喷射混凝土技术.pdf

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1、关于高速铁路隧道工程喷射混凝土的关于高速铁路隧道工程喷射混凝土的探究探究摘要:通过对中铁二十局集团沪昆客专杭长湖南段井坡隧道工程喷射混凝土施工过程中的回弹量、厚度、检测等问题的探究,结合施工实际对隧道工程喷射混凝土施工提出建议。关键词：喷射混凝土；湿喷；回弹量；厚度；强度；中图分类号:U238 文献标识码：A 文章编号：随着国家交通基础建设投资力度的加大和人们对环境保护的日益重视,隧道工程建设呈现较大增长趋势.最近几年来，随着国家对行车速度的提升及铁道部对于客运与货运须分开的要求，修建速度达到350km/h 的高速铁路成为目前在建铁路中的重点，而从已建成的贵广、京沪以及在建的杭长、长昆线来看,

2、隧道的长度几乎占设计总长度的一半.由中铁二十局集团承建的沪昆客专杭长湖南段井坡隧道工程属于在建的高速铁路隧道，其特点主要表现在：设计标准高，沉降控制要求严；施工技术难度大和技术含量高；开挖断面大，最高断面方可达 154.61m3/m；本文从几个方面对隧道喷射混凝土的施工进行探究。一、喷射混凝土在隧道工程初期支护中的作用目前隧道工程初期支护中普遍采用的是喷射混凝土及喷射纤维素混凝土，喷射方式主要有干喷和湿喷,由于干喷强度达不到设计强度、回弹量大、不环保喷及对施工人员身体危害大的特点，“铁道部 120 号”文件明确规定，隧道施工必须采取湿喷工艺。喷射混凝土具有支护及时、强度高、密实性强、操作简单、

3、灵活性大等优点，特别是在软弱围岩地质条件下，配合钢拱架、钢筋网片和系统锚杆作为支护,其优点更为明显。就新奥法原理而言，容许围岩产生变形，同时在围岩变形过程中，通过围岩自稳体系和支护结构对围岩变形进行控制,达到让围岩变形的适度释放而不是彻底释放的目的。在上述过程中,喷射混凝土的作用可分成两个阶段：(1）喷射混凝土施作初期，从材料结构和力学特征，可把喷射混凝土看作柔性结构，为围岩变形的适度释放提供空间；(2）当喷射混凝土具有一定强度后，可把钢拱架、钢筋网片、系统锚杆和喷射混凝土组成的支护体系看作钢性结构，用来控制围岩变形,达到保护和发挥围岩自承能力的效果.当然在所有作用过程中,也应该重视和强调支护

4、体系的韧性概念，目前施工大多采用喷射纤维素混凝土,就是这种概念发展的必然结果。二、喷射混凝土施工的关键技术由于隧道干喷存在诸多缺点,井坡隧道工程喷射混凝土施工采取了湿喷工艺.2。1 喷射混凝土的回弹量控制一般隧道工程的利润主要来自开挖和初期支护的喷射混凝土。如何通过技术改进和加强管理来降低喷射混凝土的回弹量，作者通过对井坡隧道工程喷射混凝土施工情况的分析比较,认为做好以下几点可以将回弹量控制在 15左右。分层、分段及分片喷射。分段长度不宜大于 6m，分块大小不超过一榀拱架间距或 3m3m（素混凝土地段）；分层喷射时，一次喷射混凝土厚度不小于 40mm,后一次喷射应在前一层终凝后进行；复喷混凝土

5、的厚度：拱部为50mm100mm,边墙为 70 mm150mm。严格按照先墙后拱、先下而上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落。控制喷嘴距离(喷射距离)和角度。喷嘴与喷岩面应尽量垂直，喷射距离在 1.5m2.0m 时，混凝土回弹量较小，喷射距离过大或过小都会增加回弹量；喷头长度一般只有 0.50。6m,可将喷头加长到 1。21.5m,这样喷射手站在距离喷岩面 2.0m 左右即可进行喷射；喷射手在喷射时应垂直受喷面做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约 2030cm，这样既可以保证混凝土的密实性也可减少回弹量。严格控制风压。过大的风压会造成喷射速度太快,加大骨料的反弹，从而加大回弹量,但混

6、凝土密实性较好;风压过小,会使喷射力减弱，造成混凝土密实性较差，甚至达不到设计和规范要求.通过实践经验总结,在上中下台阶一起工作的情况下，上台阶风压达到 0。7MPa 左右，下中台阶风压达到 0。5 MPa 左右，回弹量是最小的。原材料的控制。水泥应选用P.042.5 普通硅酸盐水泥;细骨料应选用细度模数大于 2。5 的坚硬耐久洁净的中砂或者粗砂，其含水率控制在 57；粗骨料选用粒径不大于 15mm 且连续级配、坚硬耐久的碎石；其他原材料如水分及外加剂等应符合相关规范要求。配合比的控制。配合比的选定应通过实验室内试验和现场试验选取最佳的配合比。水泥优先采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，强度等级不

7、小于32.5Mpa,有抗冻抗渗要求时或钢纤维混凝土不小于42。532。5Mpa；胶骨比宜为 1：41:5,水胶比宜为 0.40。5，砂率宜为 4560；喷射混凝土塌落度宜为 80mm130mm。配合比及拌制的均匀性每班检查不少于一次。2.2 喷射混凝土厚度的控制喷射混凝土的厚度应必须达到设计厚度和规范允许的误差范围.从施工现场的情况看，普遍存在喷射混凝土偏薄或者偏厚（超挖）的现象。偏薄具有一定风险：因为初期支护将会和围岩共同控制围岩变形的释放,保证下道工序施工安全和隧道结构的稳定，是主要受力者。偏厚是由于未严格采用光面爆破设计,造成周边眼及掏槽眼数量不够，爆破效果很差.超挖给施工单位造成很大的

8、经济损失（主要是超方）,且造成喷射砼施工时间加长而影响工期，现场实践证明:严格按照光面爆破进行钻爆，是提高经济效益、功效及工期的必然措施.对局部喷射混凝土过厚的情况，在挂防水板前一定要将突出部分混凝土剔除.这种情况有可能顶破防水板、造成初期支护“侵限(即初期支护喷射混凝土侵入二衬，造成二衬混凝土厚度达不到设计厚度)，更有可能在初期支护和二次衬砌之间形成点接触，造成局部应力集中而导致二次衬砌表面开裂.喷射混凝土厚度可用凿孔法、埋钉法或者地质雷达法（无损检测）进行检测.无损检测一般对于喷射混凝土表面平整度的要求较高，因此现场一般采用凿孔法、埋钉法进行检测。2.3 喷射混凝土强度检测井坡隧道属于高速

9、铁路隧道，依据高速铁路隧道工程施工质量验收标准(TB107532010/J11492011），喷射混凝土强度检测试件的制作方法有三种,分别是：喷大板切割法。将混凝土喷射在453512cm（可制成 6 块)或452012cm（可制成 3 块）的模型内,当混凝土达到一定强度后，加工成10*1010cm的立方体试件,在标准条件下养护至28d进行试验（精确至 0。1Mpa)。其优点是可以进行标准试验，而且是在现场制模、养护,基本能反映现场喷射混凝土的强度。缺点是制模时，混凝土回弹量较大,较难操作;并且需要切割,增加了工作量.凿方切割法.当对采用喷大板切割法检测的强度有怀疑时,可采用凿方切割法.凿方切割

10、法应在已喷好的经 14d 左右养护的支护上,用凿岩机打密排钻孔，取出长35cm、宽 15cm 的混凝土块，加工成 10*1010cm 的立方体试件，在标准条件下养护至 28d 进行试验（精确至 0.1Mpa)。其优点是:由于试块直接取自现场结构物，因此该实验能直接反映现场喷射混凝土的强度。其缺点是工作量大、检测成本高、耗时费力,而且对现场结构造成较大破坏;另外，在取样及加工过程中,有可能对混凝土试块造成不利影响。钻孔取芯法.当对采用喷大板切割法检测的强度有怀疑时,可采用钻孔取芯法。钻孔取芯法应在具有 28d 强度的支护上，用钻孔取芯机钻取并加工成长10cm、直径 10cm 的圆柱体进行试验（精

11、确至 0.1Mpa)。其比起前两种检测方法来更加直观、准确、可靠。但是其缺点也比较大:费用高,费时较长，且对混凝土造成局部损伤,因而大量的钻芯取样往往受到限制。通过优缺点的比较,作者认为喷大板切割法制作的试块接近喷射混凝土的真实情况，且成本低、速度快、可靠性好，尽管需要切割，但作为工程质量控制手段，是有必要的。目前作者所在单位对于喷射混凝土强度的检测本着经济适用原则全部采用了这种检测方法.三、对喷射混凝土在隧道工程施工中的几点建议重视混凝土的喷射方式，积极推广湿喷技术的运用。加强喷射混凝土配合比的调整和控制，骨料尽量采用连续级配。做好光面爆破设计，保证光面爆破质量.大力推广喷大板切割法的试验检

12、测方法对喷射混凝土强度进行检测.采用湿喷方式时,要加强对现场施工人员的劳动保护.四、结语在全国公路、铁路及高速铁路迅速发展、路网等级不断提高和环境保护意识日益加强的今天，隧道工程施工更要理论结合实际，各道工序步步为营,质量层层把关,消除隐患，保证施工顺利进行和效益不断增长.喷射混凝土配合比的设计与施工运喷射混凝土配合比的设计与施工运用用20120307 15：12：00|分类：建筑|举报字号 订阅摘要：喷射混凝土作为围岩开挖的主要支护构件起着相当大的作用，喷射混凝土是利用压缩空气把按一定的配合比的混凝土由喷射机的喷射口以高速高压喷出，从而在被喷面形成混凝土层。喷射砼的配合比设计和技术方法不同普

13、通混凝土,它具有自身的工艺特点.其配比一般采用经验和图表计算来确定。本文结合施工情况，介绍了细石喷射混凝土技术混凝土配合比设计及选定、施工工艺的控制要点。关键词：喷射混凝土 配比设计 调整 工艺控制0 引言随着我国基础建设的持续快速发展，地下工程的数量也在不断增长，象隧道工程多处在比较偏僻的无天然砂区，如果需要大量天然砂时，就必须从外地运送，不仅增加工程成本，而且直接影响工程的安全、质量和进度。最后,天然砂作为不可再生资源，在我国好多地方已经日趋贫乏,像广西三江县原天然砂非常丰富，近年由于基础建设的加速发展，现许多江河段已出现无砂可采的情况.本文喷射混凝土是由水、水泥及小石子、人工砂组成的混凝

14、土，性能好、成本低、生产效率高。将人工砂喷射混凝土应用到隧道或地下工程的初期支护，不仅可以缓解天然砂的短缺问题,还有着良好的社会效益和经济效益。本文结合三江县龙吉大道上寨隧道工程所用喷射混凝土,阐述喷射混凝土配合比的设计方法。1 喷射混凝土的设计思路喷射混凝土是利用压缩空气把按一定配合比的混凝土由喷射机的喷射口以高速高压喷出，从而在被喷面形成混凝土层。在较短的时间内凝结成为密实均匀的混凝土。与传统的浇筑混凝土不同，喷射混凝土不需要立模、振捣，而是依据高速喷射的动能将混合料连续喷敷到受喷面上，冲击、挤压达到密实。喷射混凝土喷射施工方法有干、湿两种工艺，湿法喷射工艺是预先在搅拌机里将所有材料搅拌好

15、再喷射,干法喷射工艺则是水泥和集料搅拌混合均匀后从一个喷嘴射出,同时从另一个喷嘴喷水，在喷水处开始和干料混合成混凝土，本项目采用的是干法工艺.该隧道仰坡、初衬混凝土为 C20 喷射混凝土。针对上寨隧道 C20 级喷射混凝土干法施工工艺，我们配合比的设计思想是：1。1 首先，要认识到喷射混凝土是唯一能够与围岩大面积的、牢固接触的一种方式，是其他方式不能代替的。1.2 喷射混凝土与岩层的附着力可以把作用在喷射混凝土上的外力分散到围岩上，同时也提供了隧道周边的裂隙和节理等以剪节阻力保持块体的平衡，防止局部掉块，在隧道壁面附近形成一承载环。1。3 给予约束围岩变形的支护力，使围岩保持近于三维的应力壮态

16、，控制围岩的应力释放.具有能够将土压力传递到钢支撑和锚杆上的作用。1。4 必须能向上喷射到设计要求的厚度,并且回弹最少；48 小时的强度应能具体有控制变形的能力;在速凝剂用量满足可喷性和早期强度的要求下，必须达到设计的28d 强度,有良好的耐久性；不发生管路堵塞.2 原材料的选择和技术要求为此，我们决定干喷配合比时，参考了许多有关实例，对混凝土的品质、经济性、作业性等决定首先从原材料入手。2。1 水泥、速凝剂的选定：综合考虑各方面的因素，水泥选定是海螺 P。O42。5、鱼峰 P。O42.5。（试验结果略）检验合格，加入速凝剂做了比对，两种水泥与湖南西利德 XLD1 速凝剂相容性良好.2。2 砂

17、子的选定：随着三江县基础建设的持续快速发展,周边大型工程的数量也在不断增长，现已出现无砂可采的情况.我们最终选定了三江县斗江镇砂场的机制砂，（试验结果略）检验合格.2.3 粗骨料的选定:卵石、碎石均可.为了减少回弹，粗骨料最大粒径不大于 20mm，根据喷射混凝土喷射机输送管直径的大小以及当地周围石料厂碎石的质量和价格来选定的.在保证混凝土质量要求的前提下，本着降低生产成本的目的，我们选用了融安碎石场生产的 4。7516mm 的碎石,（试验结果略）检验合格。2。4 水：混凝土的拌和水是当地的山区饮用水,其性能指标经检验符合混凝土拌和用水要求,(试验结果略)检验合格.3 喷射混凝土配合比的拟定3.

18、1 选择粗集料的最大粒径粗集料的最大粒径 Dmax 不得大于喷射系统输料管道最小断面直径的 1/32/5；亦不宜超过一次喷射厚度的 1/3。喷射机管内直径为 76mm。Dm=761/3=25.3316mm3。2 砂率按下式计算：Sp=140。63Dmax-0.3447=140。63160。3447=54%式中：Sp-砂率（)Dmax粗集料的最大粒径（mm）.3.3 计算水泥用量水泥用量按下式计算：C0=782。4Dmax-0。2377B=782。4160.2347=405（Kg)式中：C0水泥用量B-检验调整系数，取 1。3。4 选择速凝剂及其用量Q0=gC0=3%405=12。15（Kg）式

19、中：Q0速凝剂用量 g速凝剂占水泥用量的百分比%CO水泥用量。3.5 确定水灰比及其用水量水灰比按下式计算:W/C=0.45Sp0。2475=0。450.54+0.2475=0。49式中:W/C水灰比Sp-砂率（%)。用水量按下式计算：W0=W/CC0=0。49405=198。45 取 199Kg3。6 计算砂、石用量砂、石占用体积VSG=1000(W0/WC0/CQ0/q）10=1000（199/1405/3.112。15/2。95）101=1000331.555=656。236 取 656Kg砂用量 S0=VSGSPS=656542。641=936Kg碎石用量 G0=VSG（1SP)q=6

20、56（154）2。68=809Kg3。7 初步配合比水泥：砂：碎石：速凝剂：水=405：936:809：12.15：199=1：2。311：1.998:0.03:0。493.8 试配和调整喷射混凝土配合比调整的目的就是使混凝土不仅满足强度的需要，而且也要满足施工工作性的需要，以不堵管、回弹少、附着性好的喷射混凝土配合比为最佳喷射混凝土配合比，同时还应注意环境保护。3.8.1 砂率的调整：砂率的调整随混凝土回弹量的大小而定。回弹量大时，应增加砂率;回弹量小时，应减少砂率。通过基准配比得出，确定实喷率：实喷率按下式计算：P=0.6371。2018SPM=0.6371。20180.541.05=0.

21、739式中:P实喷率SP-砂率M施工技术控制系数（取 1。05).3。8。2 确定回弹率设 1：S0：G0:Q0:W0喷射混凝土初步配合比W/C水灰比；K回弹率;g1m3 干拌和物容重；z-实喷混凝土容重因为 P=（1-K）（1+1/1+S0G0Q0W/C）z/z所以 K=1P/（1+1/1+S0G0Q0W/C）z/z100由初步配合比得出：1：S0：G0：Q0=1：2。311:1。998：0.03 测得拌和物的容重为 2185。42Kg/m3，实喷容重为 2310Kg/m3。按 K=1P/(1+1/1+S0G0Q0W/C)z/z100%计算K=1-0.739/（1+1/1+2。3111.98

22、80。030。49)2285。42/2025。17100K=23。63。8.3 用水量的调整：依据上述单位用水量确定的思想,我们在施工工地现场对拟定的喷射混凝土配合比的用水量进行试喷和调整，通过几次试喷确定隧道仰坡单方用水量为 215kg。3。8.4 水泥用量、用水量的调整：在工地现场，试喷时采用喷大板切割法，即在450mm350mm120mm 的模板内喷入混凝土，然后将表面轻轻抹平，第二天拆模，取一组做 1 天的强度试验，用切割机切去周边，加工成100mm100mm100mm 的试件，其他各留样做 7天、28 天强度试验。能满足设计强度的水灰比、最小水泥用量的配合比为最佳混凝土。通过试喷试验

23、及强度检验,确定上寨隧道 C20 喷射砼水泥用量为 439kg 最佳。综上所述,隧道仰坡的喷射混凝土配合比确定如下：4 结束语喷射混凝土在隧道工程、地下工程中使用量越来越多，应用很广的一种混凝土。喷射混凝土配合比的设计与普通混凝土配合比的设计有很大差别,有相同点,也有不同处，不能按照普通混凝土配合比的常规设计方法来设计。喷射混凝土配合比的设计在遵循规范的前提下，还应注重试喷的配比调整。喷射中，喷射面的混凝土不仅要满足喷面和回弹率少的要求，还应满足强度、和易性的要求，而且喷射混凝土的配比和品质，因喷射面的状态和喷射工的熟练程度面有很大的关系。为此,决定干喷射混凝土配比时，还应参考有关实例、附着的混凝土品质、经济性、作业性等决定。还应考虑压送中不产生闭塞和脉动；回弹及粉尘少;喷射混凝土不产生剥离、剥落及流淌,以满足设计和施工需要。