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        濕噴臺車在隧道支護中的應用

        2021-01-07 05:16:22
        黑龍江交通科技 2021年5期
        關鍵詞:速凝劑噴漿風壓

        張 偉

        (中交二公局東萌工程有限公司,陜西 西安 710119)

        1 工程概況

        燕子山分離式隧道左、右線總長分別為2 605 m和2 565 m,隧道凈寬、高分別為10.25 m和5 m,雙向兩車道,每條車道寬3.75 m,按80 km/h的速度設計。整條隧道中,III級圍巖段總長3 196 m,IV級圍巖段總長1 754 m,V級圍巖段總長220 m。該隧道所處區(qū)域地形較為復雜,進口和出口巖性均以強風化凝灰?guī)r為主,穩(wěn)定性相對較差。

        2 設備選型

        燕子山隧道最初采用干噴工藝進行初期支護,雖然這一工藝較為簡單,但會產生濃度較大的風塵,且容易產生回彈,對隧道快速施工不利。針對這種情況,改用濕噴技術,引進濕噴臺車,以優(yōu)化工作環(huán)境,保證混凝土噴射質量,減少回彈,提高生產效率。該隧道所用濕噴臺車主要技術性能參數(shù)包括:(1)混凝土噴射泵:①柱塞行程為1 000 mm;②最大輸送壓力為7.5 MPa;③最大輸出量為30 m3/h。(2)添加劑系統(tǒng):①容量為1 000 L;②最大輸送量為300 L/h。(3)噴漿機械手:①臂擺角/仰角為±27°/55°;②最大寬度為15 m。(4)噴轉旋轉角度為360°。(5)噴漿臂:①臂俯仰為-22°~+55°;②伸縮行程為2 000 mm;③噴漿嘴旋轉/俯仰為450°/105°。(6)空壓機:①形式為電動螺桿式;②排量為13.5 m3/min;③壓力為0.8 MPa。

        3 配比設計

        對于濕噴時所用混凝土,其配比和混凝土成型后強度、初噴層實際厚度與回彈量等都有直接關系。在配比設計過程中,水灰比會對混凝土強度及和易性造成很大影響?;诖?,在按照要求選定了水灰比之后,需將設計要點放在和易性與速凝劑兩個方面,使回彈量不超過15%,坍落度保持在120~150 mm范圍內,以保持良好黏聚性。以現(xiàn)場材料和設備實際情況為依據(jù),將混凝土配比確定為:水泥∶砂∶碎石∶水=1∶1.57∶1.92∶0.5,在此基礎上按照5%的劑量摻加速凝劑,按照0.2%的劑量摻加穩(wěn)定劑。

        4 作業(yè)要點

        (1)對于濕噴用混凝土,其水泥以普硅水泥為主,砂為中粗砂,其細度模數(shù)要達到2.5以上,粒徑在0.075 mm以內的顆粒含量不能超出20%,骨料粒徑不得超出15 mm,且應有良好的連續(xù)級配,間斷級配骨料一般不允許施工。將混凝土按照設計確定的配比制備完成后,檢查其坍落度是否處在120~150 mm范圍內。

        (3)混凝土的噴射施工應在分段的基礎上分塊和分部進行,在分段時,每段的長度不能超出4 m,按照先下后上的順序和先墻后拱的基本順序進行,每塊的尺寸大小按2 m×1.5 m控制。通過這樣的方式,能減少滑動與脫落。在噴嘴運動過程中,應按照S形進行緩慢的移動,在噴射過程中,后半圈應壓住前半圈,同時注意半徑不能太大,噴射的長度要根據(jù)實際速凝效果確定,通常在3~4 m范圍內,嚴格按照規(guī)程進行操作,確保噴射后混凝土表面達到平整。

        (4)噴嘴和巖面之間的距離應按照0.8~1.2 m的范圍嚴格控制,如果局部有較大的限制,可予以適當調整;噴射時,需要將風壓控制在0.3~0.5 MPa范圍內,風壓太大或者是太小都會對混凝土質量造成影響,或引起回彈,當風壓過小時,會由于噴射力不足導致混凝土無法達到密實,而當風壓過大時,將由于噴射速度過快導致明顯回彈,造成混凝土浪費。

        (5)在噴射混凝土的過程中,噴嘴需要和巖面保持垂直,當巖面上存在明顯的凹陷時,應先將其找平。同時以實際情況為依據(jù),對風壓與水壓做適當調。對邊墻進行噴射的過程中,應向下傾斜噴嘴,傾斜的角度按10°控制。傾斜的角度不能太小,否則混凝土骨料將在噴射面上發(fā)生滾動,導致噴射的表面變成波形,也會增加回彈,對噴射質量造成影響。

        (6)混凝土噴射要分層進行,每次噴射的厚度都不能太大,如果厚度過大,將由于受到自重而產生明顯的裂紋,進而引起大面積脫落的現(xiàn)象,一般情況下分層厚度應按照4~6 cm嚴格控制。兩層混凝土噴射之間的時間間隔應控制在15~20 min范圍內。完成第一次噴射施工后,厚度約5 cm,在其實際強度不低于5 MPa后,方可繼續(xù)噴射,直到設計要求的厚度。在第一次噴射過程中,要在確定好設計斷面后,先進行測量組件的埋設,包括收斂測點和沉降測點。當隧道的一次初期襯砌存在鋼拱架時,和圍巖之間存在的空隙要用混凝土將其填充密實,使混凝土覆蓋整個鋼骨架至少2 cm,以免鋼骨架發(fā)生銹蝕。

        5 濕噴臺車優(yōu)點

        (1)提高作業(yè)效率。采用濕噴臺車進行施工時,僅需2~4名作業(yè)人員即可對整個施工過程予以控制。在人員分配方面,能節(jié)省很多人力資源。在噴射效率方面,濕噴臺車單位時間噴射量可以達到30 m3,甚至更高,有效作業(yè)半徑不小于14.8 m,同時僅就位以此即可進行全方位和多角度的施工,基本無盲區(qū)。另外,濕噴臺車的最小轉彎半徑只有6.4 m,能在隧洞中靈活轉向和掉頭,極大的縮短了不同工序之間的銜接時間,提高噴射效率。

        (2)減小回彈率。采用遙控手柄對噴射臂進行控制,能自由進行噴嘴旋轉及大臂伸縮,在垂直與水平方向上都能進行自由動作,每項操作完成后都能快速反應,施工中可長時間保持在最佳距離與角度狀態(tài),對噴射質量的保持與回彈率控制都有很大幫助。濕噴臺車可自供高壓風,施工中長時間保證風壓的穩(wěn)定性,并能結合實際情況將風壓調整到最佳值,對邊墻進行噴射時,風壓通常為0.2~0.4 MPa,當對拱部進行噴射時,風壓通常為0.3~0.5 MPa,風壓過大或過小均會對混凝土質量造成影響,引起回彈量明顯增加。濕噴臺車采用專門的系統(tǒng)對外加劑摻量進行嚴格控制,實現(xiàn)對速凝劑等在內的各類外加劑添加有效控制,最大限度保證摻加合理性,加之作業(yè)人員熟練操作,進一步減小回彈率。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的廣泛采集,經計算可知,拱部混凝土回彈率不超過9%,而邊墻的混凝土回彈率不超過5%,均比國家相關標準提出的要求低。

        (3)改善作業(yè)環(huán)境。采用遙控手柄對噴漿臂進行控制,有效工作范圍為水平16 m和垂直11 m,能自由伸縮到任何一個受噴面。濕噴臺車的駕駛室滿足歐洲相關標準,同時也能滿足防落石和防翻滾方面的要求,能提高現(xiàn)場作業(yè)人員安全。另外,施工現(xiàn)場基本沒有粉塵產生,能有效改善整個工作環(huán)境,避免對作業(yè)人員健康造成危害。

        6 結 語

        綜上所述,目前該隧道濕噴作業(yè)已順利完成,經檢查,濕噴作業(yè)質量合格,所用施工技術,尤其是濕噴臺車合理可行,值得類似隧道工程參考借鑒,為濕噴臺車的廣泛應用奠定良好基礎。

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