王國(guó)煒 劉 菊 孔祥利

0 引言

噴射混凝土技術(shù)是新奧法施工的核心內(nèi)容之一,是初期支護(hù)的主要內(nèi)容。目前有干噴(潮噴)、濕噴和混合噴(SEG式噴)三種方式。

目前,由于濕噴技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì),濕式混凝土噴射機(jī)在各工程中的應(yīng)用亦越來(lái)越多。但由于存在著一些尚待解決的問(wèn)題,如成本較高,操作維修繁瑣等原因。對(duì)濕式混凝土噴射機(jī)的推廣應(yīng)用起到了一定的阻礙作用,以至于在我國(guó),目前主要的噴射混凝土作業(yè)方式仍是干噴。干噴(潮噴)以適應(yīng)性強(qiáng),場(chǎng)地需求小,成本低在我國(guó)隧道工程中有廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是粉塵大,因而限制了它的發(fā)展。我們同時(shí)使用過(guò)兩種方法:濕噴粉塵減少,但霧狀水泥塵很大,并且每次作業(yè)完成后,清洗設(shè)備繁瑣,使用液體速凝劑成本較高。我們采用的是改良的潮噴,采取有效措施減少了粉塵,工藝簡(jiǎn)單,操作靈活,施工機(jī)動(dòng),快速,高效,有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

1 噴射作業(yè)流程

1.1 準(zhǔn)備工作

檢查受?chē)娒娴妮喞叽?并加以修整,使之符合設(shè)計(jì)要求。清除受?chē)娒嫠蓜?dòng)巖石、浮碴,并用壓力水或高壓風(fēng)清洗除掉受?chē)娒娴幕覊m。檢查機(jī)具設(shè)備及三管兩線和試運(yùn)轉(zhuǎn)。噴射混凝土地段有漏、滴、滲水現(xiàn)象時(shí),應(yīng)予以及時(shí)處理,采取堵、截、排等手段,使噴射面無(wú)淋水、滴水現(xiàn)象,以保證混凝土與巖面的粘結(jié)良好。

1.2 機(jī)械設(shè)備

機(jī)械設(shè)備主要有空氣壓縮機(jī)、噴射機(jī)、攪拌機(jī)。

1.3 混凝土噴射機(jī)操作流程

每班作業(yè)前,應(yīng)對(duì)噴射機(jī)進(jìn)行檢查和試運(yùn)轉(zhuǎn)。

1)開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)先給風(fēng)、再給電,當(dāng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常后送料;作業(yè)結(jié)束時(shí),應(yīng)先將拌合料輸送干凈,再停電,最后關(guān)風(fēng)。2)作業(yè)完畢或因故間斷時(shí),噴射機(jī)和輸料管內(nèi)的積料,必須及時(shí)清除干凈。3)噴射作業(yè)。各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后,可以向攪拌機(jī)料斗和速凝劑料斗中加滿料。首先打開(kāi)進(jìn)風(fēng)總閥門(mén),上風(fēng)路閥開(kāi)啟1/3圈,再調(diào)整下風(fēng)路到0.5 kg/cm2～1.0 kg/cm2空載風(fēng)壓。這時(shí)可以開(kāi)動(dòng)攪拌機(jī),并打開(kāi)供水閥門(mén),向料斗內(nèi)噴水。只要連續(xù)上料處于基本充滿狀態(tài)、不使螺旋葉片暴露出來(lái),攪拌機(jī)就會(huì)自動(dòng)均勻地?cái)嚢韬蜏?zhǔn)確供料。當(dāng)噴射機(jī)料斗內(nèi)有料時(shí),即可開(kāi)動(dòng)噴射機(jī)開(kāi)始作業(yè)。此時(shí)的工作壓力大約為0.4 MPa～0.5 MPa(取決于拌合料的水灰比大小和輸料管長(zhǎng)短)。旋流器風(fēng)壓(下風(fēng)路)調(diào)整確定后,再次開(kāi)啟上風(fēng)路閥門(mén),直到噴射余氣口沒(méi)有較多物料泄出為止。上、下風(fēng)路閥門(mén)調(diào)整合適后一般無(wú)需再動(dòng)。當(dāng)班中需要停風(fēng)時(shí),只需關(guān)閉進(jìn)風(fēng)管路總閥門(mén)即可。作業(yè)中,若發(fā)現(xiàn)混合料堆積在攪拌機(jī)料斗篩網(wǎng)上時(shí),應(yīng)及時(shí)打開(kāi)振動(dòng)器閥門(mén),加速振動(dòng)篩下料,再將雜物揀出,需要停攪拌機(jī)時(shí)一定要把供水閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉。

短時(shí)中斷噴射作業(yè)時(shí),可以隨時(shí)停機(jī)、停風(fēng),無(wú)需清理。拌合料和速凝劑可以滯留在料斗中,但一定要關(guān)閉供水閥門(mén)。長(zhǎng)時(shí)間停頓或每班工作結(jié)束時(shí),首先要停止加料,待攪拌機(jī)料斗排空后加入一定數(shù)量不含水泥的純砂石,并加大向料斗的噴水量,保持機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn),直至料腔中的物料排完為止,而后停機(jī)。停機(jī)后,應(yīng)將輸料管中的殘料吹出去,當(dāng)沒(méi)有物料從噴頭噴出時(shí),再關(guān)閉噴頭水閥。最后關(guān)閉總進(jìn)風(fēng)管路閥門(mén)。

2 隧道噴射混凝土的配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料要求

1)水泥:對(duì)水泥的要求是摻入速凝劑后凝結(jié)快、保水性好、早期強(qiáng)度高、收縮小。實(shí)踐中一般選用普通硅酸鹽水泥。2)砂:噴射混凝土用砂最好選用中粗砂,細(xì)度模數(shù)大于2.5,含泥量小于5%,含水率以5%～7%為宜。3)碎石:卵石或碎石均可,但以卵石最好,其最大粒徑不宜大于15 mm且應(yīng)選用連續(xù)級(jí)配的骨料。4)水:噴射混凝土用水要求與普通混凝土相同。5)外加劑:噴射混凝土的外加劑主要是速凝劑。

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

1)灰骨比:適宜的比例為 1∶4～1∶4.5,水泥過(guò)少,回彈量大,初期強(qiáng)度增長(zhǎng)慢,水泥過(guò)多,粉塵大,硬化后收縮大,水泥用量不能超過(guò)400 kg/m3。2)砂率:砂在整個(gè)細(xì)骨料中所占的百分率對(duì)噴射混凝土的施工和力學(xué)性能有顯著影響。綜合考慮,以45%～55%為宜。3)水灰比:適宜的水灰比是0.4～0.5,在這一范圍內(nèi),混凝土表面平整,呈水亮光澤,回彈和粉塵均減少。偏離這一范圍,不僅降低噴射混凝土強(qiáng)度,回彈量也會(huì)增加。

3 施工控制及養(yǎng)護(hù)

3.1 施工控制方案

1)風(fēng)壓控制:在噴射混凝土作業(yè)時(shí),輸料管長(zhǎng)度應(yīng)控制在20 m左右,噴嘴與出料口的高差不超過(guò)5 m,實(shí)踐表明當(dāng)噴嘴處的風(fēng)壓穩(wěn)定在0.1 MPa～0.2 MPa范圍內(nèi)時(shí),對(duì)回彈控制最為有利,此時(shí)空壓機(jī)上壓力表的讀數(shù)為0.2 MPa～0.45 MPa,因此風(fēng)源風(fēng)壓應(yīng)控制在0.4～0.65范圍。施工中發(fā)現(xiàn),當(dāng)壓送距離、軟管或配管的直徑發(fā)生變化時(shí),空氣壓力要視噴射的狀況和粘附程度加以修正,風(fēng)力過(guò)大或過(guò)小,都會(huì)導(dǎo)致回彈量增加。2)水壓控制:噴水嘴處水壓應(yīng)比輸料管風(fēng)壓高 0.1 MPa～0.15 MPa,且噴水作業(yè)區(qū)的系統(tǒng)水壓應(yīng)大于0.4 MPa,此時(shí)噴射混凝土效果最好。3)噴射角度:在噴射平整的受?chē)娒鏁r(shí),噴嘴應(yīng)與受?chē)娒娲怪?如噴射混凝土射流不能與受?chē)娒娲怪?將會(huì)造成回彈量加大和密實(shí)度降低,強(qiáng)度也會(huì)大大降低。4)噴射距離:施工中通常的做法是:在噴頭上接一個(gè)直徑為100 mm,長(zhǎng)為0.8～1.0的塑料管,它的作用是使水泥與水充分拌和,混凝土束集中和回彈骨料不致傷害噴射手。調(diào)到適合風(fēng)壓后,噴嘴與受?chē)娒孀罴丫嚯x為0.8 m～1.2 m。5)噴射方法:為減少混凝土因重力作用而引起的滑動(dòng)或脫落現(xiàn)象,噴射時(shí)應(yīng)按分段、分部、分塊,自下而上,先邊墻,后拱角,最后拱頂?shù)脑瓌t進(jìn)行。噴頭正對(duì)受?chē)妿r面均勻而緩慢的以順時(shí)針?lè)较蜃雎菪我苿?dòng),可形成均勻的噴射混凝土,可保證回彈量最小。6)噴射人員:主要是噴射手。噴射手在操作過(guò)程中應(yīng)先找一面或者在地上試噴一下,選定最佳的水灰比,然后按噴射規(guī)程操作。7)一次噴射厚度及各噴層間的時(shí)間間隔:混凝土一次噴射厚度水平方向?yàn)? cm～10 cm、向上為5 cm～6 cm、向下為10 cm～15 cm。各噴層間的時(shí)間間隔與水泥品種、施工溫度、速凝劑質(zhì)量等因素有關(guān),根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般間隔時(shí)間為20 min～30 min。

3.2 混凝土養(yǎng)護(hù)方案

混凝土終凝后2 h,即應(yīng)開(kāi)始灑水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d,灑水次數(shù)以能保持混凝土充分濕潤(rùn)為度。

4 噴射混凝土的質(zhì)量檢查

4.1 噴射厚度的檢查

噴射前用PVC管固定在巖體上,其外露長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)噴層厚度大5 cm,隧道每10 m檢查一個(gè)斷面,縱橫向1 m～2 m各設(shè)一根,作施工控制和檢查用。

合格條件:每個(gè)斷面上,全部檢查孔及PVC管處噴層的厚度,60%以上應(yīng)不小于設(shè)計(jì)厚度,其余均不小于設(shè)計(jì)厚度的1/2。

4.2 強(qiáng)度檢查

噴射混凝土強(qiáng)度檢查主要做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),需要在噴射施工時(shí)采集、制作試件,制作抗壓強(qiáng)度試件的方法主要有噴大板切割法、鑿方切割法兩種。

噴大板切割法:施噴的同時(shí),將混凝土噴射于45 cm×35 cm×12 cm(可制6塊)或45 cm×20 cm×12 cm(可制3塊)的模板內(nèi),噴完后立即將表面輕輕抹平,待達(dá)到一定強(qiáng)度后,用切割機(jī)去掉周邊,加工成10 cm×10 cm×10 cm的立方體試件,在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d,而后進(jìn)行試壓。

鑿方切割法:在具有一定強(qiáng)度的噴射混凝土層上,用鑿巖機(jī)打密排鉆孔,取出長(zhǎng)約35 cm、寬約15 cm的混凝土塊,用切割機(jī)加工成10 cm×10 cm×10 cm的立方體試件,在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d,而后進(jìn)行試壓。

5 安全防護(hù)措施

施工中必須采取加強(qiáng)通風(fēng)、噴霧灑水、控制砂石含水率、使用適宜的工作風(fēng)壓、掌握恰當(dāng)?shù)乃冶鹊染C合措施,盡量降低粉塵濃度。機(jī)械上配備的壓力表、安全閥,使用前應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn),合格后方可使用。

另外,噴射混凝土易產(chǎn)生粉塵,不僅會(huì)影響環(huán)境,還會(huì)損害施工人員健康。干噴法噴射混凝土作業(yè)產(chǎn)生的粉塵主要是水泥,其中有時(shí)也含有少量的二氧化硅。它可能引起肺氣腫等疾病,可采取下列措施以減少粉塵:1)適當(dāng)增加砂的含水量,以6%～8%為宜,對(duì)減少粉塵有明顯效果。2)適當(dāng)增加骨料含水量,采用潮式干噴。3)拌合機(jī)拌和加料順序:先放入一般碎石,再放入砂、水泥、速凝劑,最后放入另一半碎石。4)加強(qiáng)通風(fēng),以迅速排除作業(yè)面產(chǎn)生的粉塵。5)采用雙水環(huán)供水的噴嘴,使干料得到充分濕潤(rùn),以減少粉塵。6)加長(zhǎng)噴嘴管長(zhǎng),以400 mm～1000 mm為宜,以增加水與干料混合的機(jī)會(huì),使水泥顆粒充分潤(rùn)濕,降低粉塵。

[1]JTG F60-2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]TB 10204-2002/J 163-2002,鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[3]GB 50299-1999,地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4]李福勇.軟巖大跨隧道施工技術(shù)探討[J].山西建筑,2009,35(5):292-293.