隧道噴射混凝土回彈量控制淺析

摘要：目前在我國(guó)隧道施工過程中，噴射混凝土回彈控制一直是施工中難以克服的難題，本文通過施工的實(shí)踐論證，大大降低了噴射混凝土回彈量，保證了施工進(jìn)度，減少了工程投資，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：隧道 噴射混凝土 回彈量 控制

0 引言

噴射混凝土在隧道工程中已得到廣泛應(yīng)用， 技術(shù)日臻完善，但使用中普遍存在著回彈率高的問題(一般在30%以上，甚至有的超過40%)，一直未能很好解決。為減少回彈量，減少空氣中的粉塵，降低隧道掘進(jìn)成本，提高隧道施工效率，談幾點(diǎn)體會(huì)。

1 材料的選擇

1.1 水泥

為確保噴射混凝土的凝固時(shí)間及與速凝劑的相容性，所用水泥應(yīng)具有強(qiáng)度高、早強(qiáng)、和耐久性好的特點(diǎn)，應(yīng)優(yōu)先選用42.5以上的普通硅酸鹽水泥，在地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道中應(yīng)采用早強(qiáng)水泥，使用前應(yīng)做強(qiáng)度鑒定實(shí)驗(yàn)，水泥存放時(shí)嚴(yán)禁受潮和結(jié)塊，也不得把不同規(guī)格、不同廠家的水泥混合使用。

1.2 骨料

石子采用堅(jiān)硬耐久的碎石或卵石，粒徑不宜大于15mm，且級(jí)配良好，砂應(yīng)采用硬質(zhì)潔凈的中砂或粗砂，且細(xì)度模數(shù)宜大于2.5，如細(xì)度模數(shù)太小，則砂的比表面積增大，噴射時(shí)就增大了用水量，水灰比增大，降低了速凝的效果。含泥量要小于3%，含泥量過高會(huì)降低水泥與骨料粘結(jié)程度，增大回彈，含水率一般為5%至7%。

1.3 外加劑

為了降低用水量，降低回彈率和粉塵率，使噴射混凝土早凝早強(qiáng)，必須使用外加劑。應(yīng)采用符合質(zhì)量要求并對(duì)人體危害性很小的速凝劑，摻加速凝劑之前，應(yīng)做速凝劑與水的相溶性實(shí)驗(yàn)及水泥凈漿速凝效果實(shí)驗(yàn)，注意速凝劑效果實(shí)驗(yàn)，初凝時(shí)間不應(yīng)大于5min，終凝時(shí)間不應(yīng)大于10min，保持速凝劑干燥勿受潮變質(zhì)，在噴射混凝土中一般速凝劑最佳摻量應(yīng)與試驗(yàn)時(shí)一致，過多的摻量對(duì)噴射混凝土反而不利，使混凝土出現(xiàn)假凝現(xiàn)象，當(dāng)超過混凝土的自重時(shí)，就大面積的掉落，增大回彈量。另外速凝劑摻入應(yīng)均勻，使速凝劑在拌合料中均勻分散，增加速凝劑的使用效果。

2 施工作業(yè)的控制

2.1 輸料管距離

噴射混凝土過程中，噴漿機(jī)將干料送至輸料管后，干料在風(fēng)壓的作用下被送至到噴頭處，和水充分混合再噴敷到巖壁上。輸送干料時(shí)，風(fēng)壓作用在管內(nèi)截面上的力每點(diǎn)都相同，而混凝土干料中也采用了配比、粒徑均不相同的砂子、水泥和石子，而且顆粒的重量也各不相同，但都承受相同的作用力。所以，這些材料在管道中活動(dòng)時(shí)也會(huì)表現(xiàn)出不同的狀態(tài)，且活動(dòng)也范圍存在差異。一般情況下，水泥在管道上部做懸浮運(yùn)動(dòng)，砂子在管路的中部做半懸浮運(yùn)動(dòng)，石子則在管路的下部做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這樣一來(lái)，已拌制好的混凝土干料又被分開。風(fēng)壓作用于混凝土干料的時(shí)間取決于管路的長(zhǎng)短，管路越長(zhǎng)，作用時(shí)間就越長(zhǎng)，混凝土干料就會(huì)出現(xiàn)更加嚴(yán)重的分離現(xiàn)象，即“管道效應(yīng)”。為使回彈率下降，盡量避免“管道效應(yīng)”，需要按施工要求準(zhǔn)確設(shè)定管道長(zhǎng)度。

2.2 工作風(fēng)壓與噴射距離

粉塵濃度及回彈率主要取決于噴射距離和工作風(fēng)壓。為防止回彈率和粉塵濃度太高，施工時(shí)的工作風(fēng)壓一定要合理可行，噴頭處必須設(shè)置最佳的工作風(fēng)壓。若噴頭處的工作風(fēng)壓達(dá)不到0.04MPa，噴出的混凝土料會(huì)呈平拋運(yùn)動(dòng)，而且將出現(xiàn)很多回彈物，噴敷在巖壁上的混凝土也是骨料少，但灰漿多，強(qiáng)度也不達(dá)標(biāo)，且極易堵塞管路；若噴頭處的工作風(fēng)壓超過0.1MPa，則噴出的混凝土料束出即使呈直線運(yùn)動(dòng)，但由于其速度較快，產(chǎn)生了過大的沖擊力，風(fēng)流又將噴到巖壁上的混凝土沖掉。實(shí)踐表明，若調(diào)整噴頭處的工作風(fēng)壓，使其保持在0.06～0.08MPa，保證噴頭與巖面相距0.8～1.0m，料束往往比較集中，其最終直徑能達(dá)到0.2～0.3m，水泥、砂子及石子始終沿直線運(yùn)動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)分離等問題，此時(shí)料束的沖擊力也達(dá)到了最佳狀態(tài)，混凝土射到巖壁上產(chǎn)生的反射現(xiàn)象也最小，粉塵濃度及回彈率下降。所以，這個(gè)工作風(fēng)壓是噴頭正常工作風(fēng)壓。噴頭正常工作風(fēng)壓與管路損失風(fēng)壓之和就是噴漿機(jī)的工作風(fēng)壓，因此，要判定噴頭工作風(fēng)壓是否正常，首先要分析管路損失風(fēng)壓的大小，這和混凝土配合比、輸料距離、鋪設(shè)質(zhì)量、坡度、管路聯(lián)接、管壁光滑度、管徑等有密切的聯(lián)系。必須根據(jù)“平、直、接頭嚴(yán)”的設(shè)計(jì)要求來(lái)鋪設(shè)管路。如果管路材質(zhì)、光滑度、管徑、配合比都一樣，則管路風(fēng)壓損失主要取決于坡度和輸料距離。

2.3 噴射操作水平

目前國(guó)內(nèi)噴射作業(yè)中，幾乎都是人工作業(yè)，操作時(shí)噴射距離、噴射角度、水量、一次噴厚等，全靠噴射手憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)和控制，因此噴射質(zhì)量與回彈量、與噴射手的技術(shù)熟練程度有很大的關(guān)系。

3 混凝土配合比控制

混凝土配合比與噴射強(qiáng)度、回彈率存在很大的關(guān)系，通過混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)我們得出結(jié)論，水泥、砂子、石子的最佳配合比應(yīng)是1∶2∶2.5，如果摻入適量的速凝劑，就能有效減少回彈率及初凝時(shí)間，增加一次噴射厚度及混凝土早期強(qiáng)度，混凝土也會(huì)更具粘著力，同時(shí)也要注意把握速凝劑的摻入量，摻入過量的速凝劑可能會(huì)破壞后期強(qiáng)度。摻入的速凝劑最好不要超過水泥用量的5%。配置好的混凝土至少攪拌3次，當(dāng)混凝土的顏色均勻、一致時(shí)，即可上機(jī)，注意要均勻上料。試驗(yàn)表明：噴射混凝土的回彈率低、強(qiáng)度高時(shí)，水灰比必須為0.4～0.45。射手可根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)摻入適量的水，同時(shí)對(duì)水閥做一些調(diào)整以控制給水量。日常經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：若摻入的水較少，噴層表面會(huì)產(chǎn)生干斑，也會(huì)增加回彈率；但摻水過多，混凝土?xí)禄瑹o(wú)法噴敷。

很多因素都會(huì)導(dǎo)致回彈率升高，為避免這種情況的出現(xiàn)，必須站在不同的角度探究解決問題的途徑，然后制定相應(yīng)措施進(jìn)行綜合治理，忽略任何一個(gè)方面都會(huì)對(duì)回彈率造成嚴(yán)重的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

本方法通過在施工中的實(shí)際應(yīng)用，加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本。文中有些涉及的參數(shù)也是本人在工程實(shí)踐中通過觀察驗(yàn)證得出的，不當(dāng)之處敬請(qǐng)指正。