湿喷混凝土技术在保龙高速公路马家寨隧道施工中的应用

【摘 要】马家寨隧道是云南保龙公路的控制性长大隧道工程，施工中采用了先进的混凝土湿喷技术和设备。本文介绍了湿喷混凝土施工技术在马家寨隧道的应用，希望能提供给各位同仁们参考学习。
    【关键词】公路隧道 湿式喷射混凝土 施工技术
   
    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,本文简单阐述了马家寨隧道施工中应用湿喷混凝土技术的现状。
    1 原材料选择及配合比确定
    1.1原材料选择
    选择原材料的原则是在满足质量要求的前提下，尽可能采购当地材料，以降低工程成本。
    水泥：保山博闻科技公司生产的太保山牌425号普通硅酸盐水泥。
    砂：为保证喷射混凝土的强度，选用硬质洁净的怒江江砂（中砂），细度模数2.4。
    碎石：为防止喷射混凝土时堵管和减少回弹，选用粒径5～20mm的机制碎石，要求连续粒级，保证级配均匀并坚硬耐久。
    外加剂：外加剂对混凝土拌合物的性能起关键作用，施工中选用咸阳外加剂厂生产的满天星牌SDS液体速凝剂和SDB-2复合型泵送剂（该泵送剂中加入少量的防水剂）。速凝剂能促使混凝土迅速凝结硬化；泵送剂起减水作用，可以改善混凝土的可泵性，减少了喷射过程中堵管的可能性；防水剂使混凝土具有一定的抗渗能力，能有效控制少量裂隙水的渗出。
    1.2配合比确定
    喷射混凝土设计等级为C25。在进行配合比设计时，根据湿喷混凝土工艺要求，必须考虑到混凝土的可泵性及混凝土在受喷面上的附着性。实验人员首先在试验室进行配合比筛选，然后进行实地喷射试验。实地喷射试验的主要目的是：（1）观察喷混凝土对受喷面的附着性，即受喷面上的新鲜混凝土是否会塌落；（2）现场喷射混凝土大板，以便试验检测试块强度；（3）测试湿喷混凝土的回弹率；（4）观察混凝土的可泵性。通过多次试验比较，确定配合比如下：
    水泥：砂：碎石：水=1.00:1.97:2.22:0.48。
    外加剂掺量分别为：速凝剂5%，泵送剂0.8%，每立方米水泥用量424kg。施工中根据砂、碎石的含水率及时调整施工配合比。
    2 施工机械
    2.1搅拌站
    选用2台双卧轴JS750L强制式搅拌机为主机，电子自动计量，应用工控微机实行半自动化控制，生产率50m3/h。
    2.2混凝土运输罐
    混凝土运输罐容积为6m3，罐体在柴油内燃机带动下可以正转或反转，混凝土在运输过程中正转可以延缓混凝土的凝结时间，罐体反转则向混凝土泵料斗中卸料。
    2.3混凝土喷射设备
    混凝土喷射设备为成都岩峰湿法混凝土喷射机，湿喷机自配流量泵和仪表以控制液体速凝剂的用量，湿喷机出料能力为6m3/h。混凝土喷射手在自制简易台架上进行喷射作业，混凝土通过湿喷机输送到喷嘴处，再添加速凝剂和高压风把混凝土喷射到岩面上，完成喷射作业。
    3 湿喷混凝土施工工艺
    3.1混凝土拌制运输
    混凝土拌制时按砂→碎石→水泥→水的顺序投料，加入SDB型复合泵送剂后搅拌2min以上，最多不能超过4min。根据现场经验，搅拌时间小于2min，泵送剂在混凝土中分散不均匀，大于4min时可能破坏泵送剂的性能，影响混凝土的拌合质量。
    混凝土在通过罐车运输过程中，罐体应保持转动以防止混凝土初凝。 3.2混凝土喷射工艺
    喷射前用高压风、水冲洗岩面。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。试验表明，洁净湿润的岩面与混凝土粘结比较紧密。
    喷射混凝土时从隧道最底处开始由下往上喷射，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。
    喷射操作手的喷嘴到岩面的距离1.0m是固定不变的，所以混凝土喷射质量取决于风压、速凝剂掺量及喷射角度。喷射手应注意观察风、速凝剂、混凝土成股状流体喷出的关系。喷射混凝土时应严格控制风压，风压太小，无法满足喷射混凝土粘结密实要求；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，二者都会直接造成回弹的增加。速凝剂掺量大时，混凝土瞬间凝结，后喷的混凝土无法渗透镶嵌到前一层混凝土中，就会被回弹掉，喷射时的粉尘也比平时大；速凝剂掺量小时，起不到加快混凝土凝结的作用。速凝剂在喷射侧壁时比拱顶掺量略低一些。喷嘴尽量垂直岩面成90°角，以确保混凝土的密实效果，喷射时可以观察到喷嘴与岩面的角度偏离直角愈多，喷混凝土材料回弹就越大。
    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，初喷层厚度过薄，粗骨料不易粘结牢固，会增加回弹量。初喷层过厚，混凝土自身重量超过其内部凝聚力或超过混凝土与岩面的粘结力，就会造成初喷层下坠掉落或形成空壳。根据设计的支护参数及现场施工情况，初喷层厚度确定为4～5cm，初喷10～15min后再继续喷射混凝土至设计厚度。
    3.3特殊情况下的混凝土喷射工艺
    无钢拱架支护，仅挂钢筋网的地段，喷射后混凝土层面有时呈波浪形，喷头垂直于岩面喷射则可使混凝土均匀分布，避免起伏。
    设钢拱架的地段，因岩石破碎，混凝土喷射工作显得尤为重要。喷射混凝土必须从填充拱架和岩面之间的空隙、岩面裂隙开始。喷头沿拱架从拱脚向拱顶移动。钢拱架与围岩之间的空隙必须用喷射混凝土填充密实，对于钢拱架的两侧，必须进行一次或两次补喷，并将钢拱架用混凝土包裹严实（又能确保铺设防水板时圆顺、密贴），使其与喷射混凝土构成整体受力体系。
    混凝土掉落部位的补喷，应在10～15min后进行，立即补喷只能引起更大范围的混凝土垮落。
    在有水地段，喷射混凝土与岩面的粘结力较差，混凝土垮落严重。喷射前应先设法排除岩石表面的渗漏水，然后进行混凝土喷射作业。
    3.4施工中应着重注意的事项
    （1）混凝土的拌和质量直接影响喷射效果，施工中应加强原材料检测及混凝土拌和质量的控制。
    （2）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。
    （3）喷射手应注意积累不同地质条件下湿喷混凝土施工经验，不断提高操作熟练程度和技术水平。
    （4）工班长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。
    4 需要解决的问题
    （1）积极探索混凝土湿喷设备的维修保养规律，使之能够保持良好的工作状态。
    （2）混凝土堵管后处理费时较多，应继续优化混凝土配合比，避免或减少混凝土堵管现象的发生。
    （3）有水地段湿喷混凝土效果差，应继续改进完善湿喷混凝土施工工艺，使其能够适应不同地质地段施工。
    湿喷混凝土技术在马家寨隧道的应用，较好地解决了干喷混凝土存在的不足，也取得了一些施工经验，但由于对湿喷混凝土工艺的认识和应用时间较短，诸如防止堵管、有水地段喷射混凝土工艺的研究都将是今后施工中急需解决的问题。湿喷混凝土由于粉尘少、回弹低、生产率高、混凝土质量稳定可靠，在保护施工人员的身体健康、提高经济效益、保证工程质量等方面都有明显的优势。作为一种新的施工工艺，随着湿喷机具的技术进步，其应用必将越来越广泛。 来源: 《www.jianzhu518.com》.