嚴寒地區冬季隧洞濕噴施工技術研究

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

隨著社會的發展與施工技術的進步，越來越多的現代化施工企業選擇噴射混凝土機械手進行混凝土濕噴法施工。濕噴法混凝土采用拌和站拌制、罐車運輸、噴射混凝土機械手噴射的方法進行施工，具有混凝土拌和質量好、噴射施工速度快、回彈量低、施工過程粉塵少等優點，因此，混凝土干噴法施工在發達國家已基本被淘汰，濕噴逐漸代替干噴，機械逐漸代替人工是發展趨勢。

濕噴法噴射混凝土是在拌和樓安裝配合比拌和混凝土，采用罐車運輸等方式運輸至工作面，在工作面加液態速凝劑進行噴射混凝土施工。而混凝土施工、液態速凝劑的施工條件對溫度的要求極為苛刻，在低于0℃以下時，混凝土中的水不會發生水化作用，液態速凝劑會凝固無法發揮速凝的作用。因此，在以往施工過程中，往往采取冬季停工、待第二年溫度達到正溫以后再繼續施工的方式，這種方式會嚴重影響工期。

1 工程概況

本文研究的引水隧洞工程位于新疆北疆地區，馬蹄形斷面，全長7120m，開挖洞徑8.4～8.9m，縱坡l/5600，無施工支洞，均為鉆爆法施工。新疆北疆地區冬季極其寒冷且漫長，冰雪時間長達5～6個月，極端最低氣溫-40℃，每年的有效工期僅6～7個月。對于隧洞暗挖工程，因工作面有限而無法采用增加資源配置的方法加快工期，因此冬季能夠正常施工對于保證工期而言尤為重要。

2 濕噴法噴射混凝土冬季施工方法

當室外日平均氣溫連續5天穩定低于5℃即進入冬期施工，當日間最低氣溫均低于-3℃是進入冬季施工的標志。

冬季施工條件是否成熟要綜合考慮本地區隧道冬季施工的可行性、質量及安全保證措施等方面。目前混凝土低溫季節施工的技術方法主要有調整混凝土配合比、蓄熱法、摻防凍劑、暖棚法等。針對本工程的特點，采用了封閉暖棚法與蓄熱法相結合的冬季施工保溫技術。

a.采用暖棚法、電加熱法、蒸汽法，提高冬季混凝土施工時的環境溫度，使混凝土在正溫下發揮水化熱作用，這類方法適用的環境溫度為0～25℃。

b.采用負溫養護法，利用防凍劑的性能，使混凝土在負溫下硬化。這類方法只是單純應用防凍劑的性能，使用的溫度為-15℃。

c.采用蓄熱法、綜合蓄熱法、廣義綜合蓄熱法，通過提高混凝土入模前的溫度，對混凝土進行蓄熱保溫，或者添加防凍劑，根據防凍劑的性能使混凝土在受凍前達到臨界抗壓強度。

3 工程冬季施工技術原理

在每年的11月至次年3月新疆溫度較低的情況下，施工機械需安裝加熱啟動系統，使用-35號柴油，使機械冬季啟動不受限，同時給自卸汽車安裝防滑鏈。冬季施工安裝鍋爐，對拌和站進行暖棚全覆蓋，用鍋爐及暖氣系統進行棚內保溫，對骨料、水進行加熱。施工道路及時清冰清雪，保證在11月中旬至次年3月能正常施工。施工資源配備要留有充分余地，以便出現更為復雜的情況時，能及時采取有效措施，確保施工工期。隧洞冬季施工主要從臨建設施保溫系統、冬季供水系統、洞內保溫系統等方面進行研究。

3.1 拌和站、隧洞洞口進行全封閉以隔離外界冷空氣

為保證冬季施工順利進行，采用封閉法隔離外界冷空氣，對骨料倉、拌和站、隧洞洞口采用輕型鋼結構進行全封閉。

3.1.1 拌和站、骨料倉暖棚

拌和站、骨料倉均采用下部漿砌石、上部彩板暖棚的方式進行保溫，暖棚整體采用輕型鋼結構，頂棚為弧形，在冬季需定期對棚頂的積雪進行清掃，以防積雪過多對暖棚結構穩定性造成損害。

該工程拌和站根據現場實際情況，確定拌和站暖棚的尺寸為30m×24m×9m(長×寬×高)，骨料倉暖棚尺寸為48m×15m×8m(長×寬×高)，料倉口設一扇大門，大門采用對開式。暖棚下部采用漿砌石，砌筑高度為1.2m，漿砌石上部采用腳手架鋼管做支撐結構，外鋪10cm厚的玻璃絲棉彩板。

3.1.2 隧洞洞口封閉

對隧洞洞口設置遙控升降門，無車輛通過時將洞口進行封閉，以隔離外界冷空氣。

3.2 采用整體加熱系統對全封閉拌和站、隧洞進行保溫

在拌和站暖棚內設一臺6t的蒸汽鍋爐及暖氣系統用來保持站內溫度；在砂石料堆下設置了20cm厚的混凝土，混凝土中設置了地暖，對砂石料進行升溫。

同時，為保證封閉空間內的保溫效果，在拌和站、骨料倉暖棚內4個角各設置一座火爐，保持棚內溫度。

3.3 混凝土拌和用水保溫

從水源點引至高位水池的供水線路全部用玻璃絲棉和保溫材料進行包裹，并纏繞一層電熱絲，挖1.5m深的地溝將線路掩埋至凍土層以下，避免因氣溫過低而凍管。

洞口的高位水池埋至地下，水池結構以上填埋1.5m厚的覆蓋土進行保溫。

在拌和站內單獨設置一臺2t的鍋爐，用來加熱混凝土拌和用水，鍋爐工人持證上崗，實行兩班倒制度，每班設置2名鍋爐工人。

3.4 冬季噴射混凝土的配制、拌和及運輸

3.4.1 噴射混凝土的材料要求

a.水泥：選用強度等級42.5以上的普通硅酸鹽水泥。

b.骨料：選用清潔、級配良好，質地堅硬，不含有易被凍壞的礦物。

c.拌和水：用水需加熱。

d.外加劑：選用符合質量標準的外加劑。

3.4.2 冬期施工噴射混凝土配合比的選用

使用符合設計要求的施工配合比，根據現場實際情況由試驗室統一調配混凝土配合比。

3.4.3 冬季施工噴射混凝土的拌和

冬季施工中拌制噴射混凝土所用的材料如砂、石、水等均保持正溫，為了保證噴射混凝土拌和物噴射溫度不低于10℃，出罐溫度一般要控制在13～18℃。為保證出罐溫度，首先考慮對拌和用水加熱，如仍不能滿足需要時，再考慮對骨料加熱。冬季混凝土攪拌的注意事項如下：

a.水泥只能保溫，不得加熱。

b.當骨料加熱時骨料溫度不高于60℃，攪拌用水加熱時水溫不高于80℃；當骨料不加熱時，水可加熱到100℃，但水泥不與80℃以上的水直接接觸，投料順序為先投骨料和已加熱的水，經拌和后，再投入水泥拌和。

c.混凝土拌和前，需用熱水或溫水沖洗攪拌機。

d.對剛入倉的有凍塊的骨料進行清理，不得裝入攪拌機內攪拌。

e.根據噴射混凝土噴射當天的實際溫度，換算出各項材料需加熱的溫度，但不得超過上述的最高溫度規定。

3.4.4 冬季施工噴射混凝土的運輸

當外界溫度降至0℃以下，混凝土罐車(10m3)采用專用保溫被保溫，適當調高拌和機出機口處溫度，防止運輸過程中溫度損失過多造成混凝土拌和物上凍。

冬季施工前，對所有施工道路進行整修，坡度較大處進行重點整修，降低坡度，局部道路坑洼地帶采用石渣料填筑，防止雨雪天氣積水上凍，影響車輛行駛安全。雪天噴射混凝土時，專門配置一臺液壓反鏟和裝載機用于道路維護，裝載機及時清除路面積雪和冰凌，裝載機在路面上撒干燥的砂石料以及人工配合撒工業鹽，確保噴射混凝土運輸道路暢通。

噴射混凝土所用的砂石骨料在進行冬季施工前，需進行足夠的儲備，以滿足冬季混凝土施工的需要。成品料堆應有足夠的堆存高度，用苫布加一層草墊進行覆蓋保溫，防止出現過深凍層，確保砂石骨料內不含有冰雪和凍塊。預熱過的砂石骨料，與拌和機的距離應盡量縮短并避免倒運或減少倒運次數。拌制噴射混凝土前，用熱水沖洗拌和機，將冰水或積水排除；噴射混凝土拌和時間要適當延長，延長的時間由試驗室試驗確定。嚴格按照拌和站以及噴射混凝土相關規范，對每一罐的噴射混凝土進行量測，測量內容為棚內溫度、砂石骨料溫度、水泥溫度、水溫、出機口溫度以及混凝土入濕噴機的溫度，不符合要求的不能進行下一道工序施工。

3.5 隧洞保溫

由于當地冬季氣溫較低，為確保隧洞冬季施工質量、進度以及人員機械的安全，隧洞需要制定以下保溫措施：

a.供水管路保溫采用雙層設置，內層用電熱絲加溫，外側采用橡塑保溫套管，其外采用綁扎進行防護。

b.對洞口的排水、送水管用棉被包裹捆扎，防止管內水凍結。3號隧洞進口、出口以及2號出口段進入冬季施工時，如洞內掘進長度較小，可在洞門掛棉門簾保持洞內溫度，使其適合混凝土施工以及鋼筋焊接，并防止洞內水管凍結，但要注意洞內通風。安排人員在洞口指揮洞內外車輛進出。

c.冬季在洞外轉渣場設2～3人進行專門維護，及時清理路面及施工道路上的冰雪和雜物。必要時用裝載機清除路面和渣場的冰雪，以免路面結冰和場地結凍過深對施工機械和作業人員作業不利。

3.6 施工機械冬季施工措施

冬季施工對機械的使用也有嚴格的要求，首先要加強低溫氣候下施工機械的保護、蓄電池的維護，其次要正確選用合適牌號的輕柴油，并且要使用啟動燃料，在柴油機啟動前進行預熱。

4 冬季隧洞濕噴法施工工藝流程

4.1 工序流程

冬季隧洞施工首先要對拌和站、隧洞工作面、罐車運輸過程、各種原材料儲存區等進行保溫，保證在正溫情況下進行拌料，其次在運輸和噴射混凝土過程中也要采取必要的保溫措施來保證施工質量。施工工藝見圖1。

圖1 冬季濕噴法噴射混凝土示意圖

4.2 操作要點

4.2.1 現場各工作面的保溫

冬季進行濕噴法噴射混凝土，最需控制的項目是拌和站、隧洞、罐車、工作面的保溫工作，只要保證了溫度，濕噴法噴射混凝土施工便可取得在正常氣溫下的施工效果。以下部位的保溫是施工中的重點：拌和站、空壓機房保溫暖棚；施工供水保暖系統；洞內保溫。

4.2.2 溫度對速凝劑用量的影響

以20℃為標準，溫度下降10℃，增大摻量0.5%以上；溫度升高10℃，減小摻量0.5%左右。有堿液態速凝劑因其摻量可調范圍較小，在冬季施工時，往往很難控制，時常會出現混凝土不凝現象；無堿液態速凝劑只需隨著溫度下降而增加摻量，容易控制，增加摻量不會出現混凝土不凝結、往下掉的現象。

5 混凝土冬季施工其他注意事項

a.根據確定冬季施工的工程項目及安全防護規程，確定詳細的冬季施工方案，并對相關人員進行冬季施工技術培訓和交底。

b.成立冬季施工組織機構，配備施工現場測溫人員，及時掌握氣溫變化情況，加強測溫人員與供熱、保溫人員聯系。

c.進入冬季施工前，對施工人員、測溫保溫人員、鍋爐司爐工等人員，專門組織技術業務培訓班，學習冬季施工的業務知識，明確職責，經考試合格后方準上崗工作。

d.與當地氣象站保持聯系，及時收集氣象資料，防止寒流襲擊。安排專人測量施工期間的室外氣溫、混凝土溫度，并做好記錄。

e.充分考慮本地氣候、交通條件，做好工程材料(砂石料、水泥等)及防凍、防寒、防滑、取暖、保溫材料的儲備。

f.全面檢查冬季施工所使用的各種機械設備，對有問題的機械設備及時修理，決不使用帶故障、存隱患的設備。

g.檢查場區內所有生活設施(供水、供電、供暖等設施)對于冬季寒冷環境的防護情況，及時更換破損設施，做到心中有數，不留安全隱患。

h.做好冬季施工噴射混凝土配合比的選配工作。

i.做好拌和系統、料倉、綜加廠、空壓機房、工作面的保溫工作。

6 結 語

該工程實施暖棚法和蓄熱法相結合的方法后，當外界氣溫為-23℃以上時，內部溫度保持在10～13℃，當氣溫在-24～-32℃時，暖棚內加了6個火爐，暖棚內溫度保持在9～11℃。拌和時用65～70℃的熱水進行拌和，出氣口溫度能達到10℃左右，保證了冬季混凝土施工的正常溫度。

通過研究嚴寒地區冬季隧道工程濕噴法噴射混凝土施工中的技術難題，總結出在施工過程中采取暖棚法來保證混凝土拌和、運輸、噴射全過程的保溫，保證達到規范要求的施工環境溫度，最終在嚴寒隧道隧洞工程冬季施工中達到保證濕噴法噴射混凝土質量的目的，取得了預期的經濟效益和社會效益。