浅析水工引水隧洞喷射混凝土的质量控制

2021-01-27 09:12孙晓亮
山西水利 2021年6期
关键词:隧洞骨料断面

孙晓亮

(山西省水利建筑工程局有限公司,山西 太原 030000)

1 工程概况

混凝土喷射支护的类型,应根据施工围岩类别和洞室尺寸来选择。根据某引水隧洞工程施工实践,分析隧洞喷射混凝土施工工艺的质量控制。该隧洞洞室开挖断面4 m×5 m,围岩结构分别为III类、IV类、V类围岩,一次支护紧跟开挖面进行。围岩类别不同,采用的支护方式也不同,V类围岩采用钢拱架支护,结合全断面挂网,顶拱布设系统锚杆,喷射C20混凝土厚度12 cm;IV类围岩采用全断面喷射C20混凝土,厚度10 cm,局部破碎地带采用V类围岩支护方式;III类围岩采用全断面喷射C20混凝土,厚度8 cm。

2 喷射混凝土施工工艺

喷射混凝土是将砂石骨料、水泥、水、外加剂等进行拌合,采用压缩气体作为喷射动力,通过喷射机及管道,将混凝土喷射到岩层表面,形成高强度的支护混凝土。喷射混凝土起强后,在隧洞支护中起到支撑、填平、补强围岩,阻止围岩松动的作用,并通过喷层把外力传给锚杆、钢拱架等,使支护结构的受力均匀分配。喷射混凝土的优点如下:

一是工序简单,应用较普遍。在施工中,喷射混凝土有的需要单面模板,有的甚至不需要模板,提高了施工效率及经济效益。灵活性高,可通过软管,在隧洞或极其狭窄的工作面向各方位喷射作业,减小了安全隐患,保证了施工安全。

二是质量保证,具有好的耐久性和强度。喷射混凝土一般使用比较小的水灰比,在砂石骨料及水泥拌合时掺入指定外加剂,利用喷射时水泥和骨料的反复撞击使混凝土密实。喷射过程中回弹少、粉尘少,对作业人员身体危害轻。

3 喷射混凝土质量控制

3.1 原材料质量要求

(1)水泥:满足设计所需要的强度、保水性好、凝结硬化快等要求。首选普通硅酸盐水泥,也可选用矿渣硅酸盐水泥,标号不得低于42.5,围岩破碎不稳时应选用早强水泥。存放时严禁受潮、结块,严禁把不同厂家、标号、规格的水泥混合使用。

(2)砂石骨料:混凝土的强度,取决于骨料的强度及水泥浆与骨料的粘结强度,表面越粗糙,粘结强度就越高,因此一般选用碎石骨料。一定范围内骨料粒径越小,分布越均匀,混凝土强度越高。为保证施工混凝土强度及管道通畅,减少回弹量及作业粉尘,粗骨料应选取小于15 mm,细骨料应使用中、粗砂,含水控制在6%左右,细度模数大于2.5。

(3)水:水质应符合《水工混凝土施工规范》(SL 677-2014)中拌合用水的有关标准。严禁使用污水、pH小于4的酸性水和硫酸盐含量超1%的水。

(4)外加剂:为了最大限度地降低回弹率和粉尘率,保证喷射混凝土早凝早强,需使用符合质量要求并经试验室检验合格的速凝剂,应有厂家的质量证明书,按国家和行业标准进行试验鉴定,初凝时间不应超过5 min,终凝时间不应超过10 min。

3.2 隧洞喷射混凝土施工工艺相关参数控制

3.2.1 施工准备

为保证隧洞施工安全,一次支护紧跟开挖工作面进行。先对掌子面附近进行初喷,以便于封闭裂隙,然后在主喷区按设计厚度分层喷射;再次喷射时,需在第一次喷射的混凝土终凝后进行。喷射混凝土作业前,应先做好作业面的检查和清理,包括清除松动岩块和杂物,安设工作平台及喷射混凝土厚度的标志,对风、水、电线线路检查和试运行。严重漏水、渗水地段,喷射作业之前,应先做好排水、治水工作。

3.2.2 混凝土拌合

拌合前,首先要检查设备能否正常运行,各种计量器具是否完好,配套设施是否准备完善,否则不予进行开机搅拌。各种原材料均按质量计量,砂石料允许的偏差值为±3%,水泥和外加剂允许偏差值为±2%。采用强制式搅拌机拌合,时间不小于1 min,采用自落式或滚筒式搅拌机,拌合时间不小于2 min,混合料应随伴随用。运输、存放过程中,应防雨防尘。

3.2.3 混凝土喷射作业

施工时,喷射机及喷射手操作是个重要环节,混凝土的厚度、均匀性、密实程度以及回弹等,都与正确的操作技术密不可分。

根据喷射机的输送距离,将喷射机安设于受喷面附近,喷射机正常运转后,先注水送风,保证机筒和管路通畅,同时对受喷面进行清洗。混凝土运送至洞内喷射机旁,根据作业面和已喷射的混凝土情况,调整水量,保证混凝土易粘着、回弹少,表面有湿润的光泽度。施工时喷嘴略向下倾斜10°左右,使喷头与受喷面垂直,并保持0.6~1.0 m的距离,喷嘴附近压力约0.1 MPa,供水压力约0.2 MPa,使水均匀地与混合料混合后,喷射在较厚的混凝土顶端,避免粗骨料直接与岩面接触,减少回弹量。

喷射应采用分段、分片依次进行,喷射顺序自下而上。对于岩面不平整部位,先凹后凸进行找平。喷射必须分层进行,一次厚度约5 cm,后一层应在前一层终凝后进行。若终凝1 h后再喷射,需重新清理受喷面,将乳膜、浮尘及杂物等冲洗干净,再进行后一层喷射。喷射混凝土表面应平整,误差应控制在10 cm以内,喷射过程中还应控制好回弹率,边墙不应大于15%,顶拱不应大于25%。

喷射时必须保证供料的连续性,保持工作风压稳定,因故中断或完成喷射后,应将喷射机和管路内的积料清理干净。为避免水泥产生预先水化反应,拌合料应在30 min内用完。

3.2.4 混凝土养护

养护是保证喷射混凝土质量的重要环节,必须按照规范要求进行养护,加强质量管理,强化质量意识,保证喷射混凝土在隧洞一次支护时发挥重要作用。

在不破坏内部结构及粘结基层的前提下,当喷射的混凝土初凝后,及时进行刮抹修平。终凝2 h后,应喷水养护,14 d内保持湿润,以防干裂影响衬砌体的质量。当气温低于-5℃时,不得喷水养护。

3.2.5 质量检查

喷射混凝土的质量评价,要检查28 d龄期抗压强度,须在施工时采取喷大板(450 mm×350 mm×200 mm)的取样方法进行;有特殊要求时,应采用现场取芯(金刚石钻头钻机钻取3块,并切割成高度与直径相同的试块)的方法进行。每种材料或每一配合比,喷1 000 m2取样一组,不足1 000 m2的单项工程取样一组;取样位置应包括具有代表性的侧墙和顶拱。喷层厚度,应采用针探或钻孔方法检查,每隔20~50 m检查一个断面,每个断面测点不少于5点,顶拱不少于3点。

4 结语

喷射混凝土在水利工程引水隧洞施工中的应用非常广泛,质量直接影响着支护体的耐久性及后期的开挖等情况。因此,喷射混凝土质量必须严格按照规范及质量控制系统的要求,通过各种组织、技术措施强化质量管理意识,保证喷射混凝土在隧洞支护中发挥作用。

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