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        公路隧道初期支護(hù)施工中濕噴混凝土技術(shù)的應(yīng)用

        2022-10-16 15:54:50龍先林
        交通世界 2022年25期
        關(guān)鍵詞:圍巖混凝土質(zhì)量

        龍先林

        (貴州省公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550000)

        1 工程概況

        某公路分離式隧道左線起訖樁號為ZK49+180—ZK50+305,總長約1.125km,右線起訖樁號為K49+180—K50+325,總長約1.145km,雙向四車道,限寬10.75m,凈高5m。該隧道所在場地地質(zhì)條件較為復(fù)雜且多變,初支施工及其質(zhì)量控制十分重要。以開挖后揭露的圍巖級別為依據(jù),明洞長約65m、Ⅴ級圍巖段長約701.691m、Ⅳ級圍巖段長約1 063.509m、Ⅲ級圍巖段長約439.8m。該隧道襯砌結(jié)構(gòu)按新奧法基本原理設(shè)計,初支體系包含以下幾部分:對于Ⅳ級和Ⅴ級圍巖段,初支包括工字鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)和混凝土噴射;對于Ⅲ級圍巖段,初支包括鋼筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿與混凝土噴射。其中,鋼拱架由縱向鋼筋相連,同時和系統(tǒng)錨桿與鋼筋網(wǎng)通過焊接形成一個整體,和隧道圍巖緊密相貼,提供穩(wěn)定可靠的承載結(jié)構(gòu),采用鋼筋混凝土(亦可采用模筑混凝土)作為隧道二次襯砌,以形成完整的承載結(jié)構(gòu)。該隧道支護(hù)參數(shù)如表1所示。

        表1 隧道支護(hù)參數(shù)

        2 濕噴混凝土

        2.1 技術(shù)優(yōu)勢

        相較于干噴混凝土,濕噴混凝土主要具有以下優(yōu)勢:

        (1)對混凝土配合比的控制較為容易,根據(jù)生產(chǎn)工藝要求生產(chǎn)混凝土后,采用濕噴機(jī)直接噴射,此時混凝土配合比依然處在受控的狀態(tài),能有效保證噴射施工質(zhì)量。而干噴時對混凝土質(zhì)量一般難以控制,而且水灰比存在一定隨意性,需要由噴射人員按照個人經(jīng)驗確定和調(diào)節(jié),如果人員操作錯誤,將對混凝土品質(zhì)造成較大影響[1]。

        (2)濕噴混凝土的回彈率較低,只有15%左右,而干噴混凝土的回彈率可以達(dá)到35%~45%,這樣不僅能減少資源浪費,有利于成本控制,而且還能保持環(huán)境潔凈[2]。

        (3)濕噴時粉塵濃度較低,不會給正常施工造成過大影響。

        (4)干噴施工的生產(chǎn)率通常在5m3/h以內(nèi),而濕噴時的生產(chǎn)率最高可以達(dá)到15~18m3/h。

        (5)設(shè)備與材料的磨損相對較小。雖然干噴機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單,且體積較小,便于清洗,但其結(jié)合板容易產(chǎn)生磨損;而濕噴機(jī)雖然結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,且需要采用動力設(shè)備驅(qū)動與牽引,但結(jié)合板不容易磨損[3]。

        2.2 施工工藝

        2.2.1 施工準(zhǔn)備

        借助檢測儀對隧道的開挖斷面進(jìn)行檢查,確認(rèn)是否和相關(guān)規(guī)范與設(shè)計提出的要求相符,當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)欠挖現(xiàn)象時,應(yīng)予以斷面處理;當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)超挖現(xiàn)象時,應(yīng)先設(shè)置鋼筋網(wǎng)片,然后將松動的巖石清理干凈。經(jīng)檢查確認(rèn)合格后,對濕噴機(jī)進(jìn)行檢查,確定其各項工作參數(shù)是否正常。在現(xiàn)場做好噴射厚度的控制標(biāo)志,若發(fā)現(xiàn)滲水比較嚴(yán)重的段落,應(yīng)做好該段落的防水與排水,并對工作平臺進(jìn)行嚴(yán)格的檢查,確認(rèn)是否穩(wěn)固,以免由于工作平臺失穩(wěn)發(fā)生事故。

        2.2.2 混凝土攪拌

        對混凝土拌制時使用的各類原材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測,確定能否達(dá)到相關(guān)規(guī)定提出的要求;以骨料的含水率和砂細(xì)度模數(shù)為依據(jù),并結(jié)合現(xiàn)場實際情況對混凝土的施工配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整;然后嚴(yán)格按照施工配合比生產(chǎn)混凝土,使混凝土有良好的坍落度與和易性;最后使用攪拌運(yùn)輸車將拌制完成的混凝土運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場[4]。

        2.2.3 混凝土噴射

        混凝土噴射開始前,應(yīng)先由現(xiàn)場管理人員對濕噴機(jī)進(jìn)行全面檢查,然后嚴(yán)格按照先送風(fēng)、再給料、最后噴射的順序進(jìn)行操作。其中,送風(fēng)時,風(fēng)壓按照0.3~0.5MPa的范圍嚴(yán)格控制;送料時應(yīng)注意先添加混凝土,然后再將速凝劑的計量泵開啟;在噴射混凝土的過程中,應(yīng)做好噴嘴和巖面之間距離與角度的控制及調(diào)整。一般先噴射邊墻混凝土,再噴射拱墻,必要時可分段和分塊噴射。在噴射過程中,應(yīng)密切注意噴嘴部位混凝土產(chǎn)生的變化,若發(fā)現(xiàn)此處混凝土未能達(dá)到均勻或發(fā)生堵管等問題,則立即通知操作人員暫時停止噴射,并查找原因,盡快處理;故障排查時應(yīng)注意,濕噴機(jī)的噴嘴不能對準(zhǔn)人,以免管中殘留混凝土突然噴出傷人[5]。

        2.3 質(zhì)量控制

        濕噴施工時使用的混凝土,其配合比設(shè)計和工作性優(yōu)化在質(zhì)量控制中至關(guān)重要,對原材料質(zhì)量予以嚴(yán)格控制是保證濕噴質(zhì)量的關(guān)鍵。為保證料流質(zhì)量,管道中混凝土不可發(fā)生離析,且噴嘴位置的混凝土不能跌漿,保證出漿的均勻性,使水泥漿完全包裹住砂石料,以確保拌和料表現(xiàn)出良好工作性。

        在混凝土強(qiáng)度不斷增長過程中,為防止表面蒸發(fā)或其他方面原因?qū)е滤謸p失,確?;炷恋乃梢猿浞诌M(jìn)行,使混凝土各項技術(shù)指標(biāo)都能達(dá)到要求,并避免因干燥而出現(xiàn)裂縫,應(yīng)高度重視并做好混凝土養(yǎng)護(hù)[6]。

        濕噴時,需要以實際的出料情況為依據(jù)對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整,使風(fēng)壓保持在0.3~0.6MPa范圍內(nèi);并對噴槍和噴射面之間的距離予以嚴(yán)格控制,一般情況下,需將噴槍和噴射面之間的距離控制在1.0~1.5m范圍內(nèi),同時噴槍還應(yīng)和噴射面之間達(dá)到垂直,以小圓或橢圓形進(jìn)行連續(xù)且平穩(wěn)的噴射,以盡可能減小混凝土回彈,保證噴射完成后混凝土的密實性。

        2.4 指標(biāo)控制

        混凝土噴層技術(shù)指標(biāo)包括強(qiáng)度、厚度、密實度和平整度,在實際施工中應(yīng)采取有效措施加以控制,以保證混凝土噴層施工質(zhì)量。

        2.4.1 強(qiáng)度控制

        (1)禁止使用干噴方法,干噴不僅無法對混凝土水灰比與速凝劑摻量進(jìn)行控制,還很難保證混凝土實際強(qiáng)度,有很大離散性,因此應(yīng)優(yōu)先考慮濕噴法,引入先進(jìn)濕噴設(shè)備,保證噴射后支護(hù)結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度。

        (2)加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制,做好集料含泥量檢測、砂細(xì)度模量檢測,以及水泥和速凝劑等技術(shù)指標(biāo)檢測,檢測結(jié)果不符合要求時,不可在施工中使用。

        (3)保證混凝土工作性。坍落度與和易性等都會給混凝土及其噴射后的強(qiáng)度造成很大影響,若混凝土的工作性較差,則會使強(qiáng)度出現(xiàn)很大離散性。

        (4)加強(qiáng)作業(yè)過程管理。將混凝土噴射完成后,其強(qiáng)度和支護(hù)施工質(zhì)量之間密切相關(guān),在實際的噴射施工中,如果未沖洗巖面,將嚴(yán)重影響混凝土和圍巖表面附著強(qiáng)度,而且包含噴射面夾角與距離等在內(nèi)的各項參數(shù)也會給噴射后強(qiáng)度造成影響,應(yīng)完善相應(yīng)的質(zhì)保體系,確保其理想作用效果的發(fā)揮。

        (5)提高養(yǎng)護(hù)管理力度。為防止噴射完成的混凝土表面的水分蒸發(fā),確保水化作用充分完成,避免因干燥而開裂,需切實做好養(yǎng)護(hù)工作。具體的養(yǎng)護(hù)方法為在隧道的高壓水管上按照20m的間隔距離設(shè)置閥門,與水管相連用于灑水養(yǎng)護(hù),在混凝土達(dá)到終凝2h后開始進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。在水管無法到達(dá)的部位,可借助高壓水泵來養(yǎng)護(hù),每天的灑水次數(shù)一般為3~4次,如果外界氣溫相對較高,則需適當(dāng)增加每天的灑水次數(shù),以確保混凝土表面保持濕潤為準(zhǔn)。另外,養(yǎng)護(hù)過程中使用的水應(yīng)保持潔凈,以免對混凝土造成污染,當(dāng)氣溫在5℃以下時,禁止進(jìn)行灑水或噴水養(yǎng)護(hù)。

        2.4.2 厚度控制

        若噴射厚度未能滿足設(shè)計要求,則可能導(dǎo)致混凝土噴射層產(chǎn)生裂縫或剝落,嚴(yán)重時將給工程安全造成很大影響。對混凝土噴射層厚度有影響的因素包括:

        (1)爆破效果,當(dāng)爆破效果較差時,斷面輪廓線不能達(dá)到圓順,使超挖部位噴層厚度較大,而欠挖部位噴層厚度較小。

        (2)回彈率,當(dāng)混凝土噴射過程中回彈率相對較大時,會使局部噴層的厚度無法達(dá)到要求,這一現(xiàn)象在拱部較為常見。

        (3)施工管理,若施工管理不嚴(yán)格,如未設(shè)置標(biāo)樁等對噴層厚度進(jìn)行控制,則會使噴層厚度較小。因此施工中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行標(biāo)樁的設(shè)置,以嚴(yán)格控制噴層施工厚度,滿足設(shè)計提出的要求。

        (4)噴射參數(shù),如噴射風(fēng)壓、噴頭和受噴面之間的距離、噴射面角度與混凝土粒徑等,這些除了會對噴射后噴層強(qiáng)度造成影響,還會影響到噴層厚度。

        (5)噴層厚度檢測為噴層施工質(zhì)量控制重要環(huán)節(jié)之一,需按照標(biāo)準(zhǔn)提出的頻率,采取合理有效的方法進(jìn)行檢測,進(jìn)而為施工過程中和控制工作提供參考依據(jù),在條件允許的情況下,可借助地質(zhì)雷達(dá)實施高頻次檢測。

        2.4.3 密實度控制

        隧道初支背部和圍巖之間往往存在空洞,導(dǎo)致初支難以和圍巖一同發(fā)揮作用,使圍巖松弛,導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定彎曲應(yīng)力,對支護(hù)結(jié)構(gòu)造成一定損壞,減小承載力,影響隧道正常使用。如果施工中開挖工作面的超欠挖現(xiàn)象較為嚴(yán)重,則也會導(dǎo)致密實度較差等問題。另外,在實際施工與控制過程中,應(yīng)注意以下幾點:

        (1)當(dāng)隧道圍巖發(fā)生明顯變形時,應(yīng)立即對圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

        (2)在噴射作業(yè)開始前應(yīng)將受噴面上存在的粉塵和雜物清理干凈,對有涌水的部位應(yīng)加強(qiáng)排水,如果受噴面有很強(qiáng)的吸水性,則需要在噴射混凝土前進(jìn)行灑水,以免混凝土和受噴面之間無法良好結(jié)合。

        (3)混凝土噴射開始前需清除所有遮擋物,確?;炷羾娚漤樌瓿?,以保證噴射完成后的混凝土達(dá)到密實,以免產(chǎn)生空洞。

        (4)在有拱架的部位進(jìn)行混凝土噴射施工時,應(yīng)注意對噴射角度的控制,使拱腳背后噴射的混凝土達(dá)到均勻。

        (5)噴射過程中密切注意風(fēng)壓、噴射角度與速度,防止鋼筋網(wǎng)的孔眼被堵塞,在必要的情況下可對鋼筋網(wǎng)孔眼尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

        (6)加強(qiáng)施工質(zhì)量控制力度,提高施工人員自身質(zhì)量意識,當(dāng)產(chǎn)生超挖的現(xiàn)象時,應(yīng)立即采用模筑的方法進(jìn)行處理,回填時注意不可使用其他物質(zhì)進(jìn)行,將超挖的部分回填密實后,才可以進(jìn)行初支施工。

        2.4.4 平整度控制

        噴層表面平整度和之后防水板鋪設(shè)施工質(zhì)量及二襯施工質(zhì)量直接相關(guān),根據(jù)相關(guān)規(guī)范提出的要求,噴層平整度應(yīng)達(dá)到以下要求:拱頂處相鄰兩個凸面的深度與凹面距離比值不超過1/8,邊墻處相鄰兩個凸面的深度與凹面距離比值不超過1/6。導(dǎo)致噴層平整度無法達(dá)到要求的原因包括:

        (1)圍巖質(zhì)量較差或爆破效果不佳使開挖輪廓線出現(xiàn)嚴(yán)重的超欠挖現(xiàn)象,且未能對欠挖的部位予以及時處理。因此,保證爆破效果是確保噴層平整度達(dá)到要求的關(guān)鍵,必須引起相關(guān)人員的高度重視。

        (2)在實際的混凝土噴射施工中,應(yīng)對巖面上面積較大的凹坑采用初噴的方法將其找平。

        (3)在實際噴射施工中,未采取有效措施對厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制,導(dǎo)致噴層厚度不足或不均勻,使完成施工后的噴層平整度較差,在噴射施工中必須做好噴層厚度控制。

        3 結(jié)論

        (1)根據(jù)該工程施工實踐,完成濕噴施工后,混凝土強(qiáng)度可以達(dá)到29.61MPa,達(dá)到設(shè)計提出的不低于25MPa的要求,同時標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)都很低,完成噴射的混凝土可達(dá)到飽滿和密實。

        (2)濕噴混凝土?xí)r,混凝土必須有良好的工作性,包括強(qiáng)度、和易性與坍落度,施工中應(yīng)引起足夠重視,加以嚴(yán)格控制。

        (3)噴射施工中,應(yīng)對各項工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,包括風(fēng)壓、噴槍和噴射面之間的距離與角度等,以減少回彈,保證質(zhì)量。

        (4)對于濕噴回彈率,邊墻為9.1%,拱頂為18.8%,均小于干噴,能在保證質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,確保施工安全。

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