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        濕噴鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)

        2011-06-13 08:18:12賈舒程
        科學(xué)之友 2011年1期
        關(guān)鍵詞:速凝劑鋼纖維風(fēng)壓

        賈舒程

        (山西富路工貿(mào)有限公司,山西 太原 030006)

        1 隧道支護(hù)技術(shù)

        噴(混凝土)錨(桿)襯砌及復(fù)合式襯砌:噴錨支護(hù)是一種組合支護(hù),它是將噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、鋼拱架噴射混凝土結(jié)構(gòu)組合起來的支護(hù)形式??梢愿鶕?jù)不同圍巖的穩(wěn)定狀況,采用錨噴支護(hù)中的一種或幾種結(jié)構(gòu)的組合。噴錨支護(hù)是現(xiàn)代支護(hù)理論的物質(zhì)基礎(chǔ),現(xiàn)代巖石力學(xué)是現(xiàn)代支護(hù)理論的理論支柱。如果以噴錨防護(hù)結(jié)構(gòu)的一種或幾種組合作為初期支護(hù),對圍巖進(jìn)行加固,維護(hù)圍巖穩(wěn)定,抑制有害松動,待初期支護(hù)的變形基本穩(wěn)定后,進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土二次襯砌,二者合稱為復(fù)合式襯砌。

        隧道初期支護(hù)是以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架為主的聯(lián)合支護(hù),它是以大量的噴錨支護(hù)工程實踐和巖體力學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的一門獨立的學(xué)科。隧道初期支護(hù)中的噴錨支護(hù)以及時性、緊貼性、柔韌性、深入圍巖內(nèi)部加固、支護(hù)組合和設(shè)置時間的靈活性、密封性充分發(fā)揮了NATM工法隧道修建理念。隧道中的噴錨支護(hù)的設(shè)計方法有工程類比法、監(jiān)控測量法、理論驗算法、典型類比監(jiān)控反演法、特征線法等。

        2 濕噴鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)

        2.1 機械設(shè)備選型配套

        (1)混凝土制備,鋼纖維混凝土的制備在洞外集中拌和站進(jìn)行。

        (2)混凝土運輸設(shè)備,MR45(6 m3)混凝土攪拌運輸車。

        (3)濕噴機,選用成都巖峰科技開發(fā)公司設(shè)計生產(chǎn)的TK-961型濕噴機。

        (4)配套方案,一個工作面配備TK-961型濕噴機3臺,6 m3砼攪拌運輸車2輛,噴砼作業(yè)臺架2個。

        2.2 原材料的選擇

        (1)水泥,采用42.5普通硅酸鹽水泥,使用前做復(fù)查試驗。(2)砂,選用天然中粗砂,細(xì)度模數(shù)大于2.5,含水率5%~7%,使用前一律用5 mm篩網(wǎng)過篩。

        (3)碎石,選用5~10 mm機制碎石,級配良好,含泥量小于1%,針片狀含量小于10%。碎石由小型錘擊破碎石機軋制,使用前用5 mm和10 mm篩網(wǎng)分別篩去石粉和超徑骨料。

        (4)減水劑,為滿足砼坍落度及品質(zhì)要求,選用高效減水劑,減水劑摻量一般為水泥重量0.4%~1.0%。

        (5)特種速凝劑,選用TX-1型液態(tài)速凝劑。使用前做速凝效果試驗,其初凝時間不超過5 min、終凝時間不超過10 min方可使用。該種速凝劑摻量一般為3%~6%,具體根據(jù)噴射試驗決定,墻部用量略少于拱部。

        (6)鋼纖維,按設(shè)計選用鋼纖維單根抗拉強度不低于600 MPa,直徑D=0.55 mm,長度為L=35 mm,長徑比L/D=64。其彎曲韌度系數(shù)為Re3>67%,摻量為35~40 kg/m3,使用前檢查鋼纖維不得有油污和明顯銹蝕。

        (7)水,水質(zhì)經(jīng)檢驗符合工程用水標(biāo)準(zhǔn),不含對砼有腐蝕作用、影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)。

        2.3 配合比設(shè)計

        鋼纖維混凝土的配比要滿足設(shè)計強度和噴射工藝的要求。

        初配按下列數(shù)據(jù)選擇:水泥:集料=1∶3~1∶4,含砂率45%~60%,水灰比0.4~0.5。為增大混凝土與巖石的黏結(jié)力和減少回彈,初噴時,水泥∶砂∶碎石=1∶2∶(1.5~2)。

        施工前至少要設(shè)計2~4種配比,經(jīng)過試噴、試驗,優(yōu)選回彈量低、物理力學(xué)性能滿足設(shè)計的一組作為應(yīng)用配比,并根據(jù)施工中材料、氣候的變化相應(yīng)調(diào)整。

        2.4 施工工藝及質(zhì)量控制措施

        2.4.1 施工程序

        濕噴鋼纖維混凝土施工程序見圖1。

        圖1 濕噴砼施工程序圖

        2.4.2 施工程序的說明

        (1)混凝土制備?;炷猎诙赐獍韬驼居蓮娭剖桨韬蜋C集中生產(chǎn),自動計量。

        坍落度控制在12~15 cm之間。

        具體投料順序及攪拌時間是:先將砂、石、少量水與鋼纖維投入攪拌90 s,再投入水泥和補充水?dāng)嚢?0 s。

        (2)混凝土運輸。成品混凝土采用6 m3砼攪拌運輸車運至TK-961型濕噴機轉(zhuǎn)子活塞凸輪喂料斗,速凝劑在濕噴機專用入口添加,由計量泵將速凝劑通過膠管壓入噴嘴,依靠噴射管中壓縮空氣將速凝劑霧化與物料充分混合后噴出。濕噴機工作時要求系統(tǒng)風(fēng)壓不小于0.5 MPa,風(fēng)量不小于10 m3/min,工作風(fēng)壓一般控制在0.4~0.5 MPa。

        (3)噴射作業(yè)。①噴射順序:自下而上,先墻后拱,分區(qū)、分段“S”形進(jìn)行,分段長度不大于6 m。②最佳噴射距離與角度:噴頭距巖面距離以0.6~1.2 m為宜,噴射料束與受噴面基本垂直,與受噴面垂線成5°~15°夾角時最佳。③噴射料束運動軌跡:環(huán)形旋轉(zhuǎn)水平移動并一圈壓半圈,環(huán)形旋轉(zhuǎn)直徑約為0.3 m。噴射第2行時,依次序由第一行起點上方開始,行間搭接2~3 cm。④一次噴射厚度:根據(jù)設(shè)計厚度和噴射部位確定,初噴厚度不小于4~6 cm。首層噴混凝土?xí)r,要著重填平補齊,將小的凹坑噴圓順。

        (4)混凝土厚度控制和平整度控制。選擇巖面凸出部位,用電鉆鉆孔,埋設(shè)Φ6鋼筋頭,其外露長度與設(shè)計噴混凝土厚度相等,噴混凝土后無鋼筋頭外露即可。表面平整度以目測平順為宜,否則需補噴。

        (5)混凝土養(yǎng)生?;炷两K凝2 h后,開始噴水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時間不少于7 d。

        (6)噴射混凝土緊跟掌子面,初噴與爆破時間間隔不大于8 h,對Ⅱ、Ⅲ類圍巖在爆破后即初噴并盡快噴至初噴厚度。鋼纖維混凝土噴射施工后,將噴漿面混凝土的鋼纖維完全去掉,以保護(hù)防水層不受損傷。

        (7)施工注意事項。①噴射前,認(rèn)真檢查隧道斷面尺寸,對欠挖部分及所有開裂、破碎、出水點、崩解的破損巖石進(jìn)行清理和處理,清除浮石和墻角虛碴,并用高壓水或風(fēng)沖洗巖面,保證良好接觸。②當(dāng)巖面普遍滲水時,可先噴砂漿,并加大速凝劑摻量,在保證初噴后,按原配比施工。當(dāng)局部出水量較大時采用埋管、鑿槽、樹枝狀排水盲溝等措施,將水引導(dǎo)疏出后,再噴混凝土。③噴射手操作:啟動時,先送風(fēng),后送料,待混凝土從噴嘴噴出后,再供給速凝劑;停止時,先關(guān)閉速凝劑計量泵,之后停止供料,待噴嘴殘留的少量混凝土和速凝劑完全吹凈后,再停風(fēng)。要控制好風(fēng)壓,風(fēng)壓過大,會增加回彈,甚至把未完全凝固的混凝土吹落;風(fēng)壓小,粗骨料沖不進(jìn)砂漿層而脫落,影響噴混凝土品質(zhì),風(fēng)壓過小時甚至?xí)斐啥鹿?;現(xiàn)場以噴混凝土回彈量小、表面有光澤、易黏著為度掌握風(fēng)壓。當(dāng)受噴面較潮濕或有滴水時,速凝劑的摻量適當(dāng)加大到水泥用量的6%~8%。④噴射混凝土要保證供料的連續(xù)性,避免堵塞管路。⑤回彈料不得再利用于噴混凝土材料。

        2.5 噴砼質(zhì)量檢測方法、標(biāo)準(zhǔn)及處理措施

        2.5.1 砼抗壓強度試驗

        (1)割取。采用直接從施工現(xiàn)場噴射的混凝土大板割取100×100×100 mm立方體試件,標(biāo)養(yǎng)至28 d進(jìn)行試驗,其強度須滿足設(shè)計要求,每10 m至少在拱部和邊墻制作一組試件,材料或配合比變化時增加一組。不合格時,查找原因,鑿除重噴。

        (2)鉆取。采用直接從噴層鉆取的直徑為50mm,高度為100mm圓柱形試件。

        采用鉆取圓柱體試件,用式(1)計算強度:

        式中:R:混凝土強度;

        Rc:鉆取圓柱體試件單軸抗壓試驗結(jié)果;

        k1為現(xiàn)場取樣條件系數(shù),可取0.85;

        k2為園柱形試件形狀系數(shù),可取0.8。

        (3)鋼纖維噴混凝土的早期強度也可用貫入法和拔出法測定。

        2.5.2 噴砼厚度檢測

        噴層厚度用激光斷面儀或鑿孔方法檢查,每10延m至少檢查一個斷面,再從拱頂起每隔2 m鑿孔檢查一個點,檢查孔處的厚度應(yīng)有60%以上不小于設(shè)計厚度,平均厚度不小于設(shè)計厚度,最小厚度不小于設(shè)計厚度的50%。厚度不滿足須補噴,發(fā)現(xiàn)有裂縫、脫落或滲漏水時,須整治以后再補噴。

        2.5.3 噴砼粉塵和回彈量檢查

        回彈率拱部不超過20%,邊墻不超過15%。根據(jù)經(jīng)驗采用濕噴砼施工工藝回彈率可控制在5%~20%以下,否則從施工工藝、設(shè)備是否完好、風(fēng)壓、骨料粒徑和級配、配合比等方面查明原因,制定對策。

        3 初支質(zhì)量控制

        除了II類圍巖地段,初期支護(hù)是隧道的主要承力結(jié)構(gòu)。因此,初期支護(hù)對隧道質(zhì)量和施工安全至關(guān)重要。為此,提出以下措施:①據(jù)有關(guān)試驗研和計算分析表明,在對全長錨固型錨桿進(jìn)行拉拔試驗時,拉拔力沿桿體衰減很快,只能在口部1/3長度范圍內(nèi)傳遞。眼孔深部的漿體得不到檢驗。因此,在錨桿施工中必須加強施工組織管理,加強過程監(jiān)控,確保錨桿灌漿密實。堅決杜絕錨桿“長桿短打”、錨固長度不足的現(xiàn)象,確保灌漿飽滿密實。因?qū)τ谟裳貤U長分布的剪應(yīng)力(軟巖)或桿體的橫向抗剪起到支護(hù)作用全長錨固型的灌漿錨桿,錨桿孔內(nèi)漿體的品質(zhì)和飽滿程度是質(zhì)量的關(guān)鍵。②采用濕噴工藝,噴射砼厚度必須滿足設(shè)計要求。③決不允許鋼支撐后回填石頭等行為,超挖部分全部用同級砼填平或噴砼補平。④嚴(yán)格控制鋼纖維質(zhì)量、摻量,謹(jǐn)防減料。⑤嚴(yán)格控制鋼支撐間距。⑥組建專業(yè)拌和隊伍,嚴(yán)格按規(guī)定的配合比配備噴射料。⑦嚴(yán)格按規(guī)定的參數(shù)(角度、距離、軌跡、厚度、空壓等)噴射混凝土。

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