噴層厚度確定為 3 cm～5 cm，初噴10min～15min后再繼續(xù)噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

4.4 特殊情況下的混凝土噴射工藝

掛鋼筋網(wǎng)地段，噴射后混凝土層面有時(shí)呈波浪形，噴頭垂直于巖面噴射則可使混凝土均勻分布，避免起伏。設(shè)鋼拱架地段，因巖石破碎，混凝土噴射工作顯得尤為重要。噴射混凝土必須從填充巖面空洞、裂隙開(kāi)始。噴頭呈直線狀沿拱架從拱底向拱頂移動(dòng)，注意不要旋轉(zhuǎn)噴頭。鋼拱架與圍巖之間的空隙必須用噴射混凝土填充密實(shí)，對(duì)于鋼拱架的兩側(cè)，必須進(jìn)行兩次或三次補(bǔ)噴，并將鋼拱架用混凝土包裹嚴(yán)實(shí)(又能確保鋪設(shè)防水板時(shí)圓順、密貼)，使其與噴射混凝土構(gòu)成整體受力體系?；炷恋袈洳课坏难a(bǔ)噴，應(yīng)在10m in～15m in后進(jìn)行，立即補(bǔ)噴只能引起更大范圍的混凝土垮落。噴射時(shí)噴頭不能旋轉(zhuǎn)，以免在其周?chē)纬赏拱?。?duì)滲水較小的地方，噴射從無(wú)水處向有水處進(jìn)行;對(duì)滲水較大的地方，采用引流措施后再噴射。

4.5 勞動(dòng)組織

濕噴混凝土勞動(dòng)組織比較簡(jiǎn)單，一臺(tái)機(jī)噴射人員:噴射手1人，指揮 1人，上料人員 1人，合計(jì) 3人;輔助人員:拌合機(jī)司機(jī)1人，拌合站上料裝載機(jī)司機(jī) 1人，混凝土運(yùn)輸罐車(chē)司機(jī) 1人，空壓機(jī)司機(jī) 1人，電工 1人，合計(jì) 5人。以上總合計(jì) 8人。

4.6 施工中應(yīng)著重注意的事項(xiàng)

1)混凝土的拌和質(zhì)量直接影響噴射效果，施工中應(yīng)加強(qiáng)原材料檢測(cè)及混凝土拌和質(zhì)量的控制。2)在系統(tǒng)工作風(fēng)壓不小于0.5MPa時(shí)，才能開(kāi)機(jī)，否則會(huì)造成噴射管堵塞。3)噴射混凝土供料一定要連續(xù)，噴射過(guò)程中經(jīng)常停機(jī)易造成混凝土噴嘴處速凝劑通道堵塞和噴射機(jī)內(nèi)積料嚴(yán)重。4)在噴射混凝土過(guò)程中，要理順噴射管，避免噴射變換位置過(guò)程中使噴射管彎折和蹩勁現(xiàn)象，引起堵管。5)短時(shí)間停機(jī)時(shí)，停主電機(jī)、振動(dòng)電機(jī)、計(jì)量泵，但要保持輔助風(fēng)閥呈開(kāi)啟狀態(tài)，以防止速凝劑管路堵塞。6)使用噴射機(jī)噴射混凝土?xí)r噴頭不能對(duì)著人和設(shè)備。7)噴射手必須戴好面具，避免回彈傷人，吸塵危害健康。

5 噴射混凝土質(zhì)量評(píng)定

5.1 抗壓強(qiáng)度

石塊制作采用噴大板切割法，也可采用鉆芯取樣，統(tǒng)計(jì)DK229+950～DK230+000段混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，該段噴混凝土抗壓強(qiáng)度平均值為30.7MPa。

5.2 噴層厚度

噴射混凝土厚度檢查，在有錨桿地段利用錨桿露頭，其余地段采用鑿孔法檢測(cè)厚度。鑿孔檢查宜在噴后 8 h之內(nèi)檢查，用短鋼釬將孔鑿出，發(fā)現(xiàn)厚度不足時(shí)可立即補(bǔ)噴。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土表面有裂縫、脫落、露筋、滲漏水情況，應(yīng)立即予以修補(bǔ)、鑿除重噴或進(jìn)行整治。

5.3 混凝土與巖石粘結(jié)強(qiáng)度

采用鐵錘敲擊混凝土檢查，未發(fā)現(xiàn)空洞，表明混凝土與巖石粘結(jié)效果良好。

5.4 噴射材料的回彈率

經(jīng)檢查，材料回彈少，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)回彈率平均邊墻為 10%，拱部為15%左右。

6 需要解決的問(wèn)題

1)濕噴混凝土設(shè)備相對(duì)較復(fù)雜，維修保養(yǎng)困難，積極探索維修保養(yǎng)規(guī)律，使之能夠保持良好的工作狀態(tài)。2)濕噴混凝土對(duì)粗骨料、坍落度要求較高，風(fēng)壓及風(fēng)量要求較大。3)有水地段濕噴混凝土效果差，應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)完善濕噴混凝土施工工藝，使其能夠適應(yīng)不同地質(zhì)地段施工。4)濕噴混凝土使用的液態(tài)速凝劑成本過(guò)高，而且對(duì)噴射手的身體傷害較大。

7 結(jié)語(yǔ)

濕噴混凝土技術(shù)在渝利鐵路向家壩隧道的應(yīng)用，較好地解決了干噴混凝土存在的不足，也取得了一些施工經(jīng)驗(yàn)，但由于對(duì)濕噴混凝土工藝的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用時(shí)間有限，諸如防止堵管、有水地段噴射混凝土工藝的研究都將是今后施工中急需解決的問(wèn)題。濕噴混凝土由于粉塵少、回彈低、對(duì)環(huán)境污染少、混凝土質(zhì)量穩(wěn)定可靠，雖然目前還處在推廣階段，但是作為一種新的施工工藝，其應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。

[1] 陳建平，吳 立.地下建筑工程設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2000.

[2] 高 波，關(guān)寶樹(shù)，鐘新樵.鐵路隧道 200號(hào)噴混凝土現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)強(qiáng)度的概率特性統(tǒng)計(jì)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)?？?，1994 (10):10-14.

[3] 孫 君.淺談新奧法在兩頭烏隧道進(jìn)洞施工中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009，35(10):317-318.