高頻振搗系統在隧道二襯施工中的應用

摘要：本文介紹了高頻振搗器在隧道二襯混凝土施工中的應用效果及推廣經驗。

關鍵詞：高頻 振搗 隧道 二襯

高頻振搗系統由高頻振動電機和高頻變頻柜組成。高頻振動器目前廣泛應用于高速鐵路的箱梁、T梁、軌道板，高速公路的T梁、箱梁、工字梁、空心板梁，水電大壩等大型水泥構建的預制和建設，從使用效果來看，高頻振搗系統具有振頻高、激振力大、輻射范圍大、振幅小、工作效率高、壽命長等特點，可大大提高混凝土的密實度和表面光潔度。另外由于高頻振動器振幅小，可減小鋼模板形變，延長鋼模板使用壽命。目前未見應用于隧道二襯混凝土振搗的先例，沒有現成的經驗可供借鑒，有必要將高頻振動器引入隧道二襯施工領域，進行研究和試驗。

1 蘭新二線二襯砼施工現狀及采取的對策

蘭新鐵路第二雙線甘青段沿線地質條件復雜，氣候環境惡劣，集高原、高寒、凍融、風蝕等自然災害于一體，二襯混凝土施工質量是蘭新鐵路甘青段隧道施工控制的重大問題。目前全線二襯混凝土施工搗固方式基本采用插入式振搗棒結合普通附著式振動器的方式進行，而且由于現場工人對于附著式振動器時間不易控制，容易造成過振，出現“砂線”，很多時候附著式振搗器成為擺設。而完全依靠傳統的插入式振搗棒振搗有以下弊端，二襯厚度較小，一般只有35cm～55cm厚，臺車混凝土窗口間距較大，插入式振動棒無法全面覆蓋，容易造成漏振；而且在有鋼筋襯砌中搗固更是不易，即使搗固也是窗口左右50～80cm范圍，兩窗口間的混凝土搗固不到位。因此脫模后二襯表觀質量較差，邊墻容易出現蜂窩麻面、露骨的情況，拱頂則經常會出現脫空現象，混凝土強度及電通量難以達到設計要求。

針對蘭新二線隧道二襯施工現狀，業主單位曾召集國內知名專家進行專題研討，會議一致認為混凝土澆筑過程振搗質量是影響混凝土強度的關鍵因素。振搗的目的是減少混凝土內部的孔隙，并使混凝土與鋼筋及預埋件緊密結合，從而保證混凝土的最大密實度，提高混凝土質量。隧道二次襯砌混凝土質量的提高也應以振搗質量為主線，積極改進施工工藝，并建議在鋼筋砼襯砌段，采取以附著式振搗為主（采用帶電子控制柜的高頻振搗系統），插入式振搗為輔的振搗方式。

按照會議精神，我單位在陳家山隧道進口二襯臺車上安裝了高頻振搗器，為全線推廣使用高頻振搗器進行試驗和總結。

2 高頻振搗器設備選型及工藝確定

2.1 設備選型 目前市場上有多種型號高頻振搗器，例如：CGZ-110、CGZ-150、ZKF150-15、ZKF-150-20等，通過比較，最后選用激振力較為適中的行星式ZKF150-15型作為隧道臺車用高頻振搗器，并與兩臺DBP系列變頻柜配套使用，考慮每組臺車安裝40臺，因此采取一拖20的組合模式，左右側各用一臺變頻柜控制20臺高頻振搗器。

2.2 安裝及調試

2.2.1 布置方式。高頻振動器平面布置間距一般為2.0m左右；以長度12m模板臺車為例：縱向布設5臺；環向布設在上下層入灰口（砼注入窗口）中部處；環向共10層（共需50臺），分層錯位布設，拱部間距稍大。振動器底座采用厚16mm鋼板加工制作，寬度為200mm，長度根據上下槽鋼間距確定，螺栓連接緊固，經常檢查，防止松動（安裝布置圖如下）。

2.2.2 固定方式

ZKF150-15高頻振動器體積小，重量輕（僅21KG/臺），每臺振搗器在模板上僅需一個或者2個螺栓固定即可使用。但由于高頻振動器激振力強，地腳螺栓必須有足夠的強度并與鋼板擰緊，鋼板再與臺車模板通過肋板焊接在一起，在振搗作業前，必須鎖緊夾具，以保證模板和混凝土與臺面一起振動。

高頻振動器與模板臺車按照布置圖安裝、固定完成后，振動器與電控箱采用截面不小于16mm2的銅線連接，并通過16A工業插頭連接到電控箱上，振動器外殼應可靠接地或接零，高頻變頻柜主電纜線采用最小截面6mm2以上銅線連接。變頻器內部參數出廠時已設定完畢，無需調整。

2.2.3 試振。高頻振動器與模板臺車按照布置圖安裝固定完成后，按要求接入電源，第一次使用前，檢查控制系統是否正常，斷開變頻柜前面工業插座上面的各路控制振動器的空開開關。接通變頻柜上的總電源，打開總開關，確認電壓表、電源指標燈顯示是否正常，按變頻柜上面板的啟動按鈕進行啟動，看上面的運行指標燈是否運行正常。變頻柜的啟動屬于軟啟動特性，振動器從啟動到結束經歷一個由低速到高速，然后勻速轉動工作，最后自由停止的過程。如果在運行過程中，操作錯誤或電源缺相及其他原因造成變頻器故障蜂鳴報警，需按面板上的故障復位按鈕來恢復到正常狀態，系統才可重新啟動。經過調試正常后即可投入現場使用。

2.3 操作方法

輸送泵接管→將出砼口彎管逐次接1-1#～1-4#入砼串桶上→泵送混凝土→高頻振搗器搗固■關閉1-1#～1-4#窗口→將出混凝土口彎管逐漿接入2-1#～2-4入砼串桶上→泵送混凝土→高頻振搗器搗固■關閉2-1#～2-4窗口→將出混凝土口彎管逐漿接入3-1#～3-4#入砼串桶上→泵送混凝土→高頻振搗器搗固■關閉3-1#～3-4#窗口→將出混凝土口彎管逐漿接入4-1#～4-4#入砼串桶上→泵送混凝土→高頻振搗器搗固■關閉4-1#～4-4#窗口→將出混凝土口彎管逐漿放入GD5-1#～GD-3#入砼口→泵送混凝土→高頻振搗器搗固■關閉GD5-1#～GD-3#窗口→澆筑完畢。

3 現場試驗情況及需要注意的問題

3.1 試驗對比情況

3.1.1 插入式振搗器。陳家山隧道二襯混凝土前期施工均采用插入式振搗器振搗。該方法對于素混凝土地段振搗效果較好，而對于鋼筋混凝土，由于鋼筋干擾影響，兩層窗戶中間無法滿足振搗棒 “垂直插入、快插、慢拔、三不靠”要求，造成局部漏振，混凝土表面出現蜂窩、麻面及強度不一致等質量缺陷。

3.1.2 高頻振搗器試驗情況。高頻振動器在陳家山隧道進口安裝完成后共進行了3次試驗，經比較后第三次試驗砼表觀質量為最佳，具體參數如下：

采用對稱澆筑，并分層振搗，第一層和第二層窗口均采用溜槽灌入，其他層窗口采用輸送管直接泵入，待混凝土澆筑到高出振搗器約1m處，開動該排高頻振動器同時振動15秒，脫模后觀表面整體平整度及光潔度較好。

3.1.3 取芯強度對比情況。在DK245+878～890（為采用振搗器）及在DK245+890～902（采用振搗器）取芯三組（芯樣如圖9），進行強度抗壓試驗，結果如下：

由上表可以看出，采用振搗器振搗后強度較無振搗器強度有提高，芯樣也明顯振搗密實，氣泡少。

3.2 需要注意的問題 ①由于高頻振搗器采用螺栓固定，因此每次混凝土澆筑前要對所有的螺母進行檢查并擰緊，避免振搗器使用過程中脫落。②使用高頻振動器模板有一定的振幅，因此要求對模板進行加固檢查，為避免臺車發生偏移，臺車兩端絲杠以斜撐方式進行加固。③在第一次使用前，應檢查控制系統是否正常。程序如下：接通控制操作柜電源，確認電源指示顯示正常；斷開所有預置開關，啟動控制操作柜。再依次啟動，檢查振動器是否工作正常。④系統采用變頻控制器控制，電機啟動為軟啟動特性，在振動器啟動后，不允許在中途增加啟動其他振動器。⑤在砼澆筑前應認真檢查模板臺車就位是否符合要求，檢查項目包括臺車空間位置、結構尺寸符合設計要求，堵頭板加固牢靠，走行部分鎖定，底部支撐牢固、不漏漿。⑥嚴格二襯澆筑工藝，堅持“對稱、分層、連續、振搗”之原則，嚴格值守制度，禁止違規操作。⑦振動時間的確定：在二襯混凝土澆筑過程中，應根據模板剛度、振動器安裝位置、混凝土坍落度、振動器臺數等具體情況來確定。根據現場實際情況，在澆筑到第一層入灰窗口下緣時，人工配合插入式振搗棒攤平混凝土表面，啟動控制操作柜面板上的開關，分層分組振動；若坍落度在16-18cm時，振動時間宜設置為25-40秒；振動第二層時可按以上方法依次進行；但應注意下層不能復振。⑧砼攪拌和運輸時間要嚴格控制，和易性要好，坍落度應適當。⑨在變頻器啟動進行中嚴禁拔插連接振動器16A工業插頭，由于變頻器是采用軟啟動，振動器直接通電啟動會產生極大的扭距，從而造成振動器損壞，瞬時沖擊電流過大也易擊穿變頻器整流橋而產生爆炸。

4 工藝改進及推進計劃

4.1 工藝改進 由于目前臺車安裝的高頻振動器數量一共40臺，總共試驗3板混凝土，對整個工藝的掌握還處于摸索階段，因此，有必要進一步繼續開展相關研究，掌握最佳振搗時間及振搗的順序（單排一起振搗好，還是單個分別振搗好）。

4.2 推進計劃 根據目前初步振搗效果，采用高頻振搗器能提高混凝土振搗效果及強度，對管段內所有二襯臺車安裝高頻振搗器，每組臺車振搗器設備及安裝費用約7萬元，分項如下：

振搗器：730元/臺×40臺=29200元

1拖20控制柜：18000×2=36000元

16mm2電纜：800m×3.5元/m=2800元

6mm2主電纜：50m×8.6元/m=430元

鋼板：50塊×50元塊=2500元

螺栓：100個×3.5元/m=350元

合計：71280元

由于振搗器用量較大，因此有必要進行市場調研，在確保產品質量的前提下降低采購單價從而控制總成本。

參考文獻：

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