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1、湿喷混凝土技术在地下工程施工中的应用摘要:本文以某长大隧道及地铁工程为例，简要论述了湿喷技术中的混凝土材料及配合比的选择，施工工艺及机具等方面的内容，并与干喷和潮喷方法进行对比，同时指出湿喷混凝土技术在地下工程中的应用前景。关键词:湿喷技术锚喷支护混凝土1 前言 某长大铁路隧道，全长18.46km，采用隧道掘进机（TBM）施工。隧道初期支护为锚喷，喷射200号砼，厚度为510cm，由TBM上的湿喷系统实现。 某城市地铁工程地质条件较好，隧道穿过地层多为花岗岩，围岩以类（国标）较多。围岩的自拱能力好，可采用锚喷支护结构，即利用围岩的自拱能力，以达到结构要求，这样不仅方便施工，而且可节省工程投资。
2、故在施工中，充分考虑该地区的地质条件，采用锚喷支护结构和湿喷工艺，这在国内地铁、交通隧道等的建设中还较为少见，有许多问题值得探讨。2 湿喷混凝土简介 所谓湿喷是相对干喷和潮喷而言的，将拌好的砼料由输送泵输送至喷咀后，在喷咀处加速凝剂、高压风，从而实现砼的喷射作业。湿喷具有工作环境好，砼质量稳定，回弹小，生产效率高等优点。目前，在国外许多发达地区，湿喷已在喷砼施工中占主导地位，在我国近几年发展也越来越快。湿喷工艺对机械设备性能要求较高，一般由砼输送泵，外加剂输送泵、空压机、喷咀以及相应的计量设备组成，目前市场上以国外产品为主。3 湿喷砼材料选择3.1 某特长隧道砼材料 该隧道湿喷砼施工由TBM上
3、的湿喷系统完成。输送泵是瑞士产putzmeister双活塞泵，输送能力为813m2/h；输送管为50；喷射系统采用机械手形式，可在隧道轴线方向及隧道径向移动，同时整个喷浆系统可沿隧道轴线方向移动，与之相应的外加剂泵送系统可根据不同情况调整外加剂的掺量。根据试喷阶段的施工经验，该套系统要求砼料的塌落度为1315cm、粗骨料最大粒径10mm，喷射效果最佳。 本隧道湿喷混凝土所用材料中，水泥采用当地散装525号水泥，砂为中粗砂，石为510mm机制碎石，水用饮用水。对混凝土拌合物性能起关键作用的外加剂中，因喷射机具的要求，湿喷混凝土必须用液态速凝剂，同时各种外加剂必须兼容。由于国内尚无液态速凝剂的标准
4、，且应用刚处于起步阶段，故市场上产品种类较少，以合资产品为主。对此类外加剂产品，经调研，获取相应的技术资料和样品后，试验其影响混凝土凝结时间、触变流动性以及水泥胶砂强度等主要性能，并经过试生产，同时综合技术经济各方面比选，最后采用上海麦斯特建材有限公司的整体稠度控制系统稳定剂、稠度剂、速凝剂。3.2 某地铁工程混凝土材料 （1）水泥：采用525号普通硅酸盐水泥，450kg/m3。 （2）砂：当地河砂，颗粒级配要求如表1，中砂、细度模数2.5。 （3）碎石：当地碎石场过筛的花岗岩碎石，粒径级配要求如表2。 （4）防水剂：本工程采用青岛同技建材厂生产的TJ高效多功能防水剂。它的作用基理是在混凝土拌
5、合物能与水泥的水化产物作用生成不溶性凝胶，阻塞混凝土的毛细管通路，同时该凝胶所产生的微膨胀还可部分抵消混凝土硬化所产生的干缩。该产品能配置抗渗标号S10的高密度自防水混凝土，因而可从根本上解决混凝土因微观结构缺陷所引起的渗漏问题，大幅度提高混凝土的抗渗性和耐久性。 （5）减水剂：喷射砼时由于坍落度指标的要求，水灰比较大。砼中水泥水化后多余的水要蒸发，使砼喷层产生“干裂”现象，降低了混凝土的支护能力。在搅拌砼时加入萘系高效减水剂，在同样坍落度时，减少率大于12。 （6）速凝剂：在喷射砼工艺中，当混凝土的料束喷到受喷面上后必须尽快凝固。这既可减少回弹，又能使混凝土尽快凝固形成支护能力。故需在混凝土
6、中加入速凝剂。选用TK961型湿喷机配用河南巩义市特种建材厂生产的8604型液态速凝剂，通过可调解流量的计量泵和速凝剂容器，再经胶管压入喷嘴，依靠喷射管中的压缩空气将速凝剂雾化后，并与料束一起喷至受喷面上，水泥与之发生反应迅速凝固。根据试验，该速凝剂初凝时间14min，终凝时间210min，后期强度保存率大于90。室内强度对比试验数据见表3。4 湿混凝土配合比选择4.1 某特长隧道湿混凝土配合比 由现场材料检验情况，计算并通过室内试验确定混凝土理论配合比为：11.981.980.50，每立方混凝土水泥用量为430kg。根据现场材料、设备及施工情况，同时考虑现场相应的缓凝要求以及坍落度损失，各主
7、要参数经过相应的调整为： （1）水灰比：与室内试验时的材料相比，考虑到水泥标号高，堆料现场混杂较多粉尘，故水灰比确定为0.480.52。 （2）坍落度和砂率的确定：根据现场要求（先泵送后喷射），为确保顺利施工，坍落度定为120160mm；考虑粗骨料粒径偏小，故砂率适当降低，取4550%. 按照以上调整原则，共进行四组混凝土配合比设计，综合考虑强度和水泥用量等指标，水灰比定为0.50较为恰当，坍落度为130150mm较为合适，其他参数可不变。最后确定配合比为：水泥砂碎石水=11.581.920.50。 外加剂掺量为：TCC（速凝剂）5%；SG（稠度剂）1%；DEL（稳定剂）0.2%。每立方混凝土
8、用量440kg。4.2 某地铁工程湿喷混凝土配合比 （1）混凝土配合比：水泥中砂石子=121.6； （2）水灰比：0.451； （3）防水剂：掺量为水泥重量的0.41.0%； （4）速凝剂：液态速凝剂，掺量不超过水泥重量的5%； （5）坍落度：80150mm.5 施工机具选择 湿喷混凝土质量好坏，跟湿喷机的性能息息相关。某特长隧道由于采用TBM施工，因而湿喷机由TBM上的湿喷系统替代。在某地铁施工中湿喷混凝土采用成都岩锋科技发展有限公司生产的TK-961改进型转子活塞式湿喷机，其作用原理是随着料腔的圆周运动，使九个活塞沿凸轮曲面上下的往复活动，将进行料斗的混凝土连续送入混合室，与压缩空气混合后
9、进入输送管形成“稀薄流”，在喷嘴口与用计量泵压送的液态速凝剂混合形成料束，喷到受喷面上。此种机器体积小、机动性强、构造简单、易于清洗、维修方便，对集料的级配和坍落度要求范围宽，易操作。对于地铁隧道小断面的施工方便、灵活、便于操作，并能减少粉尘、回弹，保证混凝土品质的稳定性。该机器的主要参数指标和具体施工参数如下： （1）生产率：5m3/h； （2）骨料最大粒径：15mm； （3）适用混凝土：塑性混凝土，混凝土坍落度50200mm； （4）工作风压：03.0.7MPa； （5）耗风量：103/min； （6）喷射角度：70度； （7）最大输送距离：水平40cm，垂直20cm； （8）喷头距岩面：
10、1.52.0m； （9）一次性喷层厚度：边墙100mm，拱部70mm； （10）作业面气温：15C； （11）外形尺寸：220014001500（mm）； （12）重量：2200kg。6 湿喷混凝土工艺流程与喷射方法 由于某特长隧道装饰面大，且采用TBM开挖，湿喷混凝土施工由TBM上的湿喷系统实现；而某地铁工程隧道断面小，采取常规方法施工，湿喷混凝土由国产TK-961型湿喷机完成。因此两项工程的湿喷混凝土工艺流程与喷射方法也不尽相同。6.1 某特长隧道湿喷混凝土工艺流程 混凝土生产采用工控微机实现自动控制的混凝土搅拌站，主机为双卧轴强制式搅拌机，扇形骨料堆场，悬臂拉铲集料，机械杠杆电子称称量，
11、设有外加剂供料系统，除尘设备，配备有水泥筒仓和大仰角螺旋输送机。混凝土在拌合站生产后，直接放入6m3的混凝土罐后，编组进TBM运输列车由小型内燃机车顶推至隧道内，由TMB上的湿喷系统完成喷混凝土作业。其相应施工流程见图1。8 结束语 喷混凝土作为建筑施工中的一种重要手段，其应用范围愈来愈广泛，单就欧洲而言，每年的的用量就在300万立方以上；湿喷技术由于其明显的优点，也越来越有在喷混凝土中占据主导地位的趋势。就整个湿喷技术来看，建筑材料、喷射机具的优化直接关系到湿喷质量的好坏。湿喷技术的发展离不开建材、机械等行业的大力支持，因此，全面掌握这些领域的动态，寻求共同发展，方能使湿喷技术在实际施工中不断提高、完善。参考文献1铁道部科学研究院西南所成都岩锋科研发展有限公司TK-961型湿喷机系列资料2河南省巩义市特种建材厂8604-II型液态速凝剂系列资料1998年