濕噴混凝土技術(shù)在保龍高速公路馬家寨隧道施工中的應(yīng)用

康海鵬

【摘 要】馬家寨隧道是云南保龍公路的控制性長大隧道工程，施工中采用了先進(jìn)的混凝土濕噴技術(shù)和設(shè)備。本文介紹了濕噴混凝土施工技術(shù)在馬家寨隧道的應(yīng)用，希望能提供給各位同仁們參考學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】公路隧道 濕式噴射混凝土 施工技術(shù)

隨著濕噴機(jī)械和相關(guān)材料、設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，濕噴混凝土將會作為一項(xiàng)成熟的施工手段得到廣泛的應(yīng)用,本文簡單闡述了馬家寨隧道施工中應(yīng)用濕噴混凝土技術(shù)的現(xiàn)狀。

1 原材料選擇及配合比確定

1.1原材料選擇

選擇原材料的原則是在滿足質(zhì)量要求的前提下，盡可能采購當(dāng)?shù)夭牧希越档凸こ坛杀尽?/p>

水泥：保山博聞科技公司生產(chǎn)的太保山牌425號普通硅酸鹽水泥。

砂：為保證噴射混凝土的強(qiáng)度，選用硬質(zhì)潔凈的怒江江砂（中砂），細(xì)度模數(shù)2.4。

碎石：為防止噴射混凝土?xí)r堵管和減少回彈，選用粒徑5～20mm的機(jī)制碎石，要求連續(xù)粒級，保證級配均勻并堅(jiān)硬耐久。

外加劑：外加劑對混凝土拌合物的性能起關(guān)鍵作用，施工中選用咸陽外加劑廠生產(chǎn)的滿天星牌SDS液體速凝劑和SDB-2復(fù)合型泵送劑（該泵送劑中加入少量的防水劑）。速凝劑能促使混凝土迅速凝結(jié)硬化；泵送劑起減水作用，可以改善混凝土的可泵性，減少了噴射過程中堵管的可能性；防水劑使混凝土具有一定的抗?jié)B能力，能有效控制少量裂隙水的滲出。

1.2配合比確定

噴射混凝土設(shè)計(jì)等級為C25。在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時，根據(jù)濕噴混凝土工藝要求，必須考慮到混凝土的可泵性及混凝土在受噴面上的附著性。實(shí)驗(yàn)人員首先在試驗(yàn)室進(jìn)行配合比篩選，然后進(jìn)行實(shí)地噴射試驗(yàn)。實(shí)地噴射試驗(yàn)的主要目的是：（1）觀察噴混凝土對受噴面的附著性，即受噴面上的新鮮混凝土是否會塌落；（2）現(xiàn)場噴射混凝土大板，以便試驗(yàn)檢測試塊強(qiáng)度；（3）測試濕噴混凝土的回彈率；（4）觀察混凝土的可泵性。通過多次試驗(yàn)比較，確定配合比如下：

水泥：砂：碎石：水=1.00:1.97:2.22:0.48。

外加劑摻量分別為：速凝劑5%，泵送劑0.8%，每立方米水泥用量424kg。施工中根據(jù)砂、碎石的含水率及時調(diào)整施工配合比。

2 施工機(jī)械

2.1攪拌站

選用2臺雙臥軸JS750L強(qiáng)制式攪拌機(jī)為主機(jī)，電子自動計(jì)量，應(yīng)用工控微機(jī)實(shí)行半自動化控制，生產(chǎn)率50m₃/h。

2.2混凝土運(yùn)輸罐

混凝土運(yùn)輸罐容積為6m₃，罐體在柴油內(nèi)燃機(jī)帶動下可以正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，混凝土在運(yùn)輸過程中正轉(zhuǎn)可以延緩混凝土的凝結(jié)時間，罐體反轉(zhuǎn)則向混凝土泵料斗中卸料。

2.3混凝土噴射設(shè)備

混凝土噴射設(shè)備為成都巖峰濕法混凝土噴射機(jī)，濕噴機(jī)自配流量泵和儀表以控制液體速凝劑的用量，濕噴機(jī)出料能力為6m₃/h。混凝土噴射手在自制簡易臺架上進(jìn)行噴射作業(yè)，混凝土通過濕噴機(jī)輸送到噴嘴處，再添加速凝劑和高壓風(fēng)把混凝土噴射到巖面上，完成噴射作業(yè)。

3 濕噴混凝土施工工藝

3.1混凝土拌制運(yùn)輸

混凝土拌制時按砂→碎石→水泥→水的順序投料，加入SDB型復(fù)合泵送劑后攪拌2min以上，最多不能超過4min。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，攪拌時間小于2min，泵送劑在混凝土中分散不均勻，大于4min時可能破壞泵送劑的性能，影響混凝土的拌合質(zhì)量。

混凝土在通過罐車運(yùn)輸過程中，罐體應(yīng)保持轉(zhuǎn)動以防止混凝土初凝。

3.2混凝土噴射工藝

噴射前用高壓風(fēng)、水沖洗巖面。沖洗時從隧道拱頂開始，按從上到下的順序清洗至側(cè)壁底部。試驗(yàn)表明，潔凈濕潤的巖面與混凝土粘結(jié)比較緊密。

噴射混凝土?xí)r從隧道最底處開始由下往上噴射，以避免回彈料污染已沖洗干凈的巖面，影響噴射混凝土的質(zhì)量。

噴射操作手的噴嘴到巖面的距離1.0m是固定不變的，所以混凝土噴射質(zhì)量取決于風(fēng)壓、速凝劑摻量及噴射角度。噴射手應(yīng)注意觀察風(fēng)、速凝劑、混凝土成股狀流體噴出的關(guān)系。噴射混凝土?xí)r應(yīng)嚴(yán)格控制風(fēng)壓，風(fēng)壓太小，無法滿足噴射混凝土粘結(jié)密實(shí)要求；風(fēng)壓太大，噴射混凝土一觸及巖面（或上一噴層）就會被后續(xù)的強(qiáng)大沖擊力吹走，二者都會直接造成回彈的增加。速凝劑摻量大時，混凝土瞬間凝結(jié)，后噴的混凝土無法滲透鑲嵌到前一層混凝土中，就會被回彈掉，噴射時的粉塵也比平時大；速凝劑摻量小時，起不到加快混凝土凝結(jié)的作用。速凝劑在噴射側(cè)壁時比拱頂摻量略低一些。噴嘴盡量垂直巖面成90°角，以確保混凝土的密實(shí)效果，噴射時可以觀察到噴嘴與巖面的角度偏離直角愈多，噴混凝土材料回彈就越大。

噴射混凝土?xí)r應(yīng)根據(jù)圍巖類別及水文地質(zhì)情況，確定適宜的初噴層厚度，初噴層厚度過薄，粗骨料不易粘結(jié)牢固，會增加回彈量。初噴層過厚，混凝土自身重量超過其內(nèi)部凝聚力或超過混凝土與巖面的粘結(jié)力，就會造成初噴層下墜掉落或形成空殼。根據(jù)設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)及現(xiàn)場施工情況，初噴層厚度確定為4～5cm，初噴10～15min后再繼續(xù)噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

3.3特殊情況下的混凝土噴射工藝

無鋼拱架支護(hù)，僅掛鋼筋網(wǎng)的地段，噴射后混凝土層面有時呈波浪形，噴頭垂直于巖面噴射則可使混凝土均勻分布，避免起伏。

設(shè)鋼拱架的地段，因巖石破碎，混凝土噴射工作顯得尤為重要。噴射混凝土必須從填充拱架和巖面之間的空隙、巖面裂隙開始。噴頭沿拱架從拱腳向拱頂移動。鋼拱架與圍巖之間的空隙必須用噴射混凝土填充密實(shí)，對于鋼拱架的兩側(cè)，必須進(jìn)行一次或兩次補(bǔ)噴，并將鋼拱架用混凝土包裹嚴(yán)實(shí)（又能確保鋪設(shè)防水板時圓順、密貼），使其與噴射混凝土構(gòu)成整體受力體系。

混凝土掉落部位的補(bǔ)噴，應(yīng)在10～15min后進(jìn)行，立即補(bǔ)噴只能引起更大范圍的混凝土垮落。

在有水地段，噴射混凝土與巖面的粘結(jié)力較差，混凝土垮落嚴(yán)重。噴射前應(yīng)先設(shè)法排除巖石表面的滲漏水，然后進(jìn)行混凝土噴射作業(yè)。

3.4施工中應(yīng)著重注意的事項(xiàng)

（1）混凝土的拌和質(zhì)量直接影響噴射效果，施工中應(yīng)加強(qiáng)原材料檢測及混凝土拌和質(zhì)量的控制。

（2）噴射前必須用水泥漿潤滑混凝土濕噴機(jī)和送料管，噴射結(jié)束后用水沖洗干凈管路內(nèi)殘留的混凝土。

（3）噴射手應(yīng)注意積累不同地質(zhì)條件下濕噴混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，不斷提高操作熟練程度和技術(shù)水平。

（4）工班長在噴射混凝土?xí)r要注意觀察拱腰至拱頂?shù)膸r面，加強(qiáng)勞動保護(hù)，防止混凝土和巖面的石塊在高壓噴射混凝土的沖擊下垮落傷人。

4 需要解決的問題

（1）積極探索混凝土濕噴設(shè)備的維修保養(yǎng)規(guī)律，使之能夠保持良好的工作狀態(tài)。

（2）混凝土堵管后處理費(fèi)時較多，應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化混凝土配合比，避免或減少混凝土堵管現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）有水地段濕噴混凝土效果差，應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)完善濕噴混凝土施工工藝，使其能夠適應(yīng)不同地質(zhì)地段施工。

濕噴混凝土技術(shù)在馬家寨隧道的應(yīng)用，較好地解決了干噴混凝土存在的不足，也取得了一些施工經(jīng)驗(yàn)，但由于對濕噴混凝土工藝的認(rèn)識和應(yīng)用時間較短，諸如防止堵管、有水地段噴射混凝土工藝的研究都將是今后施工中急需解決的問題。濕噴混凝土由于粉塵少、回彈低、生產(chǎn)率高、混凝土質(zhì)量穩(wěn)定可靠，在保護(hù)施工人員的身體健康、提高經(jīng)濟(jì)效益、保證工程質(zhì)量等方面都有明顯的優(yōu)勢。作為一種新的施工工藝，隨著濕噴機(jī)具的技術(shù)進(jìn)步，其應(yīng)用必將越來越廣泛。

(作者單位：中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司)