客运专线隧道工程喷射混凝土施工质量控制的研究

建材世界2011年第32卷第2期DOI：10．3963／j．e11．42—1783．TU．2011．02．014客运专线隧道工程喷射混凝土施工质量控制的研究王采成(中铁十一局集团第三工程有限公司，十堰442012)摘要：喷射混凝土是隧道工程复合支护普遍采用的结构材料。具有施工速度快、支护及时、施：r-4e全，以及支护质量好、强度高、密实、防水性能好等特点；为了更好地满足客运专线隧道工程的技术要求，该文对喷射混凝土的原材料、配合比设计及施工的质量控制进行了深入探讨，为今后客运专线隧道工程喷射混凝土的施工提供了较完善的技术支撑。关键词：客运专线；喷射混凝土；隧道工程；质量控制InvestigationonQualityControlofShotcreteinTunnelProjectThatUsedinthePassengerDedicatedLineWANGCai—cheng(TheThirdEngineeringCo，LtdofChinaRailwayGroupElevenBureau，Shiyan442012，China)Abstract：Shotcreteisakindofimportantstructuralmaterialsthathasbeenwidlyusedinthetunnelproject，whichcontaintheabilitiesofhighefficiency，greatsafety，highquality，highcompressivestrength，highdensity，greatwa—terproofperformanceandSOon．InordertOmaintaintherequirementsofthetunnelprojectthatusedinpassengerdedi—catedline，therawmaterials，mixdesignandqualitycontrolwereinvestigatedinthispaperdeeply，whichmaybringgreatsupportstOtheapplicationofshotcreteinthetunnelprojectthatusedinthepassengerdedicatedline．Keywords：passengerdedicatedline，shotcrete；tunnelproject；qualitycontrol喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其它动力，将按一定配合比的水泥、砂、石及速凝剂等拌合物通过管道输送，以高速喷射到岩面或建筑物表面，并能在很短的时间凝结硬化而成的一种快硬混凝土。喷射混凝土能填充其喷射面上的裂缝和凹坑，并能与岩石或建筑物的面层紧密地粘结在一起，加固成完整的、具有一定机械强度的结构层，从而达到使岩石或结构物得到加强和保护的目的。目前，我国隧道工程复合支护施工普遍采用喷射混凝土或喷射纤维混凝土，喷射方式主要有湿喷和干喷。由于喷射混凝土经喷嘴喷射到岩壁表面后能迅速凝固形成一层支护结构，对围岩起到支护作用，因此，采用喷射混凝土施工工艺具有非常显著的技术经济特点：施工简便易行；可以不用模板或只用单面模板，节约大量模板材料；省去支模、浇筑和拆模工序。使混凝土的输送、浇筑和捣固合为一道工序，无需专门的运输和振捣设备，加快衬砌施工速度；喷射混凝土密实度高，强度和抗渗性较好，可以节约混凝土；可通过输送软管在高空或狭小工作区间向任意方向施作薄壁结构，其工序简单、机动、灵活，有广泛的适应性。客运专线铁路隧道工程施工质量必须达到设计要求的结构安全、耐久性和使用功能，主体结构质量实现零缺陷，施工指南按铁建设E20053160号《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》执行。喷射混凝收稿I：t期：2011-02—25．作者简介：王采成(1976一)，工程师．E-mail：wanhui2008@yahoo．com．cn45 建材世界2011年第32卷第2期土作为高铁隧道工程复合支护材料，除强度必须达到设计要求外，硬化的喷射混凝土还应具有良好的抗渗、抗震、防火等作用。1原材料的质量控制1．1水泥水泥作为喷射混凝土用的胶凝材料，不仅可以满足隧道工程施工的各种性能要求(强度、抗渗、耐久性等)，而且也是最为经济的。为了缩短混凝土的初凝和终凝时间，喷射混凝土一般掺有速凝剂，因此，在选择水泥品种时，要注意水泥与速凝剂的相容性问题，以确保喷射混凝土的质量。如若水泥品种选择不当，水泥与速凝剂作用后，可能造成“闪凝”现象(当加入速凝剂时，混凝土立即变得干稠，重新搅拌后也不会恢复塑性，导致无法施工作业)，或引起混凝土结构破坏；如果加入速凝剂后混凝土凝结速度慢，初凝与终凝间隔时间长，不仅影响喷射混凝土的早期强度，起不到支护作用，而且还会增大回弹量，影响作业环境和浪费混凝土。根据国内施工经验，喷射混凝土可选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和快凝快硬的“双快型”硅酸盐水泥，在采取一定措施时，也可以选用矿渣硅酸盐水泥。喷射混凝土不能选用高铝水泥，因速凝剂中的碱性碳酸盐与高铝水泥中的水化铝酸钙作用后会引起混凝土的破坏。我国隧道工程采用的配制喷射混凝土一般选用的胶凝材料为普通硅酸盐水泥PO42．5，它不仅与速凝剂具有较好的相容性，而且强度高，抗渗性和耐久性好。当与适量的速凝剂作用后，混凝土的初凝时间多在5min以内，终凝时间多在10min以内，早期强度也较高，是适用于喷射混凝土的理想胶凝材料。1．2细骨料喷射混凝土宜采用细度模数大于2．5的坚硬、耐久的中粗砂，或平均粒径为0．35～O．50mm的中砂或平均粒径大于0．50mm的粗砂，其中粒径小于0．075mm的颗粒不应超过20％，否则将影响水泥与骨料表面的良好黏结。喷射混凝土不宜选用细砂，因衰1喷射混凝土用砂粒径分布要求为细砂能加剧喷射混凝土的收缩，同时它含有较多的小于5pm的颗粒，喷射时容易悬浮在空气中，危害操作人员的健康。河砂的粒径分布最好采用如表1的技术指标。施工现场采用的河砂以“微湿状态”为佳，水分在2％～6％；如果河砂较干，喷射施工中会产生大量粉尘，影响操作环境；如果河砂含水率太高，混合料湿度太大，易使喷射机黏料，并可能造成管路堵塞，影响施工顺利进行。1．3粗骨料喷射混凝土所采用的石子，一般多使用碎石和卵石。由于卵石表面光滑，卵石混凝土拌合物的流动性较好，有利于在管道内输送，可以减少堵管，因此，在有条件的地方可优先考虑采用卵石。但在大多数实际工程中，仍可采用碎石，为了提高碎石混凝土在管道内的输送，即提高流动性，可在混凝土配合比设计中考虑使用高效减水剂。碎石或卵石的最大粒径应根据喷射机表2喷射混凝土用石子的粒径分布要求的输送管径确定，一般为管径的I／3"一Z／5，此外，还考虑到要减少喷射混凝土的回弹量，因此，石子的最大粒径一般选为10～15mm为宜。其级配最好采用如表2的技术指标。1．4拌合水喷射混凝土用水与普通混凝土相同，不得使用污水、PH值小于4的酸性水、含硫酸盐量(SO。计)超过水总量1％的井水或海水。1．5高效减水剂在喷射混凝土中掺入适量高效减水剂，可起到：1)提高喷射混凝土的流动性，有利于在管道内输送；2)增加喷射混凝土的黏滞性，降低回弹性；3)减少喷射混凝土的用水量。有利于提高硬化混凝土的强度和抗渗性。由于客运专线对混凝土的施工质量要求很高，选用高效减水剂时必须采用减水率高、含有害杂质少的聚羧酸类减水剂，减水剂的技术性能指标必须满足铁建设r2009]152号《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》的要求。46 建材世界2011年第32卷第2期1．6速凝剂为了降低用水量，降低回弹率和粉尘率，使喷射混凝土早凝早强，混凝土中必须掺适量的速凝剂。掺加速凝剂之前，应做与水泥的相容性实验，其掺量一般控制为水泥重量的2％～4％。在施工过程中，速凝剂要求掺拌均匀，如掺拌不匀，会导致水泥石结构不匀质，从而降低喷射层的支护能力和抗渗能力。速凝剂掺拌不匀，还会导致喷射层成片的脱落。2喷射混凝土的质量控制2．1喷射混凝土配合比设计合理的混凝土配合比是保证混凝土施工质量最重要的前提条件。以杭长铁路客运专线中某隧道工程C30喷射混凝土为例，如表3所示。表3C30喷射混凝土配合比采用以上配合比方案施工的喷射混凝土，经钻芯取样后，混凝土1d抗压强度为15．4MPa，28d抗压强度达到41．7MPa；混凝土的抗渗性、耐久性均满足铁建设F2005]160号《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》。2．2养护工艺喷射混凝土的坍落度低，具有粗糙的表面，以常以薄壁结构形式存在，故良好的养护就显得十分重要。另外，喷射混凝土的单位体积水泥用量及含砂率都较高，为使水泥充分水化，减少和防止混凝土不正常的收缩裂缝，在喷射混凝土终凝后即开始进行养护。1)喷射混凝土宜采用自然养护，在气温大于5℃时即可进行洒水养护，洒水应在混凝土终凝后2h开始。2)养护时间以达到在标准条件下养护28d抗压强度60％左右为度。养护时间取决于水泥品种和空气的相对湿度，一般不少于7d。3)在一般气温条件下，混凝土喷射完最初3d内。每天应隔2h洒水1次，夜间至少洒水2次。在以后的养护期内。每天至少洒水4次，但如果环境相对湿度较小，应适当增加洒水次数。2．3回弹量控制’为了保护作业环境中的粉尘浓度和减少混凝土的回弹量，一般宜采用湿喷工艺，并做到：1)喷射混凝土的配合比设计要合理。在满足混凝土强度、耐久性前提下，混凝土的用水量不宜过小，所用碎石的粒径不宜过大。2)分块喷射，每次喷射面积不宜超过5m2。严格按先墙后拱、先下后上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落。3)严格控制风压和水压，并保证其稳定。过大的风压会造成喷射速度太快，加大骨料的反弹，从而加大回弹量，但风压越大，混凝土越致密；风压过小，虽可以减少回弹量，但混凝土密实性较差，影响其强度、抗渗和耐久等性能。一般20ITI管长风压控制在120N／cm左右为宜，施工过程中风压不得突变。喷嘴处的水压必须高于风压0．1MPa，而且压力应稳定，其目的是为了保证高压水能够从喷枪混合室内壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌合均匀。4)严格控制一次喷射厚度和分层喷射时间间隔。一次喷射厚度太薄，骨料易回弹；一次喷射厚度太厚，易出现喷层下坠、流淌，因此，一次喷射厚度一般不小于骨料粒径的2倍。分层喷射的间隔时间约为15～20rain。(下转第71页)47 建材世界2011年第32卷第2期8000次／mmPAJ2，远远超过《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40--2004)中3000次／mm的要求。与空白试样相比，掺加环保型融雪剂后，混合料的高温稳定性能没有变化。裹4高温车辙性能测试结果4结语通过采用自制的环保型融雪剂及橡胶高粘高弹改性沥青制备的融雪、排水、抗滑沥青混合料融雪除冰效果显著，具有优良的高温稳定性能，动稳定度超过8000次／ram；水稳定性能满足规范要求，浸水残留稳定度超过90％，3次冻融循环劈裂强度比超过80％。参考文献[1]王小光。高效环保型融雪剂的研制[D]．郑州大学，2005．[2]HannemanRL．HighwaySalt：BargainoftheCentury[C]．Holand：8THWorldSaltSymPosium．2000：759—765．[3]张东升．新型防冻融雪剂[J]．国际化工信息，2006(2)：33．[4]王保民。王立久，任铮钱，靳玉君．新型环保除冰剂研究[J]．低温建筑技术，2002(3)：61—62．[53丁庆军，沈凡，黄绍龙．基于氢氧化铝阻燃体系的开级配沥青磨耗层防火面层研究[J]．2009，40(4)：932—941．[6]许英梅，张秋民，张伟，等．一种低成本环保型融雪剂的制备与性能研究[J]．辽宁化工，2007，36(1)：10—12．[7]许英梅，刘倩，仉春华，等．CMA类环保型融雪剂的应用研究进展[J]．化学世界，2010，7：435—438．(上接第47页)3结语喷射混凝土虽然在公路隧道和普通铁路隧道较为广泛应用，但在客运专线铁路隧道中的应用时间并不长，只有不断总结经验，进一步完善施工工艺，才能更好地提高喷射混凝土的施工质量。喷射混凝土的施工只是隧道工程施工中的一个生产环节，它的质量好坏直接影响整个隧道的结构受力、防护和耐久性，因此，对喷射混凝土的施工，必须按质量控制系统的要求，通过各种措施强化质量意识、加强质量管理，使喷射混凝土在隧道防护中发挥越来越重要的作用。参考文献[1]雍本．特种混凝土设计与施工[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．[2]贾非．隧道工程喷射混凝土施工的质量控制[J]．山西建筑．2010。36(33)：227-228．[3]朱建勇．客运专线铁路隧道工程施工质量控制FJ]．科技创新导报。2010(16)：79．[4]冯宝红．隧道工程喷射混凝土施工质量控制分析[J]．中国新技术产品。20LO(12)：47．[5]王国炜，刘菊，孔祥利．隧道喷射混凝土施工技术与质量控制浅谈FJ]．山匿建筑，2010．36(30)：346—348．71