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2冻土隧道湿喷混凝土施工工法(修改定稿)_20110301155727350
冻土隧道湿喷混凝土支护施工工法
中铁五局(集团)有限公司
中铁十局集团有限公司
夏真荣 杨安杰 苟祖宽 林定权
1 前言
冻土隧道的开挖施工,除符合一般地区隧道的应力释放、松弛变形等规律外,还因冻土这一特殊地质条件的存在而带来了新的特点,即围岩的稳定性还与冻土的热平衡环境有关。当冻土隧道开挖后,不仅围岩原有的应力平衡状态发生变化,冻土的热平衡状态也发生了变化,冻土直接暴露在空气中,与空气接触的围岩表面冻土与外界环境发生热交换,冻土吸热发生融化,其强度和自稳能力大大降低,围岩表面逐层融化掉块,甚至坍塌,因此冻土隧道开挖支护不仅要解决强度、刚度等一般地区隧道支护施工的问题,还要解决冻土的热融坍塌问题。
目前,在钻爆法施工的隧道开挖过程中,临时支护手段主要以喷射混凝土为主,然而,如何保证喷射混凝土与冻土岩面有良好的粘结强度,如何控制混凝土硬化过程所放出的热量能保证冻土不过度融化,如何保证低温环境下喷射混凝土的早期强度能满足支护需要,这些都是施工中需要解决的问题。在高原冻土世界第一长隧——昆仑山隧道的施工中,中铁五局(集团)有限公司在施工中开展了大量的试验研究,掌握了洞内温度场的分布和变化规律,解决了湿喷混凝土配制等工艺技术问题,通过施工中大量应用,取得了良好的效果,经总结形成本工法。湿喷混凝土支护技术是《高原多年冻土区隧道施工技术研究》成果的重要组成部分,该项成果2005年通过了贵州省科技成果鉴定,达到了国内领先水平,获得了贵州省2006年科技进步一等奖。
2 工法特点
2.1 采用湿喷混凝土支护,可以随着开挖及时进行,同时能快速封闭开挖暴露的冻土,做到“随开挖,随支护,早封闭,快衬砌”,起到保护冻土和支护围岩的作用。
2.2 采用湿喷混凝土支护,具有粉尘小、回弹少、一次喷层厚度大、混凝土质量容易控制、对操作人员健康影响小等优点,更适合于高原地区隧道施工。
2.3 采用湿喷混凝土支护,是通过封闭冻土,减少其与环境的热交换来保持冻土的冻结状态,不须采用大功率的空调风机,不须对冻土实施冷冻,能源消耗小。
2.4 湿喷混凝土施工工艺所需设备少,工艺成熟,操作简单,工艺流程易于掌握。
3 适用范围
本工法适用于冻土地区钻爆法施工的隧道及地下工程,尤其适用于高原多年冻土地区采用新奥法原理设计、施工的隧道。部分工艺措施也可用于较寒冷地区隧道冬期施工。
4 工艺原理
湿喷混凝土支护在一般地区隧道施工已是比较成熟的技术,在多年冻土区隧道施工中,主要是要根据洞内温度场的情况,选择合适的速凝剂、防冻剂、水泥及拌合温度,以及合适的配合比,调整喷射混凝土的凝胶时间和强度,达到早期强度满足临时支护要求且不被冻坏,水化反应过程的放热少,从而达到保护冻土并使混凝土喷层与冻土围岩共同受力的目的。为增加喷射混凝土与围岩的粘结强度,在喷射混凝土中应适当掺加增强纤维材料。
5 施工工艺
5.1 施工工艺流程
施工工艺流程如图5.1。
5.2 环境温度监测和控制。洞内气温一般都是正温,施工中应对掌子面附近气温不断进行监测,并通过通风来调节,使洞内气温保持在-5℃~15℃。
5.3 湿喷混凝土原材料质量要求
5.3.1 水泥:优先使用早强普通硅酸盐水泥,水泥强度等级不宜低于32.5。
5.3.2 砂:应采用级配良好、细度模数大于2.5坚硬洁净的中粗砂。
5.3.3 粗骨料:须采用经硫酸盐溶液浸泡循环试验5次重量损失不大于10%、粒径不大于15mm、其中针状颗粒含量不大于15%、含泥量不大于1%的碎石或卵石。
5.3.4 防冻剂:在负温条件下,能显著降低混凝土液相冰点,保证水泥的水化反应,并在一定时间内获得预期强度。一般使用含有减水、早强、引气和防冻四种组分的成品复合防冻剂,并要求与水泥、速凝剂相容性良好。
5.3.5 速凝剂:速凝剂的使用须解决低温下的效能问题,一般通过在使用前将速凝剂加热到40℃左右的办法解决。同时速凝剂的选用也必须和水泥、防冻剂相容匹配。
图5.1 湿喷混凝土工艺流程图
速凝剂的选配应满足如下要求:
()混凝土混合物喷射至岩石上后其初凝时间在3min以内凝时间在12min以内()碱性小,粉尘小,且对人体腐蚀性小()早期强度高,后期强度损失不超过30%,8后的强度不小于0.3Mpa()一次喷射厚度较大,回弹率小()在低温下使用不失效()混凝土硬化过程体积变化小()对钢筋无锈蚀作用胶骨比
冻土中进行喷射混凝土施工,水泥用量过少难以达到抗冻临界强度的要求,胶骨比水泥:骨料=1:3.4,水泥用量在470480kg/m3之间。
.4.2 砂率
,60%为宜。
.4.3 水灰比
适宜的水灰比值为0.4~0.5。
喷射厚度以保证喷射混凝土不滑移、不坠落为前提
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