公路隧道喷射混凝土施工工法(复合式湿喷机)

'公路隧道喷射混凝土施工工法完成单位：中交XX公路工程局有限公司主要完成人：2.工法内容材料1前言目前，在隧道新奥法施工中，初衬喷射混凝土施工是重要的一道工序。喷射混凝土是一种从巷道支护技术中演变到地上构筑物加固的一种快捷有效的加固手段，但是在喷射混凝土施工中存在以下质量通病：喷射混凝土表面不平整、强度低、收缩裂缝、不密实、有蜂窝或砂囊，施作过程中回弹量大等。中交第四公路工程局有限公司在成武高速公路米仓山隧道施工过程中，不断总结以往施工经验，进行多次喷射混凝土施工工艺试验，开发了隧道喷射混凝土工法，并成功应用于施工中。质量控制措施主要有人员的培训、材料选用、施工过程的质量控制等方面，同时，采用自动喂料复合式湿喷机，大大节约了施工成本，取得良好的经济和社会效益。2工法特点2.0.1喷射混凝土把混凝土输送、浇筑、振捣等工序合而为一，利用高压风将混合料送到浇筑地点，能更好的填充岩石裂隙及凹穴，和围岩结合在一起，有利于围岩和喷射混凝土共同作用；2.0.2喷射混凝土减少了普通混凝土支立模板所需要的工序和时间，大大缩短了施工时间，加快了工程进度；2.0.3喷射混凝土由于在混凝土喷射过程中掺加了速凝剂，混凝土的强度能在较短时间内形成，达到及早发挥承载能力的要求。2.0.4自动喂料复合式湿喷机的使用，大大节省了人力，节省了成本，提高了工效。3适用范围本工法适用于隧道喷射混凝土施工，也可应用于路基开挖段坡面喷射混凝土防护施工。4工艺原理 喷射混凝土是使用混凝土喷射机，利用压缩空气或其它动力，将掺有外加剂的混凝土拌合料与高压水混合，通过喷嘴喷射到受喷面上，并迅速凝结硬化而成形的混凝土补强加固新材料。与传统的现浇混凝土相比，喷射混凝土不需要立模和振捣，而是将混合料高速、连续地喷至受喷面上，冲击、挤压形成密实的混凝土。5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程采用湿喷法。在洞外用强制式搅拌机拌制混凝土，再运至作业点，由湿式喷射机喷射，喷头处加入速凝剂。工艺流程见图1。喷头细骨料粗骨料水泥水外加剂搅拌机喷射机速凝剂施喷压缩空气图1湿喷工艺流程图5.2施工方法及要点5.2.1施工准备1）拆除作业面障碍物，清除开挖面的浮石和墙脚的岩渣、堆积物；2）用高压风清扫岩面；3）埋设控制喷射混凝土厚度的标志；4）作业区应有良好的通风和足够的照明装置；5.2.2喷射混凝土施工过程中的质量控制1）工作风压：喷射机处的工作风压应根据适宜的喷射速度而调整。风压过高，喷射速度过大，使回弹增加；风压过低，则喷射速度太低，压实力小，影响喷射混凝土强度。工作风压的选择与输料管长度、喷嘴离喷射机出料口的高度、拌合料的配合比、含水率等因素有关，输料管长为20m，且喷嘴处与喷射机出料口的高差小于5m时，喷射机处的工作风压选择0.12~0.14MPa。2）水量：调节水量使混凝土具有适宜的稠度，以便良好的压实混凝土，并降低回弹量。 一般来说，拌合料含水量较高时，会使喷射混凝土变得更加可塑和更能接受料流中的颗粒，但含水量过高，喷射混凝土表面会出现流淌、下垂和脱落，表面出现波纹和坑洞，喷射混凝土的收缩量也增大，产生收缩裂缝，严重影响喷射混凝土的强度、耐久性与外观质量；含水量较低时，喷射混凝土表面将出现干斑，空气中灰尘和浆料的回弹增大，并会大大降低硬化后混凝土的强度。3）料流连续和均匀：操纵喷射机时，必须保持料流的连续性与均匀性。料流不均匀会产生干湿相间的料流。当料流量小时，因拌合料水灰比大，常引起脱落；当大股料流过水环时，因拌合料水量不足而出现分层现象，从而降低混凝土强度和耐久性。湿喷材料内的速凝剂分布也取决于料流的均匀性。如果料流不匀，喷层的有些部位只有很少速凝剂，有的部位速凝剂又过多，速凝剂少的部位将造成材料脱落，而速凝剂过多的部分将使混凝土极限强度大大降低。4）喷嘴与受喷面垂直：喷射角度尽可能接近90°。如果喷嘴与受喷面的角度太小，会形成混凝土浆料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量和降低密实度，影响喷射混凝土质量。因此应根据施工具体情况，变换喷嘴的喷射角度和与受喷面的距离，将钢格栅、钢筋网背后喷填密实，必要时钢格栅背后采用注浆充填，并不得填充异物；在喷边墙下部时，需将上半断面喷射时的回弹物清理干净，防止卷入下部喷层中形成“蜂窝”而降低支护能力。5）喷嘴与受喷面的距离：喷嘴与受喷面的最佳距离为0.8～1.0m。喷嘴与受喷面的距离大于1m，回弹量增加，密实度降低，从而也降低了喷射混凝土的强度；距离小于0.8m，则不仅回弹量加，而且喷射手也会受到回弹颗粒的打击。6）喷射顺序：正确地掌握喷射顺序，不使角隅处及钢筋背面出现蜂窝或砂囊。喷射应分片依次自下而上进行并先喷钢格栅与壁面间砼，然后再喷两榀钢格栅间的混凝土；分层喷射时，应在前一层砼终凝后进行。7）喷嘴的移动方式：喷嘴移动方法是横着受喷面稳定而系统地作圆形或椭圆形移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40~60cm，高15~20cm。喷嘴有节奏地作一系列环形移动可获得均匀的喷层和最少的回弹，若喷嘴不能首尾一贯地移动，则可能造成喷射混凝土有的地方密实而邻近部分却不够密实。8）顶面喷射：喷射混凝土下垂脱落以及回弹过多，是顶面喷射的两大问题。下垂常常是喷射混凝土过厚或含水多造成的。对于新鲜喷射混凝土，其抗拉及粘结强度都很低，一旦喷射混凝土的自重大于其与顶部受喷面的粘结强度时，即出现下垂或脱落，因此需要分层喷射。一次喷射厚度以喷射混凝土不滑移，不坠落为度，施工中参照表一所示的混凝土厚度进行调整，前后层喷射的间隔时间应为2～4h。 表1喷射混凝土厚度项次喷射混凝土的厚度（mm）喷射方向加速凝剂不加速凝剂向上50~7030~50水平70~10060~70向下100~150100~1509）侧墙喷射：混凝土应从墙脚开始向上喷射，并及时清理干净上半断面喷射时的回弹物，防止卷入下部喷层中形成“蜂窝”而降低支护能力。一次喷射厚度以混凝土不滑移，不坠落为度，既不能因喷层太厚而影响喷射混凝土的粘结力和凝聚力，又不能因喷层太薄而增加回弹。10）表面整修：喷射作业一般选用两名喷射手，一人喷射，一人辅助作业。辅助作业人员负责对个别喷射混凝土形成的局部厚度不均衡进行处理，以保证混凝土施工的表面平整度和初期支护不侵入二衬净空，保证二衬的厚度。6材料与设备6.1原材料的选择为满足相应的施工要求，施工所选用的原材料按照下表配置。表2施工原材料配置表项次名称具体要求1水泥优先选用P.O42.5普通硅酸盐水泥2细骨料采用粗砂或中砂3粗骨料采用碎石4速凝剂初凝时间不应超过5min，终凝时间不应超过10min水泥性能必须符合相关水泥标准，细度模数应大于2.5，含水率控制在5%--7%。砂子过细，会使干缩增大；砂子过粗，会增加回弹。砂子中小于0.75mm的颗粒不应超过20%，否则由于骨料周围粘有灰尘，会妨碍骨料与水泥的良好粘结。碎石粒径应不大于5~10mm。为取得最佳表观密度，应避免使用间断级配的骨料。喷射混凝土中掺入速凝剂时，不得使用含有活性的细骨料，以免碱骨料反应而使喷射混凝土开裂破坏。一般速凝剂最佳掺量约为水泥重量的2%一4% ，过多的掺量对喷射混凝土反而不利，这是因为速凝剂虽然加速了喷射混凝土的凝结速度，但也阻止了水在水泥中的均匀扩散，使部分水包裹在凝结的水泥中，硬化后形成气孔，另一部分水泥因而得不到充足的水分进行水化反应而干缩，从而产生裂纹。6.2配合比的选择喷射浆料的砂率低于45％时容易堵管且回弹量高，高于55％时则会降低混凝土强度和增加混凝土收缩量，故选择的砂率为45％—55％。水泥与砂石含量比应取1：4~1：5，水灰比应取0.4~0.46。本标段通过试验后，选用陕西汉中生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，武都吉家坝产的中砂和碎石，粒径2.5~10mm。隧道施工中的喷射混凝土选用的配合比如表二所示，水灰比为0.46，砂率为51%。表3喷射混凝土配合比原材料材料名称型号、产地材料名称型号、产地砂（0~5mm）吉石坝水泥P.O42.5陕西汉中碎石（5~10mm）吉石坝速凝剂AJ型山西黄藤喷射混凝土配合比（水泥：砂：碎石）434:872:850速凝剂掺量17.36水灰比0.46原材料称量允许偏差：水泥和速凝剂±2%，砂子石子±3%。运输和储存中应严禁受潮，大块石等杂物不得混入，装入喷射机前应过筛。6.2设备配置喷射混凝土施工之前，应做好喷射机和电动空压机性能调试，电力电线架设及通电检测准备。表4施工机械设备配置表项次设备名称项次设备名称1二合一复合TK961式湿喷机2小型装载机本标段采用自行改造生产的“二合一复合TK961式湿喷机”，这台“复合式湿喷机”是由一辆废旧的卡车、两台TK961式湿喷机、一个大容积的料斗和一套完备的液压系统改造组合而成的，如图2及图3所示。湿喷机上料时，液压操作人员控制液压油缸伸长，抬起料斗的后部，喷浆料从料斗前部的两处漏口流出，向湿喷机自行供料；料斗加料料时，液压油缸回收，料斗放至卡车基座上，自卸出渣车可以直接将喷浆料倒入料斗中。“复合式湿喷机”不但操作过程简单方便，而且节省大量的人工和上料时间。 图2自动喂料复合式湿喷机结构图图3自动喂料复合式湿喷机效果图7质量控制7.1质量控制标准7.1.1 基本要求1)材料必须满足规范或设计要求。2)喷射前要检查开挖断面的质量，处理好超欠挖。3)喷射前，岩面必须清洁。4)喷射混凝土支护应与围岩紧密粘接，结合牢固，喷层厚度应符合要求，不能有空洞，喷层内不容许添加片石和木板等杂物，必要时应进行粘结力测试.喷射混凝土严禁挂模喷射.受喷面必须是原岩面。5)支护前应做好择水措施，对渗漏水孔洞、缝隙应采取引捧、堵水措施，保证喷射混凝土质量。7.1.2实测项目表5喷射混凝土支护实测项目项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率权值1喷射混凝土强度(MPa)在合格标准内 按附录E检查32喷层厚度(mm)平均厚度≥设计厚度；检查点的60%≥设计厚度；最小厚度≥0.5设计厚度，且≥50凿孔法或雷达检测仪：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1点33空洞检测①无空洞，无杂物 凿孔或雷达检测仪：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1点3注：发现一处空洞本分项工程为不合格。 7.1.3 外观鉴定无漏喷、离鼓、裂缝、钢筋网外露现象，不符合要求时减2~5分并返工处理。7.2质量控制措施1）按照施工工艺施工，严格执行操作规程。2）请湿喷机厂家进行现场培训、指导，按照湿喷机操作方法进行严格执行。3）对于原材料进货，由试验部门进行进场前试验，不合格材料一律不得进场。4）制定质量保证体系，抓好每一环节、每一步骤的监控，并责任到人，狠抓落实。5）每次喷射作业前，做好人员、机具、物资、技术、测量、试验、运输等准备工作。6）施工技术人员对喷射作业环节进行认真检查（内容包括：喷层厚度、喷层与受喷面粘结情况、喷射作业中各种参数），严格把关。8安全措施8.1喷射混凝土时，所有操作工人必须带安全帽，防尘口罩，防尘工作服，雨靴，橡胶手套；喷射作业区应有良好的通风措施，作业区的粉尘浓度不得大于10mg/m3；作业人员应避免直接接触碱性液体速凝剂，不慎接触后应立即用清水冲洗；8.2喷射手，控制好风压、喷射距离，避免回弹骨料伤人；8.3电线包皮应完好，开关应装在固定闸刀盒内；8.4安全员应随时观察地质变化，发现有松动滑块现象，应立即撤离工作面；8.5喷浆结束后，应清洗喷射机及管路，避免堵管炸裂伤人；8.6施工作业前必须认真检查和处理支护作业区的危石，施工机具应布置在安全地带；8.7施工作业台架应安全可靠，并应设置安全栏杆；8.8必须定期检查电源线路和设备的电器部件，确保用电安全；8.9施工中应经常检查输料管、接头的磨损情况，当有磨损、击穿或松脱等现象应及时处理；8.10施工中检修机械或设备故障时，必须在断电、停风条件下进行，检修完毕向机械设备送电送风前必须事先通知有关人员。8.11当采用加大风压处理堵管事故时，应先关机将输料管顺直，紧按喷嘴，喷嘴前方不准站人，疏通管路的风压不得超过0.5Mpa；8.12非施工人员不得进入正在进行喷射的作业区，施工中喷嘴前严禁站人。9环保措施9.1开始施工前必须进行环境因素识别，确定重要环境因素，制定相应的管理方案； 9.2临时工程及场地布置应采取措施保护自然环境；10效益分析这台“复合式湿喷机”可以在自由自在的隧道作业区活动，无需人工上料，可以节省大量人工和上料时间，大大地提升喷射混凝土的施工效率。每次作业需两台自动喂料复合式湿喷机，相对于四台单独TK961式湿喷机需要8名上料工人，可节省7名上料工人。按三年的施工工期计算，可节约劳动力成本7*120*30*36=元。湿喷工艺的运用，大大减小了喷射混凝土回弹量，每延米按节约0.5m3喷射混凝土计算，（4350+4322）*0.5*920=元。自动喂料复合式湿喷机的应用，缩短了工序时间，提高了工效。11应用实例中交XX公路工程局有限公司承建的XX高速公路XX隧道，在喷射混凝土施工过程中，“复合式湿喷机”的使用不仅节省大量的人工和上料时间，而且缩短喷射混凝土的施工时间和提高施工效率，从而加快了隧道的掘进施工，增加施工产值。整体施工质量良好，得到了多方的一致好评。'