2.工法内容

2、工法内容材料

钢纤维喷射混凝土单层衬砌工法

中铁十三局集团第一工程有限公司

刘 涛 宋战平 沙权贤

1.前言

长陡坡斜井二次衬砌施工难度大、危险性高、施工周期长、施工质量难以保证,受斜井施工特点限制,采用安全可行、施工方便、质量可靠的钢纤维喷射混凝土单层衬砌施工新技术尤为必要。

国内对纤维喷射混凝土单层衬砌的研究尚处于起步阶段,急需结合在建工程进行系统研究、推广和总结,我单位结合以往施工经验经过科技攻关,总结提出可供工程应用的钢纤维喷射混凝土单层衬砌工法,用于指导摩天岭隧道长陡坡斜井施工,安全、经济、高质量地完成斜井的施工,同时可推广用于指导我国单层衬砌的设计及施工,推进我国隧道建设的发展和进步。

该工法在质量控制上达到设计要求的标准;采取了一系列的安全措施和环境保护措施,在安全、进度、环保等方面取得了显著的效益。

经科学技术部西南信息中心查新中心的查新,摩天岭隧道长距离、大陡坡斜井施工技术除本项目外,国内外未见相同文献报道。2010年10月14日,《摩天岭公路隧道长陡坡斜井施工技术》通过了吉林省科学技术厅科技成果鉴定,鉴定意见:该成果整体达到国际先进水平,环保节能效果突出,取得了显著的经济社会效益,具有广泛的推广应用前景。《摩天岭特长公路隧道成套施工技术研究》科技成果荣获2011年度吉林省科学技术进步二等奖。

该工法分别应用于摩天岭隧道1#、2#斜井、昌奉高速公路A3合同段梅岭隧道工程、上武高速公路S1合同段分水关隧道斜井,推广应用成绩显著。

2.工法特点

2.0.1本工法采用钢纤维喷射混凝土单层衬砌替代原设计复合式衬砌,成功的解决了斜井施工安全隐患突出的施工难题。

2.0.2本工法采用钢纤维喷射混凝土单层衬砌替代原设计复合式衬砌,减少了大型施工设备,节约了2/3的原材料,节能环保效果突出。

2.0.3本工法采用钢纤维喷射混凝土单层衬砌替代原设计复合式衬砌,成功的解决了斜井

内二次衬砌混凝土质量难以保证的难题。

2.0.4本工法使用无碱速凝剂满足回弹量小、速凝效果好、无化学灼伤危险(中性或弱碱性)的要求,且对混凝土后期强度影响较小,解决了掺加速凝剂对人员伤害及混凝土后期强度损失大等难题。

2.0.5本工法技术实用性强,在大量降低施工成本的基础上大幅缩短施工工期,应用推广意义重大且经济实用。

3.适用范围

本工法适用于I-III级的围岩段隧道衬砌施工,也适用于现场环境恶劣的高边坡防护施工。对于III级以上围岩,可以采用加钢筋拱喷射加强肋的方式进行支护;对于有地下水的地段可以考虑引排地下水后进行钢纤维喷射混凝土施工。

4.工艺原理

在湿喷混凝土中加入钢纤维以及聚丙烯纤维等纤维材料,可以显著提高混凝土的抗拉强度、抗拉弯韧性以及抗裂性能,同时无碱速凝剂、高效减水剂和湿喷机具的出现和发展更是大大提高了喷射混凝土衬砌的质量,提高了喷射混凝土衬砌吸收围岩变形和抗渗能力,可以采用钢纤维喷射混凝土作为隧道的单层永久衬砌替代传统的隧道复合式衬砌。

5. 施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程图

工艺流程见图5.1。

5.2配合比设计及试验

配合比设计主要是通过室内试验、理论分析、现场试验及监测等手段,确定最优的配合比方案。

5.2.1纤维混凝土力学性能室内试验研究

1、研究纤维参数对纤维混凝土抗压、抗劈拉、抗折以及弯曲韧性和初裂等力学特性的影响,确定现场施工中纤维的有关参数。

研究内容:1) 纤维材质(钢纤维、聚丙烯纤维)对纤维混凝土强度的影响;2) 纤维形状(端钩型、波浪型等)对纤维混凝土强度的影响;3) 纤维掺量对纤维混凝土强度的影响;4) 纤维的几何参数(长度、等效直径和长径比)对纤维混凝土强度的影响。

研究目标:从确定的12(钢纤维)+3(聚丙烯纤维)种规格中优选经济、合理的现场喷射纤维的种类和掺量。

图5.1 钢纤维喷射混凝土单层衬砌工艺流程 2、混凝土外加剂对纤维喷射混凝土强度影响研究及合理掺量。

1)研究内容:(1) 无碱速凝剂对纤维喷射混凝土强度的影响;综合速凝效果和长期强度两方面因素,确定速凝剂的合理掺量;(2) 减水剂对纤维喷射混凝土强度影响,确定减水剂的合理掺量;(3) 硅粉和聚丙烯微纤维掺量对纤维混凝土强度的影响,确定经济合理的掺量。

2)研究目标:确定经济、合理的现场喷射纤维中无碱速凝剂、减水剂和硅粉的掺量。

3、纤维混凝土抗渗试验研究,确定纤维喷射混凝土结构抗渗等级,为隧道防水喷层厚度提供基本数据。

1)研究内容:(1) 混凝土外加剂对纤维混凝土抗渗性能的影响;(2) 混凝土掺合料 (硅粉等) 对纤维混凝土抗渗性的影响;(3) 纤维掺量 (钢纤维、聚丙烯纤维) 对纤维混凝土抗渗性的影响。

2)研究目标:确定纤维喷射混凝土单层结构的抗渗特性,为隧道结构自防水提供合理的配合比和结构厚度。

5.2.2单层衬砌技术应用相关问题的理论分析

1、斜井纤维混凝土单层衬砌厚度研究。

1)研究内容:参考国外已有工程,结合挪威法和根据现场揭示地质条件进行的施工动态数值模拟,确定喷射纤维混凝土单层衬砌的设计参数。

2)研究目标:确定不同地段纤维喷射混凝土单层衬砌厚度。

2、纤维混凝土单层衬砌防排水措施及相关技术研究。

1)研究内容:结合已有工程经验,在纤维喷射混凝土抗渗试验基础上,提出斜井单层衬砌的防排水措施。

2)研究目标:斜井纤维喷射混凝土单层衬砌防排水措施。

3、研究纤维喷射混凝土壁面粗糙程度对隧道通风的影响

1)研究内容:纤维喷射混凝土单层衬砌壁面粗糙度测试,在此基础上分析计算壁面粗糙度对隧道运营通风的影响。

2)研究目标:确定影响程度及相关措施。

4、纤维喷射混凝土单层衬砌工作机理及设计方法研究。

1)研究内容:分析纤维喷射混凝土单层衬砌工作机理,研究纤维喷射混凝土单层衬砌设计参数确定及设计方法,探讨能量法、断裂力学等方法在纤维喷射混凝土隧道衬砌设计中的应用。

2)研究目标:纤维喷射混凝土单层衬砌的工作机理和设计方法。

5.2.3现场试验与监测部分

1、现场纤维喷射混凝土喷射性能试验

1)研究内容:

(1) 纤维的种类和掺量、混凝土骨料级配等对纤维混凝土喷射性能的影响;

(2) 水灰比、外加剂和掺合料的掺量对喷射性能的影响;

(3) 喷射风压、距离,喷射路线以及喷头与受喷面夹角等对喷射效果的影响;

(4) 纤维喷射混凝土单层衬砌的防排水技术 (纤维喷射混凝土自防水、防水砂浆、防水涂层等) 。

2)研究目标:由室内试验确定的纤维喷射混凝土配合比参数进行试喷试验,确定现场大规模试喷试验方案(5种方案),纤维喷射混凝土单层衬砌施工要点。

2、纤维喷射混凝土单层衬砌构件试验

1)研究内容:

(1) 纤维混凝土喷板质量密度试验;

(2) 喷板切块力学性能试验;

(3) 喷板抗渗性能试验;

(4) 喷板板压韧性试验;

(5) 纤维混凝土与岩壁粘结强度试验。

2)研究目标:纤维喷射混凝土单层衬砌受力机制和破坏特征,为斜井纤维喷射混凝土单层衬砌理论分析提供参数。

3、现场规模试验及推广

1)研究内容:选120m的试验段进行现场规模试验,试验分七段进行,其中五段每段20m,两段每段10m。试验段按室内外试验优选5种配合比进行。对各个试验段进行:

(1) 纤维喷射混凝土强度检测 (取芯试验、声波试验);

(2) 纤维喷射混凝土衬砌稳定性评价 (通过不同试验段现场位移、应力监测,应力主要包括喷层应力等);

(3) 纤维喷射混凝土单层衬砌原位抗渗性能试验。通过对试验段的施工来检验和调整施工工艺。

2)研究目标:总结提升纤维喷射混凝土单层衬砌施工安全、可行的操作规程和工艺流程控制的要点、方法,促进该项技术的进一步推广和应用。

5.2.4现场试验段施工

在前期研究工作的基础上,试验段分7段,其中五段每段20m,两段每段10m共120m,按下表5.2.4的五种配合比方案实施。

表5.2.4 试验段钢纤维喷射混凝土配合比方案

试验段工作内容:

在各试验段喷射过程中:一方面取样制作喷射混凝土大板,进行钢纤维喷射混凝土的力学性能试验;另一方面对各段的喷射效果及时比较、分析、总结,不断完善施工工艺。

5.2.5钢纤维喷射混凝土抗渗能力试验

抗渗性是综合反映混凝土抗渗和耐久性能的重要指标。对于隧道支护结构,为了防止地下水对混凝土和钢纤维的侵蚀,要求钢纤维喷射混凝土具有较高的抗渗性能。钢纤维喷射混凝土的抗渗性能试验分两方面进行:一方面,是在试模内喷射抗渗试件并标准养护28d,再进行抗渗性试验。另一方面,在试验段喷射混凝土内预埋抗渗水管,标养28d后,按照抗渗规范要求,向抗渗管中注水加压进行抗渗试验,考察现场喷射混凝土的极限抗渗性能。

5.2.6单层衬砌试验段监测

对试验段典型衬砌断面进行了变形和应力的动态过程监测,对典型断面进行的监测工作主要包含以下几个方面:

1、在各试验段(7段)边墙1.5m高度处、拱腰和顶拱各布设一组混凝土应变计,进行支护结构变形监测(7(段)×5(监测断面组)=35组)。

2、在各试验段(7段)边墙底处和拱顶各布设一组收敛监测测点,进行围岩和支护结构收敛监测(7(段)×3(监测断面组)=21组)。

根据监测结果,混凝土应力有如下特点:

1)围岩与衬砌的接触应力,除个别测点外,大部分是处于压应力状态;

2)混凝土的压应力大都小于0.5MPa,远小于混凝土的抗压强度;

3)从混凝土应力变化趋势来看,测试初期混凝土应力有一个快速增长阶段,而后趋于平稳,支护结构受力经过短暂的增长后,便趋于稳定。

5.2.7 斜井单层永久衬砌厚度确定

对围岩稳定性评价主要采用Q系统分类法。得到Q值以后,还需要一个参数De来确定支护方案,De的表达式为:

De 开挖的跨度、直径或高度(m) (5.2.7-1) 开挖支护比ESR

其中开挖的跨度、直径或高度取三者之中的最大值,开挖支护比ESR与开挖的用途及安全等级有关,具体取值见下表5.2.7-1。

表5.2.7-1 开挖支护比ESR的取值

通过计算并结合现场监控数据,综合考虑混凝土强度差异以及围岩变化等因素,单层衬砌建议支护参数如下:

1、对Ⅱ级围岩段推荐采用15cm厚钢纤维喷射混凝土单层永久衬砌支护,钢纤维掺量50kg/m3~80 kg/m3;

2、III级围岩段推荐采用20cm厚纤维喷射混凝土单层永久衬砌支护,钢纤维掺量50kg/m~80 kg/m。

3、对已进行钢筋网喷混凝土初期支护段推荐采用10cm厚钢纤维喷射混凝土。

对需要考虑防水问题的隧道,可以加入聚丙烯微纤维提高钢纤维喷射混凝土的抗裂和抗渗性能,以达到防水效果,必要时可在两层喷混凝土中间施作防水层。

钢纤维喷射混凝土的配合比是决定单层衬砌性能的重要因素,配合比的选取决定了支护结构的最终性能。喷射钢纤维混凝土中钢纤维参量宜采用60 kg/m;现场施工采用下表5.2.7-2所示配合比:

表5.2.7-2 配合比参数表

3335.3操作要点

5.3.1受喷面处理

喷射作业前,需进行受喷面危石处理,用高压风吹,高压水清洗岩面,埋设厚度检测桩。对于特别干燥的岩面,喷射前应喷水至饱和状态。喷混凝土前,先喷一层厚5~10mm、强度不低于湿喷钢纤维混凝土强度等级的水泥砂浆垫层,以减少钢纤维喷射混凝土的回弹。

5.3.2控制喷层厚度标志的设置

混凝土喷射前,应在裸洞上做标记,以确定需要喷射混凝土的厚度,厚度标志宜充分利用原有部件(如锚杆裸露部分等);如没有原有部件可以利用,则应重新设置,一般在岩石上打入短钢筋。喷射时,当外露长度被覆盖则说明喷层厚度达到设计要求。

5.3.3 混凝土的拌合及运输

湿拌料搅拌时投料顺序和方法应正确,使用强制式搅拌机搅拌充分,保证钢纤维分散均匀,一次搅拌量不大于额定搅拌量的80%。投料时按石、砂、水泥+钢纤维的顺序分3批投入,或者使用钢纤维加入机分散加入。为发挥外加剂的效果,外加剂应随后与20%~50%的拌和水一起加入拌和料中,不要直接加入干料中。

砂、石、水泥、钢纤维、硅粉干搅拌2min以后,加入水和减水剂等搅拌2min,拌制好的混凝土和易性应好,坍落度满足要求才可使用。

湿拌料制好后,应尽快运至工作面进行施喷,在运输过程中要不停地搅动以防止离析、泌水和坍落度降低过多,甚至凝固。湿拌料存放时间不超过2h,采用罐车自动上料,如下图5.3.3所示。

图5.3.3 混凝土由滑道通过串桶至罐车 混凝土由罐车直接流入喷射机下料口

5.3.4湿喷机开机前准备

1、检查液体速凝剂数量和质量,不够时需添加;如发现速凝剂中有少量沉淀,可人工进行搅拌,以保持液体速凝剂混合均匀,但若沉淀过多时则不能使用。温度低于零度时需采取加温措施防止液体速凝剂结冰。

2、转动计量泵调节旋钮,使速凝剂添加比例达到混凝土配合比设计要求。

3、接风管和电源。

4、主风阀打开前,系统风压显示值低于0.5MPa时不得开机。

5、合上电源总开关,检查电压是否在380V±19V范围之内。

6、用扳手均匀拧紧(按对角线交替进行)四个拉杆,注意压紧力不宜过大,观察胶垫略有变形即可。

7、点动主电机启动按钮,观察轮子旋转的方向是否与转子所标方向一致(应为逆时针转动),如不一致,则转动电控柜上的转换开关旋转钮反向。

8、用扳手再对四个拉杆进行稍许加力,使四个杆受力均匀。

9、点动振动电机,观察其工作是否正常。

10、用快速接头将混凝土喷射管与变径管、喷嘴相连接。

11、连接速凝剂输送管。

12、将速凝剂管与水管相连接,启动计量泵泵水,观察吸入管内液体流动是否正常。再打开速凝剂辅助风截至阀,检查接头是否有泄漏,喷嘴混合环是否堵塞,当喷嘴喷出水时停机。

13、将速凝剂管插入速凝剂容器中,启动计量泵,打开速凝剂辅助风阀,待喷嘴处喷出速凝剂时停计量泵。

14、理顺混凝土喷射管,使其圆滑过渡,防止胶管因急转弯造成堵管。

15、向料斗中加入约半料斗拌合好的混凝土,点动振动电机,使混凝土料从筛网进入料斗。

16、点动主电机,使转子略微转动(转动量不超过一周),使气料混合仓中有少量混凝土形成料柱密封。

5.4喷射施工

5.4.1喷射操作方法

1、准备开风时,须与喷射手联系,并严格遵守以下开机程序:打开速凝剂辅助风—缓慢打开主风阀送风—依次启动速凝剂计量泵、主电机和振动电机—向料斗连续加料。

2、开机后,注意观察风压表数值的变化,并根据喷嘴出料情况调整主风阀开度以控制高压风的风量和风压。一般喷边墙工作时风压为0.2~0.4MPa,喷拱部时为0.3~0.5MPa。此外,工作风压值与混凝土和易性和喷嘴的长度有关,和易性越好、管道越短,通常所需风压较低,反之则风压较高。必要时可通过调整混凝土的配比,改善混凝土的和易性来降低喷射时的工作风压,可同时起到减少回弹和提高喷面平整度的作用。

3、喷射作业时,操作司机要时刻注意观察喷嘴情况,与喷射手保持联系。一旦发现堵管,要立即停主电机和振动机,最后关主风阀,待管路疏通和清除故障后方能再开机。当喷嘴出料

突然出现脉冲时,暂时关主电机和振动电机(主风不关),如果管路随之畅通则继续开机,否则,需要通过反复开关风阀使管路畅通。

4、喷射作业时,司机要注意观察转子体下方九个孔泄浆严重时,说明活塞唇边已磨损或损坏,必须立即更换活塞。为此,司机要注意保持转子体泄浆孔畅通,防止水泥浆堵塞。

5、注意观察钢衬板与结合板间接合面的密封情况,当结合面有砂浆呈喷射状喷出时,说明压力不够或结合板磨损,应适当调整拉杆的压紧力或更换结合板。

6、注意观察料斗中混凝土下料速度,下料慢并有返风现象时常有以下几种原因:一是混凝土和易性不好,过干或过粘都会造成混凝土下料速度慢,应通过调整混凝土配合比改善混凝土和易性;二是结合面压紧力不够或结合板磨损过度,造成结合面密封不好返风,应适当调整拉杆压紧力或及时更换结合板;三是气料混合仓集料严重硬化,也会造成下料速度缓慢,应及时清理。

7、喷射作业过程中,上料速度要均匀连续适中,始终保持进料斗中有一定的混凝土储存,及时清除振动筛上粒径>15mm的粗集料和其他异物,以防止堵塞筛网造成混凝土下料缓慢。

8、喷射手掌握喷嘴时,应尽量使喷嘴与受喷面垂直,距离在0.8~2m范围之内(与风压成反比)。角度控制在75°~90°,以90°为宜。喷射时,喷头作顺时针方向旋转(转动半径15~20 cm),一圈压半圈,纵向蛇行进行。先补平坑洼低凹处,喷射时分段、分部、分块、分层进行,并按初喷、复喷(间隔4~6 h)分2次进行,初喷时先拱后墙,复喷时先墙后拱。

9、一次喷层厚度:边墙一次喷层厚度7~15cm,拱部5~8cm,应在前一层终凝后才进行后一层施喷。

10、湿喷钢纤维混凝土养护:湿喷钢纤维混凝土终凝后2h开始养护,保持表面为湿润状态,可选用喷雾湿润或盖薄膜法养护,时间为10~14 d。当相对湿度> 85%时,可采用自然养护,而当气温低于+5 ℃时,不得洒水养护。

11、混凝土供料一定要连续,喷射途中经常停机易造成混凝土喷嘴处速凝剂通道堵塞和气料混合仓积料严重。

12、喷射过程中发现喷嘴出料少,说明气料混合仓积料太多需要清洗,可停机后打开气料混合仓的快速接头,将其中的积料清理干净。

13、喷射过程中,喷射手后方的助手应及时协助喷射手理顺混凝土管,避免喷射手在变换喷射位置时,使混凝土管产生急转弯和憋劲现象,引起堵管。

14、短时停机时,停主电机、振动机和计量泵,关主风阀,但保持辅助风阀呈开启状态以防止速凝剂堵管。

15、工作中一旦发现速凝剂管堵塞,先停机,关闭主风阀和辅助风阀,然后拆卸速凝剂管路接头。

16、工作两个小时或停机等料时,在喷完料斗中的混凝土后,停计量泵机振动电机,关小主风阀,向料斗中加水,运转两分钟,开大风阀,喷出料斗中的水,起到清洗活塞料腔、气料混合仓及喷射管的作用。 5.4.2 停机

1、停止上料,待料斗中混凝土基本输送完毕时先停速凝剂计量泵,再停振动电机。 2、通知喷射手将喷嘴从喷射面移开,从速凝剂桶中取出速凝剂吸管,放入清水桶中,启动计量泵电机,清洗速凝剂管路。

3、向料斗中加水通过喷水清洗气料混合仓和混凝土管道,当喷嘴出清水后,移开水管,关主电机,稍后再关主风阀和计量泵,最后关闭速凝剂辅助风阀。

4、用清水彻底清洗喷射机表面混凝土。

5、卸气料混合仓两侧的快速接头,放松拉杆,翻开压板和料斗。翻开压板和料斗时须注意安全,缓慢打开和复位。

6、彻底清理气料混合仓、变径管和料斗混凝土积料,并用水清洗。 7、开动主电机,清洗转子料腔内混凝土。 8、压板和料斗复位,拉杆复位。 9、停机切断风、水、电源。 5.4.3回弹料的处理

回弹料不能重新作为湿喷钢纤维混凝土原材料,喷射后及时清运。 5.4.4钢纤维喷射混凝土的养护

钢纤维喷射混凝土的养护,一般以保持喷层表面湿润为宜,当喷层表面发白时,应用高压水枪洒水保护,养护试件1~2周。 5.5施工注意事项

在钢纤维喷射混凝土的施工中要着重注意以下几点:

1)喷射手技术的高低直接影响喷射作业的质量。应选用有经验的、熟练的喷射操作工人(喷射手)进行喷射操作。新组建喷射施工队伍时,应对喷射手进行专门的操作实习培训。

2)开机人员要与喷射手时刻保持沟通,喷射手通知开风(停风)时开机人员方可开风(停风)。注意回弹与风压等的关系,总结合适的工作风压。

3)喷射时严格按照机械操作标准进行操作,以免由于误操作带来严重后果。

4)操作平台的好坏直接关系到喷射混凝土的质量,因此制作喷射台车前,宜征求具有熟练喷射经验的喷射手意见,以确定台车的尺寸。

5)堵管处理

因为掺入钢纤维的影响,施工中很容易堵管。防止堵管应做到:严格筛选骨料;严格控制水灰比;保证风压正常;保持管路顺直;钢纤维搅拌均匀,不能有结团;每次作业完成或中间长时间停止作业,均要用水清洗机具设备,防止凝固。

管路的堵塞可能是由以下原因造成的:(1)拌合料中有大粒径石子,杂物。(2)喷射司机操作失误,喷射混凝土结束后未及时清洗料斗和混凝土管,造成混凝土结块。(3)掺和钢纤维量相对与机械喷射量偏大,钢纤维不均匀结团。(4)风压偏小。(5)喷射手更换混凝土管时出现急拐弯和憋劲现象。

堵管后要立即停机、停风,检查原因,若由于风压偏小,则要调整风压;若由于混有大粒径石子或异物及钢纤维结团,则要拆除管路清除堵塞物;若由于喷浆管打折憋劲,则理顺混凝土管后,用高压风吹通。

6)岩面渗漏水处理

湿喷钢纤维混凝土由于水灰比较大,对渗漏水岩面的适应性相对不如干喷。施工中采用“导、集、排、引、堵”相结合的方法处理,即对微量分散的水,采用挖浅槽导流汇集排出;对较小量集中的水,采用钻孔插入小导管引出;对较大量的水,采用钻孔注浆封堵。总之,有渗漏水的岩面,喷混凝土前必须做好水的处理,以保证湿喷钢纤维混凝土的质量。

7)掉块处理

除了减少一次喷层厚度以外,还要检查风压、配合比,尤其是速凝剂掺量和水灰比是否正常。

8)减少钢纤维回弹

减少钢纤维回弹就是使钢纤维的回弹不超过集料的回弹,应优化配合比设计,选用粒径较小的骨料和长径比较小的钢纤维,同时增加水泥用量和掺入硅粉,适当降低风压。

现场采用以下方法:一是采用相对较低的空气压力;二是控制骨料粒径,不得有特别大粒径的骨料;三是适量增加每次喷射厚度。

9)施工人员要严格按照作业标准操作,带班人员应认真把关、规范施工,保证试喷混凝土质量。

10)湿喷机、拌合机、喷头操作人员应对操作机械进行喷前检查、喷后保养,保证机械状况良好。

11)喷射手操作应由技术娴熟的操作人员担任,旋喷时、喷头与受喷面距离1~1.5m,最佳距离为1.2m,喷枪宜垂直岩面,控制范围为80~90°,角度过小时,会影响喷射混凝土的质量,增加回弹量。

12)现场试验确定工作风压控制在0.4~0.5MPa之间,应保持稳定,不得突变,以保证湿喷机工作和钢纤维混凝土性能的要求。

13)喷射时按每台车一个区段,由上而下,螺旋喷射,一环压半环。为保证两次喷射混凝土之间的结合,第一次喷射混凝土的接缝处做成斜面,第二次在斜面上继续施喷,搭接30~50cm。

14)根据所要求的最终设计厚度,钢纤维喷射混凝土可分两期喷射,以最大限度的减少回弹,第一层喷射层厚度在5~8cm之间。

15)应经常观测气压力、速凝剂和混凝土流之间的关系。速凝剂掺量高,喷射混凝土表面会是凝固较快(由于快凝而不运动),粗骨料无法贯入混凝土表面而被弹回。在喷射墙体时速凝剂用量过多使混凝土外观潮湿,但凝结很快,混凝土表面看起来如同玻璃,喷嘴中爆炸表明速凝剂用量太高。

16)喷射宜由边墙开始然后至拱顶避免截流回弹。

17)受喷面的平整度对钢纤维喷射混凝土衬砌的工程质量有很大的影响,它不但影响喷层表面的平整度,更重要的是影响喷层厚度的均匀性和受力条件。因此,采用钢纤维喷射混凝土衬砌要求开挖断面有较好的光爆效果。 5.6劳动力组织

劳动力组织见表5.6.

表5.6 劳动力组织

注: (1)不包括湿喷机机械工程师及其他辅助人员,如空压机司机、电工、试验员等。

(2)湿喷钢纤维混凝土施工作业时,现场应有技术员进行技术指导和生产组织。

6. 材料与设备

6.1主要材料

现场钢纤维喷射混凝土所用的主要材料见下表6.1。

表6.1 施工材料表

6.2主要设备

现场钢纤维喷射混凝土所用的设备主要见下表6.2。

表6.2 施工设备表

7. 质量控制

为了保证钢纤维喷射混凝土的施工质量,在整个施工期间要严格进行施工检验,施工质量检验包括以下几个方面:

7.0.1钢纤维混凝土的原材料的检验:在混凝土拌合前,要对水、水泥、细骨料、粗骨料、钢纤维、硅粉严格按照建筑材料相关标准进行检验;减水剂、速凝剂在使用前要进行相容性试验;骨料应按照规范要求;钢纤维表面应洁净,不得生锈。检查合格后方可使用。

7.0.2拌合物性能检验:对于湿喷法,为保证钢纤维喷射混凝土的工作连续,钢纤维混凝土拌合物的塌落度检验十分重要。拌合后要进行塌落度的检验。

7.0.3受喷面处理检验:在混凝土喷射前,要检验受喷面是否满足要求。

7.0.4拌合料的各组分的计量检验:原材料计量准确,计量误差应满足:水泥、钢纤维、水、硅粉

7.0.5覆喷层厚度检验:每隔5m,要随机取芯检查覆喷层厚度是否满足设计要求。 7.0.6硬化混凝土力学性能检验:每10m要进行喷板留样,养护后切割打磨试验,以检验钢纤维喷射混凝土的抗压强度、弯拉强度、弯曲韧性、粘结强度。

另外,还要做到以下几点:

1) 严格按标准进行进货检验和试验,并进行人员培训,未经培训人员不能进行湿喷钢纤维混凝土的喷射作业。

2) 严格控制混凝土料搅拌时间,防止搅拌时间不足使得混凝土混合料搅拌不均匀。 3) 钢纤维搅拌均匀,不能有结团;混凝土运送过程保持搅拌。

4) 速凝剂使用自动计量设备稳定掺入,优先选用具有“粘度衰减效应”的种类,使刚喷射的混凝土具有可塑性和触变性,表面软,能与后喷射的混凝土较好的粘合,降低回弹率。

5) 在实际施工中,取得工作风压、送料速度、喷射距离与喷混凝土质量、回弹率之间的参数关系,并做出适当调整。

6) 厚度检测不够时,采用加厚喷层的办法处理。

7) 做好湿喷钢纤维混凝土施工记录,及时做好总结、改进。

8.安全措施

8.0.1对工人进行岗前培训,明确每道工序的安全注意事项,培训合格后方可上岗作业。 8.0.2施工人员下井作业时,必须戴安全帽,按规定配戴劳动保护用口和安全带、手电筒等施工用具。

8.0.3 运输轨道轨距、扣件、鱼尾板等必须天天检查,发现问题及时处理并做好记录。 8.0.4绞车等提升设备必须保证运转良好,不允许带故障运行,矿车所有挂钩均要安装保险扣,经常检查钢丝绳绳的安全牢固程度并及时更换。

8.0.5现场配备完善的通讯设施和监控设施,现场调度统一协调各道工序的施工,确保施工安全。

8.0.6加强和供电部门的联系,停电后提前通知,防止因突然断电造成绞车急停发生危险。

8.0.7卷扬机、空压机需按照安全规程操作,注意防水、防漏电。

8.0.8选用斜井经验丰富的施工人员进行作业,定期召开安全教育会,把安全工作落到实处。

8.0.9现场喷射混凝土操作人员必须佩戴安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品,方可进行喷射施工。

8.0.10针对现场情况编制各项安全生产事故应急预案,并组织人员定期进行模拟演练,确保发生事故时能做到安全、有序,避免事故进一步扩大

9.环境保护措施

为确保工程所在地区的环境得到有效的保护,严格执行国家和工程所在地政府环保政策、法律和法规,为了保持施工地区环境的清洁卫生,本工法采取以下环境保护措施:

9.0.1各种燃料、油类、化学品等保存在专用安全容器内,存放在远离河道的安全地点,严防外溢渗漏。

9.0.2靠近水源的施工用沟壕隔开,避免污染水源。

9.0.3在施工场地内砍树及清理植被,尽量避免工地内不必要的环境破坏及树木砍伐,严禁在征地外砍伐树木。

9.0.4临时用地范围内的耕地,采取措施复耕,其余裸露地表植草或种植树木绿化。永久用地范围内裸露地表用植被覆盖。

9.0.5对有害物资(如燃料、油料、废旧材料、垃圾等)要通过可行的措施处理后,运至指定地点进行掩埋,以防泄漏,对周围植物造成损害。

9.0.6清理场地的废料和洞内外土石方工程的废方排放到指定的弃土场,力求少占地。按施工设计图纸将弃土场的防护做到位。

10.资源节约

钢纤维喷射混凝土单层衬砌工法替代传统设计的复合式衬砌,隧道的开挖断面可减少10%,混凝土的使用量可减少60%,相应的炸药、水泥、电力、水、劳动力、弃渣用地等材料和能源大大降低,节约原材料进2/3,为国家倡导节能环保起到了积极的作用。

11.效益分析

11.1经济效益

1)斜井钢纤维喷射混凝土单层衬砌技术节省衬砌台车购置费30万元;混凝土输送泵购置费30万元;重新铺设轨道及安全措施费需80万元;投入混凝土喷射机购置费10万元;累计节约成本150万元。

2)斜井平均每延米混凝土用量超过8m;采用纤维喷射混凝土单层衬砌,衬砌厚度按15cm计算,每延米斜井混凝土用量约3m,按现行定额预算综合分析,摩天岭隧道采用该项技术将节省工程费用20%以上,节约投资200万元人民币以上。

3)斜井按原设计采用复合式衬砌,平均每天施工二衬约4m,施工完成需340d;采用钢纤维喷射混凝土单层衬砌,月施工进度为180~200m,施工工期为180d,累计节约工期达6个月。 11.2社会效益

通过钢纤维喷射混凝土单层衬砌施工技术在摩天岭隧道斜井中的应用,克服了施工中存在的安全隐患困难,施工质量得到了有效的控制,确保了各项目标的提前实现,为单位赢得了良好的社会声誉。该工法旨在结合摩天岭隧道斜井衬砌施工的成功经验解决长陡坡斜井施工普遍存在的二衬施工难且质量不易保证等问题,具有现实的指导和借鉴意义。

钢纤维喷射混凝土单层隧道衬砌技术的研究对提高我国隧道修建水平,推动“挪威法”在我国的应用和发展具有重大意义,研究成果的推广应用对指导和规范我国纤维喷射混凝土单层衬砌技术必将起到积极的作用。 11.3环境效益

充分利用斜井自身的特点,在施工掌子面收集隧道内的渗漏水,利用水泵分级抽至洞口施工场地,沉淀后循环利用,大大的节约了施工用水并减少了施工废水的排放。

该工法能减少开挖断面达15%以上,大量减少能源消耗的同时减少了出渣量及弃渣场地的占地面积。

该工法利用湿喷法替代传统的干喷混凝土施工工艺,大大的减少了搅拌和喷射时的粉尘污染,施工场地及隧道内的施工环境得到了有效的控制,环保投入较少。 11.4节能效益

该工法采用新技术、新工艺,有效降低了能耗,节省隧道开挖量和衬砌台车等大型设备的同时节约混凝土近2/3,节能效益显著。

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12. 应用实例

12.1摩天岭隧道2#斜井 12.1.1工程概况

杭兰高速摩天岭隧道为一座上、下行分离的四车道高速公路特长隧道。隧道最大埋深约880m,长7353m。根据隧道需风量及地形地质条件等因素综合考虑,左右线各设置斜井一座,开挖断面为50~75m,分别对左右线进行送排风。斜井最大埋深822m,其中,左线隧道斜井(1号斜井)长1367.31m,倾角24°21′48″,右线2#斜井长745m,倾角24°57′8″,采用钢纤

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维喷射混凝土单层衬砌替代原设计采用复合衬砌。 12.1.2应用效果

本工法替代原设计的复合式衬砌,累计节约成本350万元,节约工期达6个月,施工质量易于保证,取得了良好的社会和经济效益;

施工过程中对工地的周边环境及隧道内的施工环境粉尘污染大大降低,节约原材料近2/3,节能减排效果突出,推广和应用前景广阔。 12.2分水关隧道斜井 12.2.1工程概况

上武高速公路分水关隧道是一座上下行分离的四车道高速公路隧道,进口位于福建省境内,出口位于江西省境内,左线全长5946.5m,右线全长6043.4m。隧道设有通风斜井1处,长503.997m,最大纵坡为19.87%,斜井断面采用单心圆断面,内轮廓线半径为3.75m。斜井内用钢筋混凝土中隔墙分开送、排风道,送风口净空面积11.9m,排风口净空面积17.4m。斜井采用钢纤维喷射混凝土单层衬砌。 12.2.2应用效果

支护采用湿喷钢纤维混凝土替代筋网喷混凝土,采用湿喷机进行喷射,其配合比完全处于受控状态,节省了大量人工、加快了施工进度、减少了喷混凝土回弹量、改善了洞内施工环境的同时有力地保证了喷射混凝土的质量。 12.3梅岭隧道 12.3.1工程概况

昌奉高速公路梅岭隧道是一座上下行分离的四车道高速公路长隧道,起点位于江西省新建县石埠镇,终点位于安义县石鼻镇。隧道总长3430m。 12.3.2应用效果

在围岩稳定的花岗岩地层, 支护采用湿喷机进行喷射钢纤维混凝土,其配合比完全处于受控状态,节省了大量人工、加快了施工进度、减少了喷混凝土回弹量、改善了洞内施工环境的同时有力地保证了喷射混凝土的质量。

钢纤维喷射混凝土单层衬砌工法修改意见:工法具有一定的推广应用价值。建议修改为:钢钎维喷射混凝土作为永久支护(或者衬砌)施工工法;工法特点、工法原理、工艺流程以及操作要求重点以永久支护来说明或者描述;而适用范围建议明确为具体的岩性、围岩级别、工程范围情况下的隧道永久支护即可,不必将边坡防护加入进去,这是不同的概念。

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