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混凝土喷射技术

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湿喷混凝土技术在隧道施工中的应用

  喷射混凝土技术是新奥法隧道施工中一项关键技术,它借助喷射机械,将速凝混凝土喷向岩石或结构物表面,使岩石或结构物得到加强和保护。其与干喷相比,具有可有效地减少回弹、降低粉尘、加大一次喷层厚度、提高喷射砼质量、生产效率高等优点。随着湿喷机械和相关材料、设备的生产技术不断进步,湿喷混凝土将会作为一项成熟的施工手段得到广泛的应用。
  1、喷射混凝土技术概况
  1.1 喷射混凝土工艺原理及特点
  将掺速凝剂的混凝土用喷射机喷向岩石或结构物表面,从而使岩石或结构物得到加强和保护。喷射混凝土密实型及整体性控制与普通浇注混凝土的振捣密实原理不同,喷射混凝土通过高速射流密实,其密实度与射流过程密切相关。喷射混凝土施工简便,省去支模、浇筑和拆模工艺,施工进度加快,且较普通混凝土密实度高,强度和抗渗性能好。
  1.2 喷射混凝土的主要作用
  (1)填充出露的节理和裂隙,提高围岩整体的强度和稳定性。
  (2)混凝土是能够与围岩大面积的、牢固接触的一种支护方式。
  (3)通过接触面的附着力和剪力,作用在喷射混凝土上的外力分散在围岩上,防止局部掉块,在隧道壁面附近形成一个承载环,控制了围岩的应力释放。
  (4)填平围岩的凹面,阻止应力集中,加强了软弱层。将土压传递到钢支撑和锚杆,开挖后,及时覆壁面,防止围岩风化。
  2、湿喷混凝土施工工艺
  2.1 施工准备
  (1)检查受喷面轮廓尺寸,并加以修整,使之符合设计,若有松散、破碎部分须清除干净。
  (2)有明显渗水地段应事先做好防排水处理。
  (3)喷射前用高压风、水冲洗岩面,并将表面软弱破碎岩石清扫干净。冲洗时从隧道拱顶开始,按从上到下的顺序清洗至侧壁底部。
  (4)备好脚手架或工作平台及护铁纱罩。
  (5)检查机械、管道、安全阀、压力表是否完好,并进行试运行。
  (6)在拱顶、边墙或岩面上做好设计喷层厚度标志。
  2.2 湿喷作业技术要点
  (1)混凝土拌制时按砂→碎石→水泥→水的顺序投料,搅拌采用全自动计量强制式搅拌机,施工配料严格按配合比进行操作;加入复合泵送剂后搅拌2 min 以上,不能超过4 min,以免影响混凝土的拌合质量。
  (2)喷射混凝土时从隧道底处开始由下往上、以S 曲线移动进行喷射,以避免回弹料污染已冲洗干净的岩面,影响喷射混凝土的质量;后一次喷射应在前一次混凝土终凝后进行,若终凝后1 h 以上再次喷射,应用风水清洗混凝土表面;隧道从两侧边墙底部开始喷射,喷射到拱顶中心线位置闭合,完成一环喷射混凝土的一次试喷。
  (3)喷射混凝土时应严格控制风压。风压太小,会使喷射力减弱,无法满足喷射混凝土粘结密实要求,甚至达不到设计和规范要求;风压太大,喷射混凝土一触及岩面(或上一喷层)就会被后续的强大冲击力吹走,二者都会加大骨料的反弹,从而直接造成回弹的增加。一般起始风压≥0.5 MPa 才能开机操作,并根据喷头出料情况调整风压,边墙作风压应控制在0.3~0.5 MPa 之间,拱部控制在0.4~0.65 MPa 之间。
  (4)喷射混凝土时应根据围岩类别及水文地质情况,确定适宜的初喷层厚度:Ⅱ类围岩分3 次,Ⅲ类围岩分2 次,Ⅳ类围岩分1~2 次;采用湿喷,经现场测定初喷层厚度确定为4~5 cm,第二次喷射厚度可达10 cm 以上。
  (5)无钢筋网喷射时,喷嘴尽量垂直岩面成90 °角,并偏向刚喷射部位(倾斜角控制在10 °内),保持0.8~2 m 的距离,以确保混凝土的密实效果,对挂有钢筋网的受喷面,喷油略倾斜,距离则宜控制在0.6~1.0 m 范围内。
  (6)喷头应均匀地按螺旋轨迹运行,分区段,一般不超过6 m,自上而下,一圈压半圈,缓慢移动,每圈直径15~20 cm;若受喷面不平,应先喷凹坑找平。
  (7)在喷射混凝土终凝1 h 后进行洒水养护,保持喷射面湿润,养护时间不少于7 d。
  2.3湿喷混凝土施工中的注意事项
  (1)喷射前必须用水泥浆润滑混凝土湿喷机和送料管,喷射结束后用水冲洗干净管路内残留的混凝土。
  (2)严格控制工作机的风压在0.15~0.2 MPa 范围内。
  (3)严格控制水灰比,以刚喷射的混凝土表面有一层暗弱光泽为度。
  (4)渗水地段的处理,当水量不大时,在喷射混凝土前用压缩空气吹扫,喷射混凝土配料及拌料按正常施工程序进行;当水量较大时,在开始喷射时适当减小用水量,喷射由远而近,临时加大速凝剂掺量(≯5%)逐渐合拢,止水后,必须紧接着用正常速凝剂产量的喷射混凝土封闭。
  (5)在喷射过程中,喷射手要时刻注意观察喷嘴情况,一旦堵管,要让助手立即与操作司机联系,停机,关风,检查管路是否畅通。
  (6)对局部喷射混凝土过厚的情况,在挂防水板前一定要将突出部分混凝土剔除。因为这种情况有可能顶破防水板,更有可能在初期支护和二次衬砌之间形成点接触,造成局部应力
集中而导致二次衬砌表面开裂。
  (7)混凝土喷射后至下一循环放炮时间,应通过试验确定,一般不小于4 h,放炮后应对混凝土进行检查,如出现裂纹,应调整放炮间隔时间或爆破参数。
  (8)在混凝土凝结之后,需要对喷射混凝土的强度进行检测。在进行强度检测时,应采取切割钻芯法取样,以接近喷射混凝土的真实情况,若采样的混凝土无法达到设计要求,则应
及时采取措施进行补救。
  (9)在喷射混凝土时要注意观察拱腰至拱顶的岩面,加强劳动保护,防止混凝土和岩面的石块在高压喷射混凝土的冲击下垮落伤人。
  3、湿喷混凝土施工工艺
  3.1 施工准备
  (1)检查受喷面轮廓尺寸,并加以修整,使之符合设计,若有松散、破碎部分须清除干净。
  (2)有明显渗水地段应事先做好防排水处理。
  (3)喷射前用高压风、水冲洗岩面,并将表面软弱破碎岩石清扫干净。冲洗时从隧道拱顶开始,按从上到下的顺序清洗至侧壁底部。
  (4)备好脚手架或工作平台及护铁纱罩。
  (5)检查机械、管道、安全阀、压力表是否完好,并进行试运行。
  (6)在拱顶、边墙或岩面上做好设计喷层厚度标志。
  3.2 湿喷作业技术要点
  (1)混凝土拌制时按砂→碎石→水泥→水的顺序投料,搅拌采用全自动计量强制式搅拌机,施工配料严格按配合比进行操作;加入复合泵送剂后搅拌2 min 以上,不能超过4 min,以免影响混凝土的拌合质量。

  (2)喷射混凝土时从隧道底处开始由下往上、以S 曲线移动进行喷射,以避免回弹料污染已冲洗干净的岩面,影响喷射混凝土的质量;后一次喷射应在前一次混凝土终凝后进行,
若终凝后1 h 以上再次喷射,应用风水清洗混凝土表面;隧道从两侧边墙底部开始喷射,喷射到拱顶中心线位置闭合,完成一环喷射混凝土的一次试喷。
  (3)喷射混凝土时应严格控制风压。风压太小,会使喷射力减弱,无法满足喷射混凝土粘结密实要求,甚至达不到设计和规范要求;风压太大,喷射混凝土一触及岩面(或上一喷层)就会被后续的强大冲击力吹走,二者都会加大骨料的反弹,从而直接造成回弹的增加。一般起始风压≥0.5 MPa 才能开机操作,并根据喷头出料情况调整风压,边墙作风压应控制在0.3~0.5 MPa 之间,拱部控制在0.4~0.65 MPa 之间。
  (4)喷射混凝土时应根据围岩类别及水文地质情况,确定适宜的初喷层厚度:Ⅱ类围岩分3 次,Ⅲ类围岩分2 次,Ⅳ类围岩分1~2 次;采用湿喷,经现场测定初喷层厚度确定为4~5 cm,第二次喷射厚度可达10 cm 以上。
  (5)无钢筋网喷射时,喷嘴尽量垂直岩面成90 °角,并偏向刚喷射部位(倾斜角控制在10 °内),保持0.8~2 m 的距离,以确保混凝土的密实效果,对挂有钢筋网的受喷面,喷油略倾斜,距离则宜控制在0.6~1.0 m 范围内。
  (6)喷头应均匀地按螺旋轨迹运行,分区段,一般不超过6 m,自上而下,一圈压半圈,缓慢移动,每圈直径15~20 cm;若受喷面不平,应先喷凹坑找平。
  (7)在喷射混凝土终凝1 h 后进行洒水养护,保持喷射面湿润,养护时间不少于7 d。
  4、湿喷混凝土施工中的注意事项
  (1)喷射前必须用水泥浆润滑混凝土湿喷机和送料管,喷射结束后用水冲洗干净管路内残留的混凝土。
  (2)严格控制工作机的风压在0.15~0.2 MPa 范围内。
  (3)严格控制水灰比,以刚喷射的混凝土表面有一层暗弱光泽为度。
  (4)渗水地段的处理,当水量不大时,在喷射混凝土前用压缩空气吹扫,喷射混凝土配料及拌料按正常施工程序进行;当水量较大时,在开始喷射时适当减小用水量,喷射由远而近,临时加大速凝剂掺量(≯5%)逐渐合拢,止水后,必须紧接着用正常速凝剂产量的喷射混凝土封闭。
  (5)在喷射过程中,喷射手要时刻注意观察喷嘴情况,一旦堵管,要让助手立即与操作司机联系,停机,关风,检查管路是否畅通。
  (6)对局部喷射混凝土过厚的情况,在挂防水板前一定要将突出部分混凝土剔除。因为这种情况有可能顶破防水板,更有可能在初期支护和二次衬砌之间形成点接触,造成局部应力集中而导致二次衬砌表面开裂。
  (7)混凝土喷射后至下一循环放炮时间,应通过试验确定,一般不小于4 h,放炮后应对混凝土进行检查,如出现裂纹,应调整放炮间隔时间或爆破参数。
  (8)在混凝土凝结之后,需要对喷射混凝土的强度进行检测。在进行强度检测时,应采取切割钻芯法取样,以接近喷射混凝土的真实情况,若采样的混凝土无法达到设计要求,则应及时采取措施进行补救。
  (9)在喷射混凝土时要注意观察拱腰至拱顶的岩面,加强劳动保护,防止混凝土和岩面的石块在高压喷射混凝土的冲击下垮落伤人。

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