隧道喷射混凝土工艺试验总结.docx
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隧道喷射混凝土工艺试验总结
广大铁路扩能改建工程祥和隧道
喷射混凝土
湿喷工艺试验总结
编制：
许卫华
审核：
中铁十七局集团
广大铁路扩能改建工程项目经理部
二0一三年六月
实验目的
1、提升现有混凝土湿喷施工工艺水平
2、根据现场原材料的变化，优化喷射混凝土配合比，调整并记录施工过程中的技术参数，包括不同状态下的设备性能。
3、重新选择适合我工地原材料的速凝剂，提升效率，降低成本，降低速凝剂对施工人员的伤害。
4、为项目QC小组提供试验数据及各种参数
引言
隧道喷射混凝土湿喷工艺已成当今隧道施工喷射混凝土施工工艺的发展趋势，但在国内还处于发展阶段，对湿喷工艺的有点认识不足，甚至时常还会有抵触情绪，我项目立足“以人为本，控制成本，提高施工管理水平”的理念，从思想上高度重视此项工作,开展湿喷工艺实验研究。
在湿喷工艺上取得一定程度的提升，减低了成本，减低了施工人员的劳动强度和作业危害，提高了生产效率，提高初期支护混凝土的早期强度，加快了隧道开挖作业循环。
并针对数速凝剂生产厂家的产品与红山岩水泥的相容性进行现场喷射试验，为选用最佳速凝剂提供真实数据。
现将该工艺性试验做以下总结：
主要工作包括：
严控原材进场检验、优化配合比、严格混凝土搅拌、加强拌合物性能试验频率、加强喷射混凝土的养护，成立专项组织机构，选择先进施工设备，制定工艺流程，实施施工工艺交底，建立质量保证措施，建立安全环保措施，正确选用速凝剂及优化掺量。
1严控原材料进场检验制度、优化配合比、严格混凝土搅拌施工、加强拌合物性能试验频率、加强喷射混凝土的养护。
1-1原材料控制
1-1-1水泥
除满足GB175技术要求外，兼顾喷射混凝土的凝结时间要求和设计文件中抗腐蚀要求，选用C3A含量<8%、碱含量小于0.8%、cl-含量小于0.06%与液体速凝剂相容性较好的红山岩P••O42.5普通硅酸盐水泥。
1-1-2骨料
1-1-2-1砂
根据设计文件、指挥部建议和就近原则选用大理市董华石料厂生产的人工砂，质量除符合TB10417-2003《铁路隧道工程质量验收标准》和TB10424-2010《铁路混凝土施工质量验收标准》要求外，严格控制级配，石粉含量，达到细度模数为2.5～3.0，表观密度大于2.6，堆积密度大于1500kg/m3，亚甲蓝小于1.4时石粉含量小于7%，且该集料经检测无潜在碱集料反应。
1-1-2-2碎石
选用华营普河石料厂生产的5~10mm碎石，该碎石各项指标均符合设计文件与TB10424-2010《铁路混凝土施工质量验收标准》。
级配合理，粒形较好、坚固性小于8%、针片状颗粒含量小于10%；石子表观密度大于2500kg/m3、堆积密度大于1500kg/m3、紧密孔隙率小于40%、含泥量小于1%，无潜在碱集料反应。
1-1-3水
水采用工地附近九顶山山泉水，各项指标符合设计文件及JGJ63-2006《混凝土拌合用水标准》和TB10424-2010《铁路混凝土施工质量验收标准》要求，无影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，且PH值大于6.5。
1-1-4外加剂
1-1-4-1防腐剂
选用四川巨星混凝土外加剂新型材料有限公司生产的jk-25防腐剂，该产品符合设计文件及GB8076-2008《混凝土外加剂》要求，碱含量为0.58%、氯离子含量为0.03%。
1-1-4-2速凝剂
速凝剂均采用无碱或低碱液体速凝剂，满足JC477-2005要求，且分散性（雾化）较好的与胶结材相容性较好，掺量小于胶凝材料的4%。
1-1-5外掺料
外掺料选用贵州黔桂发电厂生产的二级粉煤灰，其所检指标符合设计文件及TB10424-2010《铁路混凝土施工质量验收标准》要求，碱含量为0.81%，氯离子含量0.001%，烧失量小于5%，需水量比小于105%。
1-2优化配合比
1-2-1混凝土配合比与喷射混凝土强度、生产率、回弹、一次喷层厚度等密切相关，在根据强度确定水灰比后，喷射混凝土配合比设计放在混凝土和易性上，保证坍落度控制在合理范围，并具有良好的粘聚性。
配合比必须满足喷射混凝土工艺流程的基本要求，即易喷射、不易堵管、减少回弹量和粉尘，要符合质量好、强度高、密实度高及防水性能好的要求，同时达到其它物理力学指标等要求。
1-2-2祥和隧道平导初期支护喷射混凝土设计强度等级为C25，环境作用等级为L1，为提高喷射混凝土的抗腐蚀性，在喷射混凝土中掺适量粉煤灰及防腐剂，采用湿喷施工工艺时坍落度控制80-130mm。
配合比的水胶比不大于0.5，胶凝材料用量不小于400kg/m3，
配合比设计时理论配合比为水泥：
粉煤灰：
砂：
碎石：
水：
防腐剂=360：
90：
736：
798：
216：
27，水胶比0.48，砂率48%，外掺料掺量20%，防腐剂掺量为胶凝材料掺量的6%，速凝剂按照胶凝材料的4%，后发现理论容重与实测容重差距较大，粉煤灰掺量过高，影响混凝土凝结，经现场调整优化后为水泥：
粉煤灰：
砂：
碎石：
水：
防腐剂=388：
44：
904：
802：
212：
26.水胶比0.5，砂率53%，外掺料掺量10%，防腐剂掺量为胶凝材料掺量的6%，速凝剂用量按照胶凝材料的3%（见表1）
表1调整前后配合比比较
水泥
粉煤灰
细骨料
粗
骨
料
水
防
腐
剂
速
凝
剂
砂率
水胶比
计算配合比
360
90
736
798
216
27.00
18.00
0.48
0.48
现场调整后配合比
388
44
904
802
212
26.00
12.96
0.53
0.50
1-3严格混凝土拌合
每工班作业前试验检测人员应根据原材料测得的含水率调整理论配合比材料用量，并提出施工配合比。
计量准确，检查配料秤称量偏差，偏差应符合骨料不大于±2%，其余材料不大于±1%，混凝土搅拌时间不得小于1.5min，运输过程必须保持混凝土均质性，不漏浆，不失水，不分层，不离析，随拌随用，保证混凝土到达现场停放时间不得大于30min。
存放过程中不得淋雨、浸水及混入杂物。
如在喷射前发生离析等不能满足坍落度要求时，应进行二次拌合。
二次拌合时不得随意增加用水量，应根据实际情况增加水胶比相同的水泥浆或砂率相同的骨料。
1-4加强混凝土养护
在混凝土喷射完毕，终凝后1h由专人负责及时喷水养护，水压不宜过大，养护设备应有较好的雾化效果，保证新喷射混凝土表面湿润，减低混凝土终凝初期水分散失，保证二次水化顺利进行。
2成立专项组织机构人员配置满足施工需要
2-1由隧道一队队长任德志为主，各施工作业班组组长及成员为辅成立专项组织机构，保证施工顺利进行。
2-2人员配置（见表2）
2-2-1施工技术管理人员
管理人员1人，技术员2人，试验人员2人，共计5人。
2-2-2搅拌站人员
拌和机操作员1人，铲车司机1人，材料工1人，罐车司机4人，其他配合人员3人；共计10人。
2-2-3机械喷射手机组人员
组长1人，喷射手2人，司机兼放料人员1人，安全员1人，其他配合人员1人，共计6人/每机组。
表2人员配置表
序号
班组名称
人员配置
共计人数
1
技术人员
管理人员2人，技术员2人，试验人员3人
6人
2
拌合站
操作员1人，铲车司机1人，材料工1人，罐车司机4人，其他配合人员3人
10人
3
喷射工班
组长1人，喷射手2人，司机兼放料人员1人，安全员1人，其他配合人员1人
6人
3选择先进的施工机械设备（见表3）
选用具有自动计量功能的山东路通建筑机械有限公司生产的两台HLS-90型搅拌机组成搅拌站进行混凝土拌制，其额定生产能力为90*2m3/h。
选用喷射能力为35m3/h，湖南五星重型装备有限公司生产的CHP30C型喷射机械手1台，其喷射距离垂直方向可达到-14m~+12m
水平方向可达到14m。
选用湖南常德机械设备有限公司生产的L-22~20型空压机组6套，可提供风力为120~132m3/min。
选用斯太尔混凝土运输车两台，运输能力每车次可运送混凝土10m3
表3喷射混凝土机械设备配置表
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
砼搅拌机
HLS-90
台
2
额定生产能力90*2m3/h
2
机械喷射手
CHP30C
台
1
最大喷射能力35m3/h
3
空压机组
L22/7
台
6
120~132m3/min
4
运输车辆
斯太尔
台
2
10*2m3/车次
5
4
明确施工工艺流程：
现场喷射工艺流程
表5喷射混凝土现场施工流程
5实施喷射施工工艺交底，交底直接下发喷射工班及喷射手，严格按照交底操作
5-1受喷面处理
5-1-1拆除作业面障碍物、清除开挖面的浮石和墙脚的岩渣等。
5-1-2用高压风水冲洗受喷面；对遇水易潮解、泥化的岩层，则用高压风清扫岩面。
5-1-3埋设控制喷射混凝土厚度的标志。
5-1-4受喷面有滴、淋水时，喷射前按下列方法做好治水工作：
有明显出水点时，可埋设导管排水；导水效果不好的含水岩层，可设盲沟排水。
5-1-5对破损岩面，清除所有暴露的破损岩石，并在破损岩面范围内提供和安装附加的岩石加固钢筋或钢支撑。
5-1-6在已有混凝土面上进行喷射时，清除剥离部分，以保证新老混凝土之间具有良好的粘结强度。
将被下一层覆盖的喷砼层首先达到终凝，并使用高压风、水冲或其他方式除去所有松散物、尘土或其他有害物质。
5-2机具设备准备
5-2-1喷射作业前，对机械设备、风、水管路，输料管路和电缆线路等进行全面检查及试运转，并检查速凝剂的泵送及计量装置性能。
5-2-2喷射机司机与喷射手不能直接联系时，配备联络装置；作业区有良好的通风和足够的照明装置。
5-3施工方法
5-3-1喷射作业应分段、分片由下而上先墙后拱顺序进行。
5-3-2喷射作业时，喷嘴要垂直受喷面做反复缓慢螺旋形运动，螺旋直径约30～50cm，同时与受喷面保持一定的距离，一般取1.0～1.8m。
风压控制在5~9mpa若受喷面被钢筋网或格栅钢架覆盖时，可将喷头稍加倾斜，控制在90±15°，以保证混凝土喷射密实，保证钢支撑背面填满混凝土，粘结良好。
5-3-3喷混凝土一般分几次施喷完成，第一次喷射在10cm左右，后一层在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再喷射时，先用风水清洗喷层面。
5-3-4喷射作业分段、分片，由下而上的顺序进行，分层喷射，边墙每层厚度按8-15cm控制，拱部按5-10cm控制，后一层在前一层混凝土终凝后进行，直至复喷到设计厚度。
喷嘴与受喷面保持垂直，距受喷面1.0～1.8m，喷射机压力不小于5MPa。
5-3-5严格执行喷射机操作规程：
连续向喷射机供料；保持喷射机工作风压稳定；完成或因故中断喷射作业时，将喷射机和输料管内的积料清除干净。
5-3-6清理岩面后，如有大面积的凹洼面，应先进行凹洼面补平，保证每层喷射厚度一致均匀。
5-3-7喷射混凝土的回弹率控制边墙不大于5%，拱顶不大于10%。
表6CHP30C型喷射手作业控制参数
喷头运动方式
成直径30~50cm螺旋状缓慢从下向上运动
其他指标
边墙
拱顶
喷层厚度
8-15cm
5-10cm
混凝土流量
27~33m3/h
15~19m3/h
泵送压力
8~9mpa
5~7.5mpa
控制角度
90±15°
90°
喷头至喷射面距离
0.8~1.5m
1.2~1.8m
回弹量可控范围
小于5%
小于10%
混凝土坍落度要求
100~130mm
适当减小
6建立湿喷混凝土的质量保证体系及措施
6-1、按照施工工艺施工，严格执行操作规程，操作手应接受厂家严格培训指导，严格按照操作方法操作。
6-2、原材料进场后必须检验，合格方可使用。
6-3、制定质量保证体系，抓好每一环节，每一步骤的监控，并责任到人，狠抓落实。
6-4、每次工作前，做好人员，机具，物质，技术，测量，试验，运输等的准备工作。
6-5、技术人员对喷射作业环节进行认真检查（喷层厚度，粘结情况，各种参数的记录）严格把关。
6-6、自始至终强调遵守操作的工艺要求和执行规范的规定，确保喷射混凝土的制作和良好的喷射质量。
6-7、加强施工过程控制及过程中数据的采集和整理，为施工积累准确真实的经验和参数，便于以后工作中的调整。
7建立湿喷混凝土施工作业安全及环保要求
7-1、喷射混凝土时，所有操作工人必须带安全帽，防尘口罩，防尘工作服，雨鞋，橡胶手套等防护用品，作业区应有良好的通风措施，严格控制粉尘浓度，避免直接接触碱性速凝剂，不慎接触应用水及时冲洗。
7-2、喷射手控制好风压，喷射距离，避免回弹骨料伤人。
7-3、喷射前认真检查和处理支护作业区的危石，施工机具应布置在安全地带，经常检查输料管，接头磨损情况，当有磨损、击穿或脱落等现象应及时处理。
7-4、喷射时，应有安全员负责随时观察围岩变化，发现危险应及时进行排除。
检修故障时必须在断电、停风条件下进行，检修完毕开始作业时，应及时通知有关人员，非施工人员严禁进入作业区，正在喷射的喷嘴前严禁站人，疏通风管时风压不超过0.5mpa。
7-5、喷射结束后，应清洗机具和管路，避免堵管炸裂伤人。
定期检查电源电线和各电器部件，电线包皮应完好，开关应安装在固定闸刀盒内，确保安全用电。
7-6、开始施工前，必须进行环境因素识别，确定重要环境因素，制定相应管理方案。
7-7、所有机械和运输车辆人员必须持证上岗，在操作时严格按照相应操作规程进行；车辆在洞内行进时，严格按限速标准行进。
8各厂家速凝剂与红山岩水泥水泥相容性试验的比较
表7室内相容性试验
序号
生产厂家
室内试验最佳掺量%
初凝时间
终凝时间
1
中建五局
4%
5min10s
9min40s
2
红建源
3%
3min30s
6min15s
3
北京建恺
3%
3min40s
7min10s
4
北京金盾
2.5%
2min55s
7min20s
5
富民万方
2.5%
2min40s
7min
6
昆明安泰
3.5%
4min15s
7min50s
表7室内掺量和现场掺量比较
序号
生产厂家
室内掺量%
现场掺量
最佳掺量
坍落度（mm）
＞130
130~100
＜100
1
中建五局
4%
4~4.24%
4~4.2%
4%
边墙与拱顶掺量略小，边墙4.2%，拱顶4.0%，喷射效果略差。
有刺眼感。
2
红建源
3%
3.0~3,1%
2.6~2.9%
2.4~2.6%
边墙2.4%，起拱线2.8%，拱顶3.0%喷射效果较佳。
3
北京建恺
3%
3.0~3.3%
2.8~3.1%
2.8~3.0%
边墙2.8%，拱顶3.1%，喷射效果良好。
反应稍慢。
有刺眼感。
4
北京金盾
2.5%
3.0~3.1%
2.7~2.5%
2~2.2%
边墙2.3%，拱顶2.7%，喷射效果良好，刺激性较轻。
5
富民万方
2.5%
3.0~2.5%
2.5~2.6%
2.6%
边墙2.5%，拱顶2.6%，喷射效果良好，刺激性较轻。
6
昆明安泰
3.5
4%
3~3.5%
3.5%
边墙3%，拱顶3.5%，喷射效果较好，有刺眼感。
9工地容易出现的问题及建议
9-1、原材料质量不均匀，特别是人工砂中石粉含量质量不稳定，导致拌合物性能差异较大，用水量不足等现象，应严格控制骨料质量，改善混凝土拌合物性能。
9-2、拌合站运输车辆配置不足，1#拌合站负责三个洞口的混凝土施工，现仅配置两台输送车，拌合物不能连续供应。
需增加输送车辆，保证混凝土供应及时。
9-3、超挖现象严重，直接影响喷层厚度，造成因喷层厚度过大的混凝土掉落，回弹量增大的现象。
超挖严重，形成凹洼面过大，找平困难，难以保证喷射混凝土的平整度及喷射效果。
另外超挖严重，引起喷射混凝土超方严重，增加成本。
严格控制超挖，刻不容缓。
9-4、拌合物均质性较差，坍落度每车坍落度不等，照成回弹量的增大。
成本增加，严格混凝土拌合工艺，按照配合比施工是提高喷射效果、减少回弹量的手段之一。
9-5、喷射手技术水平不同，喷射手法不同，控制操作遥控手柄不灵活，喷头到喷射面距离，角度不同，速凝剂掺量不能及时根据拌合物性能的不同改变，照成回弹量增大，喷层厚度不同，平整度达不到要求。
提高喷射手的技术水平，提高喷射技巧是减小回弹量，控制成本的关键所在。
9-6、速凝剂质量不同，均质性较差，在相同的风压下照成速凝剂雾化效果不好，凝结时间不同等现象。
选择最佳速凝剂是改善喷射混凝土喷射效果的捷径之一。
9-7、未设置喷层厚度标示，在照明设备不足或光线不适的情况下，喷射手操作人员不易判断喷层厚度，造成喷层厚度过大，回弹量增加的现象，故正确设置喷层厚度标示对湿喷工艺的效率也有很大的意义。
9-8、施工工班工序衔接不紧，质量意识较差，报验前工作不到位，时间滞后,影响作业循环，降低施工进度，延误开挖周期。
附：
现场湿喷工艺试验记录表共7页（复印件）
完成于祥和隧道进口隧道一队办公室
2013年6月19日
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