大型喷射混凝土机械手湿喷工艺施工工法

时间:2025-04-02

大型喷射混凝土机械手湿喷工艺

施工工法

中国中铁四局集团第二工程有限公司

1. 前言

近年来,湿喷工艺取代了原干喷工艺,成为公路、铁路、水工隧道施工主要喷射工艺。国内现有的湿喷设备,大多结构简单、功能单一、生产效率低,施工时需要人工手持喷枪进行喷射,工人劳动强度大,骨料的反弹及喷射产生的粉尘对施喷人员健康有极大的危害,且混凝土的喷射质量主要依赖于工人的技术水平,随意性大,混凝土的回弹率高达30-40%,造成比较大的浪费。随着人员工费上涨和机械化程度的不断提高,选择喷射速度快、机械化程度高、回弹率低的大型喷射混凝土机械手将成为公路、铁路、水工隧道施工发展的必然。

吉图珲香水隧道位于吉林省蛟河市境内,全长4560m,隧道围岩以Ⅲ、IV级为主,设计喷射混凝土14800m³,施工中采用大型喷射混凝土机械手进行施工,显著改善了喷射混凝土质量,提高了工效,减少了回弹量,取得了较好的效果。经总结施工经验形成该工法。

2. 工法特点

2.1 施工速度快,每小时喷射混凝土量可达到10~25m³。

2.2 喷射混凝土附着力较好、密实度较高,工艺可控性高、强度较传统干喷混凝土高出20%左右,喷射混凝土表面平顺性较干喷好。

2.3 机械化程度高,操作人员较少,操作人员劳动强度低。

2.4 作业范围大,最大喷射宽度可达30m,最大喷射高度可达17m。 2.5 喷射回弹率低,回弹率可控制在15%以内。 2.6 作业环境较好,也较安全。

3. 适用范围

本工法适用于铁路、公路及水工隧道喷射混凝土施工。

4. 工艺原理

大型喷射混凝土机械手工作原理是将水泥、骨料、水和外加剂等按设计配合比经强制式搅拌机搅拌均匀后,利用混凝土运输罐车运送至喷射地点加入喷射机,通过喷射机泵将稠密流料泵送至喷头处,与电脑全自动配比掺量控制的液体速凝剂混合,再用高压空气进行喷射的一种方法。

大型喷射混凝土机械手工作基本原理见图4.1。

图4.1 大型喷射混凝土机械手工作基本原理

5. 施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

大型喷射混凝土机械手湿喷工艺流程见图5.1。

图5.1 大型喷射混凝土机械手湿喷工艺流程

5.2操作要点

5.2.1机械手湿喷C25混凝土推荐配合比

1、配合比设计技术规范

根据TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》规定,喷射混凝土水胶比不大于0.50,胶凝材料用量不小于400kg/m3,粗骨料最大料径不大于16mm,细骨料细度模数应大于2.5。

2、原材料的选用

1)水泥:PO42.5普通硅酸盐水泥;

2)细骨料:天然河砂、细度模数2.9,石粉含量2.4%,泥块含量0.1%; 3)粗骨料:5~10mm碎石,连续级配,含泥量0.7%,泥块含量0.1%; 4)速凝剂:ZB-6型液体速凝剂,掺量为凝胶材料的4%;

5)减水剂:RAWY101型,聚羧酸系高性能减水剂,掺量为凝胶材料的0.5%; 6)水:饮用水。

3、基准配合比计算

配制强度:fcu,o=25+1.645×5.0=33.2(MPa) 水胶比:w/c=0.45

用水量:W=207L(根据前期坍落度调试后取值) 胶凝材料用量:C=207/0.45 = 460 (kg/m³) 速凝剂用量:460×4%=18.4 (kg/m³) 减水剂用量:460×0.5%=2.3(kg/m³)

砂率选用: SP=50%(根据前期混凝土和易性调试后取值) 混凝土容重:ρ取2400 (kg/m³)

细集料用量:S=(2400-207-460-18.4-2.3)×50%=856(kg/m³) 粗集料用量:G=2400-207-460-18.4-2.3-856=856(kg/m³) 4、试拌调整,确定理论配合比

在计算配合比的基础上进行试拌,试拌后进行喷射实验,经过多次调整,确定基准配合比见表5.2。

表5.2喷射混凝土基准配合比

按此配合比进行拌制,混凝土坍落度为170mm,混凝土粘聚性良好,混凝土拌合物性能符合施工要求。对试拌确定的配合比进行三个不同水胶比的28d强度试验验证,所选配合比能满足设计及施工要求,且经济性合理,确定为理论配合比。

5.2.2 大型喷射混凝土机械手湿喷工艺操作要点

机械手湿喷混凝土作业时,骨料最大粒径、混凝土的和易性、风压大小、岩面整洁度、速凝剂掺量、一次喷射厚度、操作手经验水平、喷射距离、角度、喷射顺序、喷头移动等对喷射混凝土质量、回弹都有很大影响。

1、喷射顺序

喷射应先墙后拱,从下至上、以S曲线移动进行喷射。隧道从两侧边墙底部开始喷射,喷射到拱顶中心线位置闭合,完成一环喷射混凝土的一次试喷。

2、喷射角度

喷射时,喷头应保持与受喷面垂直。喷射交角过小将增加混凝土的回弹率,降低喷射密实度;垂直于岩面喷射时,连续的混凝土“稀薄流”对反弹物有二次嵌入作用,可以降低回弹率,增加一次喷射厚度。

3、喷射距离

由于湿喷要求的风压较大,如果喷头距受喷面太近,高压风会将刚“附着”在受喷面上的混凝土吹掉,使混凝土的回弹量增大。喷头距岩面的距离宜为0.8~1.2m。

4、喷射混凝土作业

喷射混凝土回弹在刚喷射时最大,当岩面喷厚达到2~3cm 后,回弹最小,且稳定,当喷射到附着在岩面的混凝土滑落、流淌时,一次喷厚达到最大,此时不能再继续喷射,应等喷射混凝土初凝后方能进行复喷。

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