天山勝利隧道敞開(kāi)式TBM濕噴系統(tǒng)堵管原因分析及對(duì)策

陸帥，彭飛

（中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司，江蘇 常熟 215557）

0 引言

烏魯木齊至尉犁高速公路全長(zhǎng)324km，高速公路穿越天山，天山勝利隧道是全線重點(diǎn)控制性工程。天山勝利隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，凈空11.0（寬）×5.0m（高）。左線隧道長(zhǎng)度22630.00m，最大埋深約1141.37m；右線隧道長(zhǎng)度22690m，最大埋深約1144.33m。中導(dǎo)洞采用TBM施工工法，開(kāi)挖直徑8430mm。隧道呈人字坡形式，坡度+1.6%和-0.5%。

天山勝利隧道中導(dǎo)洞采用中交天和自主研發(fā)的TBM進(jìn)行施工，TBM上配置的混噴裝置是機(jī)、電、液一體化設(shè)備，采用兩臺(tái)瑞士生產(chǎn)的Aliva-272濕噴泵，單臺(tái)最大流量20m3/h，最大出口壓力8MPa，在L1區(qū)配備兩個(gè)應(yīng)急混噴噴頭，在L2區(qū)配備2個(gè)機(jī)械手噴頭，可覆蓋9.5m長(zhǎng)，240°范圍內(nèi)的噴混要求。由于中導(dǎo)洞在貫通后才進(jìn)行二襯施工，中導(dǎo)洞還將為兩邊主洞爆破法施提供作業(yè)面，所以對(duì)混噴的質(zhì)量要求較高，TBM施工速度較快，同時(shí)對(duì)初支噴混的施工效率也提出了更高要求，TBM濕噴系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的濕噴臺(tái)車(chē)，具有管路長(zhǎng)、線性復(fù)雜，與掘進(jìn)施工同步進(jìn)行等特點(diǎn)，因此如何控制噴混系統(tǒng)的完好率，提高噴混作業(yè)的效率是本工程成敗的關(guān)鍵[1]。

本文將對(duì)噴混試驗(yàn)段施工作業(yè)過(guò)程中堵管原因做了全面總結(jié)分析，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題采取的相關(guān)措施，從而大大提供了施工效率，為后續(xù)施工創(chuàng)造了有利條件。

1 濕噴混凝土技術(shù)原理

TBM濕噴混凝土施工技術(shù)，是將攪拌好的混凝土送入濕式噴射機(jī)，用壓縮空氣在噴嘴處與從計(jì)量泵壓到噴嘴的速凝劑進(jìn)行混合后噴到圍巖上，從而進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)圍巖的支護(hù)能力，保證施工安全的一種施工方法。

2 堵管原因分析及對(duì)策

噴射混凝土作業(yè)過(guò)程是由各個(gè)環(huán)節(jié)相串聯(lián)的因素組成，所以造成混凝土堵管的因素是多方面的，該問(wèn)題是個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題，每一個(gè)小的環(huán)節(jié)都會(huì)造成堵管從而導(dǎo)致施工不暢[2]。本工程在進(jìn)行試驗(yàn)段施工時(shí)管路極易發(fā)生堵塞，給連續(xù)施工造成很大的困擾，通過(guò)對(duì)輸送管路、混凝土配合比及施工操作流程等方面原因分析，并采取了相應(yīng)的優(yōu)化對(duì)策。

2.1 管路原因分析及對(duì)策

噴混系統(tǒng)配置兩臺(tái)瑞士生產(chǎn)的Aliva-272濕噴泵，混凝土輸送管路各長(zhǎng)50米，管道外徑89mm，壁后4.5mm，泵口與噴混橋段采用軟管連接，直線段鋼管連接，在試驗(yàn)段施工中經(jīng)常出現(xiàn)堵管，尤其在管路接頭，軟硬管連接段[3]。

經(jīng)總結(jié)排查原因分析得出堵管的幾點(diǎn)影響因數(shù)：輸送管路密封不嚴(yán)也是造成堵管的一個(gè)因素，輸送管路密封不嚴(yán)導(dǎo)致混凝土漿中較稀部分從縫隙中漏出，而靠近管卡處漿液稠，增加輸送難度；管路的流線型對(duì)于混凝土的順利輸送也很重要，特別是對(duì)于焊接硬管，焊縫凹凸不平，或焊縫過(guò)于集中，加上處于變徑處、彎折處，流線型上的不合理效果會(huì)放大。

圖1 混噴管路布置圖

根據(jù)影響因數(shù)針對(duì)性采取了相應(yīng)措施：排查更換管路接頭，從幾個(gè)方面檢查、控制：①零件檢查，確保膠圈及配套管卡，法蘭尺寸正確；②安裝檢查，安裝好后，管卡卡縫＜3mm；③效果檢查，泵水時(shí)至少呈滴水狀，間隔＞3s。排查管路的線型，尤其是軟管，主要從幾點(diǎn)排查、控制：①應(yīng)滿足壓力要求、尺寸合理、質(zhì)量輕、折彎半徑小。在滿足輸送壓力要求和管內(nèi)徑、接頭尺寸的前提下，應(yīng)盡量選擇質(zhì)量輕、折彎半徑小的輸送軟管；②檢查管路內(nèi)側(cè)磨損，有無(wú)鋼絲或其他凸起，將軟管平直擺放到一平面上，一端用燈光向里面照射，從另外一端進(jìn)行觀察[4-6]。

2.2 配合比原因分析及對(duì)策

配合比設(shè)計(jì)：噴射混凝土，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C25，坍落度要求80～120mm。

水泥：選用新疆和靜天山水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)P?O42.5普通硅酸鹽水泥。

細(xì)集料：選用項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)砂石加工廠生產(chǎn)的機(jī)制砂。

粗集料：選用項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)砂石加工廠生產(chǎn)的碎石。

水：自來(lái)水。

外加劑：采用山西康特爾精細(xì)化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的KTPCA聚羧酸高性能減水劑。

速凝劑：采用中交二航武漢港灣新材料公司生產(chǎn)的CP-YS無(wú)堿型液體速凝劑，摻量8%。

表1 優(yōu)化前噴射混凝土配合比

通過(guò)前期試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)看，由于本項(xiàng)目客觀條件限制采用機(jī)制砂拌制，現(xiàn)場(chǎng)混凝土粘聚性、保水性、流動(dòng)性較差，目測(cè)比較干澀，易于堵管，尤其在堵管部位混凝土失水很?chē)?yán)重，處于離析狀態(tài)。通過(guò)試驗(yàn)段的總結(jié)，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了一些優(yōu)化，主要采取提高5%砂率、慘加10%粉煤灰進(jìn)行了、對(duì)塌落度設(shè)計(jì)調(diào)整至100～140mm，提高砂率增加混凝土的流動(dòng)性，優(yōu)化粗細(xì)骨料的集配，摻加粉煤灰以形成混凝土的“滾珠”效應(yīng)，調(diào)高混凝土的泵送性能。

考慮到慘加粉煤灰后與外加劑和速凝劑反應(yīng)有一定影響，因此對(duì)適應(yīng)性也進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)室試配各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)工作性及相關(guān)指標(biāo)較好滿足施工需求。

2.3 施工操作原因分析及對(duì)策

表2 優(yōu)化后噴射混凝土配合比

試驗(yàn)階段噴混施工由于設(shè)備、人員處于磨合階段，存在施工操作原因造成的堵管也比較頻繁，通過(guò)總結(jié)分析存在幾點(diǎn)不足：①操作人員注意力不集中，未能按照規(guī)范流程處理突發(fā)事件；②泵送速速控制不當(dāng)；③泵車(chē)料斗余料控制不當(dāng)；④泵送暫停時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，未采取有效措施；⑤清洗管路未清洗干凈[7]。

通過(guò)原因分析制定了相關(guān)對(duì)策：①對(duì)關(guān)鍵流程制定了相關(guān)操作流程的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)并進(jìn)行技術(shù)交底，如遇到泵送壓力發(fā)生陡增現(xiàn)象，應(yīng)立即停泵進(jìn)行2～3次反泵，如仍不暢通，立即清洗管路，避免堵塞嚴(yán)重。②泵送時(shí)速度控制避免忽大忽小，開(kāi)始泵送時(shí)速度應(yīng)循序漸進(jìn)待管路順暢噴混正常后逐漸提高。③泵車(chē)料斗余料不足泵口急易吸入空氣造成管路堵塞，當(dāng)混凝土供應(yīng)不足時(shí)應(yīng)降低泵送速度，保證料斗余料高度超過(guò)攪拌葉。④當(dāng)其他因數(shù)發(fā)生停機(jī)時(shí)，應(yīng)每隔3～5min泵送一次，保證管道混凝土工作性，防止板結(jié)。⑤一個(gè)工作班結(jié)束后，管路清洗要嚴(yán)格按照操作流程確保清洗干凈，避免發(fā)生堵塞。

此外，還應(yīng)加強(qiáng)混凝土過(guò)程管控，主要有有兩方面：一是加強(qiáng)原材料檢測(cè)，進(jìn)入攪拌站的所有原材料嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)手段對(duì)每批次的材料按照規(guī)范要求進(jìn)行檢測(cè)，杜絕使用不合格材料拌制混凝土；二是加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程管控，勤檢測(cè)砂石料含水率，必須按照施工配合比進(jìn)行配料，定期校核攪拌樓計(jì)量系統(tǒng)，保證配料準(zhǔn)確，還應(yīng)根據(jù)季節(jié)氣溫變化控制混凝土塌落度，嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)隨意加水[8]。

3 結(jié)論

本文基于天山勝利敞開(kāi)式TBM濕噴系統(tǒng)在試驗(yàn)段施工中，在濕噴作業(yè)時(shí)易于堵管的原因進(jìn)行了分析并采取了相應(yīng)對(duì)策，并得到了很好的應(yīng)用，為其他類(lèi)似工程提供了良好的參考價(jià)值，其他工程由于外界條件的變化，造成堵管的原因可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。但只要我們嚴(yán)格按照操作流程，加強(qiáng)過(guò)程管控，對(duì)每一次堵管的原因進(jìn)行總結(jié)分析并采取對(duì)策，就一定能避免發(fā)生或少發(fā)生堵管，從而提高施工效率。