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高原地理环境对隧道工程的影响主要体现在以下几个方面:其一,对隧道使用功能的影响。当隧道穿越高原当中的富水层或是岩溶裂隙发育地段时,若是防排水措施不当,则会导致衬砌漏水,这样一来不但会对隧道内的通风、照明、监控等电气设备的使用造成影响,而且在寒冷的冬季,还会使隧洞内壁挂冰、路面结冰,运营条件会极度恶化,严重影响了隧道的使用功能;其二,会对隧道的衬砌结构造成影响。在高原地区的隧道工程中,若是围岩中的地下水未能及时排出,当冬季来临时,则会导致水体冻结,从而对隧道衬砌结构带来冻胀破坏,到夏季时冻结融化会使围岩形成浆融圈,这种现象多出现在隧道的洞口位置处,这会对隧道的结构造成严重破坏。所以在高原地区进行隧道工程建设时,必须对各种影响施工的因素进行综合分析,并采取有效的措施加以解决处理,以此来确保隧道工程的整体施工质量。
2.断层破碎带与隧道工程的关系
在对断层破碎带与隧道的关系进行研究前,首先应当对断层的基本类型加以明确,根据断层两盘相对位移的关系,大体上可将断层分为以下三种类型:其一,正断层。此类断层主要是指沿着断层岩石面的倾斜方向下盘相对上升,上盘下对下降的断层。这类断层的形成主要与张拉力和重力有关,其断层面的倾角相对比较陡峭,断层线以平直居多;其二,逆断层。此类断层具体是指下盘相对下降,上盘相对上升的断层,多数都是在地壳挤压作用下形成的,断层的两盘多数都处于闭合状态;其三,平移断层。此类断层则是指两盘沿着断层走向发生相对位移,断层面近乎于直立,倾角较陡,一般都是在地壳水平运动过程中,在受剪切力的作用下而形成的。
2.1断层破碎带
断层破碎带主要是因为断层两盘在相对滑动的过程中,使两侧的岩层遭受挤压作用而破碎,进而形成的长条状且方向一致的破碎带,它的宽度与岩石的性质、断层距离以及断层性质等因素有关。按照破碎带中岩石的破碎程度可将之分为角砾岩、断层泥、磨砾岩等几种类型。2.2断层破碎带与隧道的关系当隧道工程穿越断层地段时,隧道施工难度的大小一般取决于断层的性质、破碎带结构中岩石的破碎程度、含水性以及断层活动性等因素。当施工方法、机械设备等条件相差不大时,断层破碎带与隧道之间的关系直接影响施工难度和工期。通常情况下,当隧道的轴线无限接近于垂直构造的方向时,且断层规模较小、宽度不大、含水量较低时,施工难度较小;如果隧道的轴线与构造方向斜交或是平行时,隧道穿越破碎带的长度会随之增大,并且会伴随出现较为强大的侧压力,为了确保施工安全,此时必须对隧道支护体系进行加强,并及时进行封闭。
3.高原隧道工程穿越断层破碎带的施工技术
在高原隧道工程建设过程中,时常会遇到穿越断层破碎带的情况,为了确保隧道施工顺利进行,必须采取合理可行的施工技术,下面对此展开详细论述。
3.1施工方法
(1)超前地质预报
在隧道开挖穿越断层破碎带时,常常会出现坍塌、突水等问题,为了保证施工安全、有序进行,应当在隧道施工过程中,采用超前地质预报。该方法是确保隧道穿越断层破碎带施工安全的有效途径之一。应当对穿越断层破碎带的隧道进行地质调查,并按照隧道已有的勘察资料和隧洞内开挖作业面的地质描述,借助相关工具,对作业面前方的地质情况进行推测,同时,在隧道开挖的过程中依据超前地质预报的实际情况进行随时补充,借此来了解即将穿越的破碎带的位置、宽度等情况,制定有针对性的施工技术措施,确保施工顺利进行。
(2)加固圈
这里所指的加固圈就是利用超前小导管+水泥浆液在隧道拱部120度范围内的四周形成强度与厚度足够的加固拱,借此来提高围岩自身的承载能力和稳定性。
(3)正台阶法
这是隧道穿越破碎带时较为常用的一种开挖方法,在开挖过程中,要遵循短进尺、强支护的开挖原则,上下台阶的高度差应当合理,并采取左右交错的方式进行开挖。同时,要控制好两个台阶之间的纵向距离,这样有助于极早落底。此外,开挖之后,要尽可能减少围岩在外界环境中的暴露时间,及时进行初期支护。
(4)初期支护
常用符合设计要求的混凝土对隧道掌子面进行初喷封闭,随后采用工字钢制作钢拱架,并在纵向上用钢筋进行连接。
3.2施工技术要点
(1)导管布设
在施工中,确保小导管的布设位置与角度符合设计要求是比较重要的环节。同时,可采取钻孔打入法对小导管进行施工。
(2)浆液施工
对于岩体破碎程度较为严重、裂隙较为发育、空隙较大的围岩而言,采用超前预注浆的方法进行施工存在一定的难度。在具体施工过程中,预防浆液大量流失、控制注浆液是关键环节,也是确保加固圈安全、稳定、可靠的有效途径。①注浆参数的合理确定。在工程没有特殊要求的前提下,小导管施工的水泥浆液水灰比可以确定为0.8-1.0左右,水玻璃的浓度为30-35左右,两者混合后的体积比为1:0.3-1:0.8,注浆压力最小不得低于0.5MPa,最大不得超过2.0MPa。②注浆准备。在正式注浆前,应当先对注浆管路进行认真检查,借此来确保管路通畅、机械性能良好。当各项准备工作全部完毕之后,应进行现场注浆试验,从而确定最佳的注浆参数,并以此为依据进行施工。③注浆要点。采用液压双液注浆泵将预先配制好的浆液注入到小导管当中,注浆可以采取两次间歇的方式进行。第一次注浆时,应当适当减少水灰比,并增加水玻璃的掺入量,注浆压力应当控制在0.5-1.2MPa这一区间范围内,并在钻孔内有浆液流出时停止注浆,随后间隔3-5h左右,进行二次注浆。在第二次注浆时,应当将注浆压力提高在1.5-2.0MPa,并在浆液注入量低于20L/10min时,停止注浆。
3.3监控量测
隧道穿越断层破碎带的施工中,为了确保施工质量,必须进行监控量测,可将监控的重点放在对拱顶下沉及周边收敛上。对隧道开挖作业面的观测应当在每次开挖完成后进行,当地质情况变化较小时,可每天观测1次;初期支护至少每天观测1次;水平收敛与拱顶下沉的量测可以采用相同的频率,当拱顶的下沉量相对较大时,除了要加强对拱顶下沉的量测之外,还应当对拱腰和基底进行量测。
3.4施工注意事项
为了确保施工质量,应当对如下事项加以注意:其一,在钻孔前,应当对孔位进行精确测定,并对每个测好的孔位进行编号。在钻孔时,为防止孔斜等情况的发生,可以采用测斜仪,并对小导管的打入方向进行严格控制,同时,做好各个钻孔的记录。若是发现某个孔的误差超过设计或是规范标准规定的限值时,必须及时进行处理,如果终孔之后,仍然超限则应当采取注浆封孔的措施,并在其达到一定强度之后,在原位上重新钻孔。其二,注浆时若是发现较大的空洞,应当先注入一定量的水泥浆液,或是混凝土,然后再进行注浆。
4.结论
在隧道工程中,进行大管棚施工时,首先要做好施工前的准备工作,然后按照套拱施工、搭建平台、确定钻机的位置、钻机成孔、测量钻孔位、顶进管棚和压力注浆的施工顺序进行施工。
1.1进行套拱施工
在大管棚施工中,混凝土套拱主要是用来作为长管棚的导向墙,施工位置为隧道中初轮廓线外的地方,在套拱中分别埋入了工字形钢,并将它们焊接成一个整体。由于套拱的主要作用是管棚的导向管,所以套拱的倾角、位置和外插角的准确度对管棚的质量有非常大的影响。一般在施工过程中,通过经纬仪使用坐标的方法在工字形的钢架上确定出套管的平面位置,同时配合使用水平尺和水准仪对套管的倾角进行设定,使用前后差距的方法对孔口管的外插角进行确定。为了避免在进行混凝土浇筑的过程中出现移位的情况,套管必须牢固的焊接到工字钢上。在混凝土套管浇筑结束后,要等到混凝土强度达到规定标准后,才可以进行长管棚施工。一般硬度要到达90%以上。
1.2搭建平台
①搭建钻机平台。钻机平台可以使用钢管脚手架和枕木进行搭建,平台要一次性搭建完成,为了节省平台的搭建时间和钻机的移动时间,以及钻机定位的方便,要按照钻机高孔位向低孔位对称的方法进行钻机钻孔定位。②为了保证混凝土垫层和平台连接的稳固度,避免在进行钻孔时出现不均匀的摆动、下沉和位移等方面的情况,影响钻孔的质量。要开挖工作坑。③平台搭建时要保证作业人员有足够的活动空间。
1.3大管棚的施工
1.3.1大管棚的施工特点
大管棚施工使用孔径为90mm,厚度为7mm的无缝管进行施工,套管的直径比较大,钻孔施工成孔非常的困难,管棚非常的长,深度最大的孔超过了21m,钻孔非常的密集,孔和孔之间的距离为65cm,外插角只有1°。另外,因为是双层钻孔,在施工过程中,如果把控不严格,很容易出现钻孔相互串通的情况,管棚会进入到隧道开挖的轮廓线中,导致钢管桩报废。针对以上情况,决定在施工过程中钻机钻入孔深完整基岩3米的深度后,使用潜孔锤和潜孔钻进行扩底作业,以此防止出现钻孔互相进入浇筑体的情况出现。为了确保管棚施工的质量符合规定标准,决定使用套管扩孔双回旋技术。并严格按照钻孔和无缝钢管同步跟入、清孔、压力注浆的施工顺序进行施工。
1.3.2大管棚的施工工艺
①钻孔的施工工艺。因为施工场地的地层属于松散的碎石土层,使用传统的施工方法很容易出现探头卡钴、钻孔塌陷埋钻等方面的事故。另外,因为塌方体是结构比较疏松的粉状页岩和碎石土,使用泥浆钻入后,很容易出现严重的漏浆现象,而且浆体大量进入到松散体重,很容易出现松散体下滑的情况,有非常大的工程安全隐患。因此,使用套管扩孔的双回旋技术分别使用潜孔锤和空气潜孔锤跟钻进行扩孔。来确保钻孔作业的顺利进行以及钻孔质量。潜孔锤的动力使用压缩空气作为动力,钻孔过程中,要注意石屑的排除和钻头的冷却。钻孔在到达规定深度时,把中心钻具取出来,套管保留在孔中,此时,成孔结束。②随管钻入的配套设备。在进行钻孔时,使用空气潜孔锤进行跟管钻机,施工具有给进力大、扭矩大、转速低等特点,所以使用全液压型双回旋双动力钻机,此设备具有起拔力大、给进力大、事故处理能力强等方面的优点。跟钻系统由中心钻头、偏心钻头、限位销、潜孔锤冲击器、防脱销钻具、钻杆柱套管共同组成。跟钻钻头使用直径为89mm的同心式环状钻头、89mm单偏心跟管钻头和直径为98mm的潜孔锤单偏心扩第钻头。跟管套管使用经过高频淬火的无缝钢管,钢管壁的厚度为5mm,使用接箍进行连接,丝扣的长度为59mm。
2跟钻钻孔过程中的施工问题和解决方法
2.1排渣不方便
一般情况下钻孔都属于水平孔,施工区域的碎石土非常的潮湿,有非常多的泥团岩渣被排出,随着钻孔深度的逐渐加深,排渣也逐渐变的非常的困难。特别是在钻头进入预期孔深提钻时,出现了岩粉卡钻的情况。所以在钻孔的过程中,要多吹灰,并对钻孔的进尺进行控制。可以使用送水洗孔的提钻方法进行施工。
2.2偏心钻头掉落的故障
在进行钻孔施工的过程中,常常会出现偏心钻头掉落的情况,针对此情况进行详细的分析后发现,是因为偏心横销的质量不好,而出现了断裂的情况。当遇到这种事故时,首先要拔管,再使用筒状岩心管取心钻钻进取出。并使用轴承钢加工过的横销来对劣质的偏心横销进行替换。
2.3管靴掉落事故
在跟管的过程中,在钻具破岩时,同时使用管靴和钻头上的台阶拖着套管进行同步跟进,所以管靴是一个很容易受到冲击振动的地方。随着钻孔深度的不断加深,套管长度也随之增加,在岩粉卡死套管或者摩擦力增加后,套管管靴覅错容易被打脱。针对这种情况,可以在套管和动力头之间添加一个同步的装置,然后把管套和管靴套实并进行焊接。
2.4跟管钻蹩钻故障
在进行跟管钻进的过程中,如果在钻进过程中遇到了地下埋藏有质地坚硬的石英砂岩、钢筋或者土石软硬不匀称的情况时,很容易出现蹩钻的情况,钻头没有办法正转和反转,在这种情况下,要把套管拔出,取心钻进后机械跟管钻进。
3控制管棚施工的质量
在开孔前,首先要把钻进的位置调正,然后把套管从导管中穿过,套管从导管穿过后,要把一头钻入到地表中,然后使用水平尺把套管调平。在钻进过程中,要保证排渣的顺畅,为了避免岩渣过多的情况出现,在钻进过程中,要对进尺进行控制。在钻进过程中,如果遇到了外套随着旋转或者阻力过大的情况,要轻提钻具并吹灰。如果排渣不顺畅,要往孔中注水。需要提钻时,可以先反转2圈,然后进行提钻,提钻过程中不要停风。钻孔打完后,要对偏心钻头的张开和收敛情况进行检查。钻孔结束后,要对钻孔进行清孔,一般使用潜水泵抽水进行清洗。把钢筋笼放入钢管中后,就可以开始压力注浆作业了,注浆主要是未来提升管子的抗弯强度,提高围岩的稳定性。一般使用电动隔膜注浆机进行注浆,为了确保注浆的方便,要在套管口设置一个孔口异径的接头控制装置。受到压力后,浆液会随着钢管的小孔进入到围岩中,使围岩的稳固程度提高。
4结语
关键词:隧道 干喷 湿喷 经济 技术 比较
隧道工程中的喷射混凝土工程是一项重要工序,不仅关系到生产安全、工程质量,也与施工单位经济效益息息相关。目前国家已将干喷作为一项落后工艺后淘汰,但现场仍有多数施工队伍却不愿放弃干喷工艺,本文以现场真实施工条件为背景,对小型湿喷机与传统干喷工艺进行了对比,总结了相关参数,为决策者提供了技术依据。
经过慎重比选,工艺试点安排在本项目陈家山隧道斜井进行,湿喷一共进行了三次试验(其中Ⅱ级围岩地段2次,Ⅳ级围岩地段一次),干喷进行了二次循环测试,现将试验情况及试验总结如下:
1 湿喷试验情况介绍
1.1 第一次湿喷(双机并机作业)
11月2号在陈家山隧道斜井大里程方向DK249+247-249.5(Ⅱ级围岩)进行第一次试验,具体情况如下:
1.1.1 人员配置
两机作业组人员配置:喷射手2人,放料工1人,开机人员2人,其他配合人员4人,共9人。
1.1.2 动力分析
①空压机:螺杆型空压机,生产量24m3/min,四台空压机作业,系统风压为0.8MP,工作风压0.4MP,风量和风压满足两台湿喷机作业要求。②压缩空气输送管路。从空压机到喷射位置距离600m,输送管路直径为200mm。③电力:由于斜井位于供电线路末端,电压350V勉强可以满足两台湿喷机作业要求。④湿喷机:使用两台TK500湿喷机,并机作业共用一个料盘。
1.1.3 速凝剂分析
该段Ⅱ级围岩,表面无水,采用素喷,喷射方量14方,使用无碱速凝剂(品牌为:安徽**,单价约4500元/吨),掺量为8.5%。
1.1.4 材料
①配合比:460:931:761:198:8.28:0.9(水泥:砂:石:水:减水剂:微纤维)。②水泥:祁连山水泥。③砂:河砂,细度模数3.2。④粗骨料:5~8mm碎卵石。⑤减水剂:山西黄腾的早强型液体减水剂,减水率为17%。出机湿喷混凝土温度18度,初始坍落度170mm,无泌水,半小时坍落度150mm,1小时坍落度130mm。为了满足混凝土的工作度,在运输罐车内适当添加了减水剂,经调整后能够满足湿喷机正常工作。⑥合成纤维:产地河北衡水,单丝,长度16mm。⑦温度。掌子面温度:18℃。搅拌站温度:10℃。混凝土出机温度:18℃。混凝土到机旁温度:20℃。拌合水温:35℃。
1.1.5 喷射量及时间
总用时间:297分钟,总喷射方量:14方。
喷射时间:104分钟,纯生产效率:4.06m3/h。
1.1.6 回弹量分析
设计方量:6.3m3,超挖方量:约5m3。
实际方量:14m3,回弹率:(14-6.3-5)/14=19%。
回弹量估计大概在2.5~3m3。
1.1.7 第一次试验存在的问题
总体喷射效果较好,在喷射过程中出现电压只有310V左右过低情况,两台不能同时并机作业。一台湿喷机作业的情况时只能保证电压在350V,勉强能工作。喷射混凝土时湿喷机安装准备时间较长,主要是因为湿喷机离掌子面较远,自重较大,吊装时间较长;混凝土罐车运输距离较远,造成工序衔接不好,待料时间较长,从而造成湿喷机作业率偏低。
1.2 第二次湿喷(双机并机作业)
11月4号在陈家山隧道斜井小里程方向DK247+829-827(Ⅳ级围岩)进行第二次试验,具体情况如下:
1.2.1 人员配置(同第一次)
1.2.2 动力分析
在小里程方向使用两台TK500湿喷机,两台空压机(生产量24m3/min)供风,系统风压为0.7MP,工作风压为0.4MP。从空压机到喷射位置距离500m,输送管路直径为150mm。两台湿喷同时开机启动困难,电压只有320V。
1.2.3 速凝剂分析
小里程方向是钢拱架挂网喷射,有水;喷射方量21.4方,使用无碱速凝剂(品牌:安徽润安),掺量为10%。
1.2.4 材料
①配合比:460:931:761:198:8.28:0.9(水泥:砂:石:水:减水剂:微纤维)。②水泥:祁连山水泥。③砂:河砂,细度模数3.2。④石:5~8mm碎卵石。⑤减水剂:山西黄腾的早强型液体减水剂,减水率为17%。湿喷混凝土出机温度15度,初始坍落度240mm,无泌水,半小时后坍落度180mm,1小时后坍落度110mm。为了满足混凝土的工作度,在运输罐车内适当添加了减水剂后能够满足湿喷机正常工作。⑥合成纤维:产地河北衡水。单丝,长度16mm。⑦温度。掌子面温度:15℃。搅拌站温度:10℃。混凝土出机温度:18℃。混凝土到机旁温度:20℃。拌合水温:35℃。
1.2.5 喷射量及时间
总时间:484分钟;总喷射方量:21.4方。
喷射时间:一台用时103分钟,另一台用时216分钟。
纯生产率:一台3.96m3/h,另一台4.06m3/h。
1.2.6 回弹分析
设计方量:7.02m3;超挖方量:28×1×0.35=9.8m3。
实际方量:21.4m3。
回弹率:(21.4-7.02-9.8)/21.4=21%。
由于边墙有水,混凝土喷射厚度较厚易造成脱落,导致喷射混凝土掉块,建议分层喷射效果较好。
1.2.7 第二次试验过程存在的问题
小里程方向喷射工作中,出现109分钟的电压过低而导致两台湿喷机不能同时启动的情况,最后8.9方混凝土只能用一台喷浆机喷射,两台并机作业时电压只有310V左右,不能同时作业,一台湿喷机作业时电压350V,勉强能工作。混凝土罐车运输距离较远(约5km),混凝土到达现场后塌落度损失较大,混凝土无法放出来,更不利于喷射,现场需要加减水剂才能使用,另外待料时间较长,湿喷机作业率偏低。
1.3 第三次湿喷(双机并机作业)
11月7号在陈家山隧道斜井大里程方向DK249+264.7-266.7(Ⅱ级围岩)进行第三次试验,具体情况如下:使用无碱速凝剂(品牌:山西黄腾),掺量为6%,使用过程中速凝剂出现分层情况,导致喷射效果不一。湿喷混凝土出站温度16度,初始坍落度200mm,无泌水,半小时后坍落度170mm,1小时后坍落度120mm,洞内环境温度16度,现场喷射砼温度21度。从开始喷射到到施工1小时之间,效果理想,从混凝土到现场3小时后,混凝土坍落度损失过大,现场加水等原因,喷射效果差,施工中机械修理频繁。
1.4 第四次湿喷实验
我部在全国范围选择了三家速凝剂进行了室内和现场试验,12月14日完成了室内实验,12月19日在陈家山斜井进行了现场对比实验,试验情况如下:
1.4.1 拌和站:河砂温度4℃,石子温度5℃,拌合水38℃,减水剂20℃,出机温度17℃,坍落度170mm,共8方湿喷料。
1.4.2 现场:坍落度120 mm,环境温度18℃,砼温度16℃。
1.4.3 喷射情况:
①开始:6:35;结束:9:40。②机械:7:10-7:45(35分钟因湿喷机械电器断路,电工检修,砼堵管)后近2小时内因机械电器问题检修5次。③喷射时间:8方混凝土分别掺加四种速凝剂喷射用时3小时10分钟。修理机器耽误60分钟。有效喷射时间130分钟,单机在机械不出问题的情况下效率每小时3.68方;单机在出问题的情况下功效每小时2.52方。④现场速凝剂使用情况:
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1.5 现场喷射分析
喷射混凝土要求现场砼坍落度在80-130mm之间,风压稳定,喷射管出口距离作业面1-1.5m,横向扁椭圆形喷射,竖向S形状喷射,以垂直喷射效果最好,在无工字钢和钢筋网片的情况下,先喷掌子面的凸面,造成着物面积大,增强附着效果,回弹才能减小,过后进行凹坑填补;如有工字钢和钢筋网片,先喷工字钢和围岩面的夹角,形成较大附着面,后喷中间,由下向上。
1.6 室内试验情况
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2 干喷施工情况调查
11月6号在陈家山隧道斜井大里程方向和11月7号在陈家山隧道斜井小里程方向各进行了一次干喷作业循环测试,情况如下:
2.1 人员配置
①大里程方向两机作业组人员配置:喷射手2人,其他配合人员8人,共计10人;②小里程方向三机作业组人员配置:喷射手3人,其他配合人员10人,共计13人。
2.2 动力分析
2.2.1 空压机站:螺杆型空压机,生产量24m3/min,共有8台。
①在大里程方向干喷作业时,两台空压机。②在小里程方向干喷作业时,四台空压机。
2.2.2 压缩空气输送管路
①大里程方向。从空压机到喷射位置距离600m,输送管路直径为200mm。②小里程方向。从空压机到喷射位置距离500m,输送管路直径为150mm。
2.2.3 干喷机
①大里程方向两台干喷机。②小里程方向三台干喷机。
2.3 速凝剂分析
2.3.1 大里程方向(素喷,表面无水)
喷射方量18.5方,使用干粉速凝剂,总量为0.9吨左右,速凝剂掺量达到水泥重量的11%(设计配合比6%)。
2.3.2 小里程方向(钢拱架挂网喷射,岩面有水)
喷射方量31方,使用干粉速凝剂,总量为1.95吨左右,速凝剂掺量为水泥重量的13.2%。(设计6%)
2.4 材料
①配合比(每方):475:868:868:28.5(水泥:砂:石:速凝剂)。②水泥:祁连山水泥。③砂:石粉,细度模数3.4。④石:5~10mm碎石。
2.5 喷射情况
2.5.1 总喷射量及时间
①大里程方向:18.5方(288分钟)。②小里程方向:31方(341分钟)。
2.5.2 有效喷射时间
①大里程方向:两台各用时139分钟、146分钟。②小里程方向:三台各用时176分钟、209分钟、171分钟。
2.5.3 平均生产率(含现场准备及维修时间)
大里程方向:1.93m3/台.h,小里程方向:1.82m3/台.h。
2.5.4 纯生产率
大里程方向:3.89m3/台.h,小里程方向:3.35m3/台.h。
2.5.5 回弹分析
①大里程方向。回弹率:(18.5-8.4-3)/18.5=38%。②小里程方向。回弹率:(31-8.26-11.1)/31=37.5%。
3 经济技术比较
3.1 经济比较
3.1.1 材料费用
①价格:(材料价格均为到工地价)。
水泥:435元/吨 砂:80元/方(1.6吨/方)
碎石:75元/方(1.53吨/方)
液体速凝剂:4500元/吨
干粉速凝剂:1350元/吨 减水剂:4500元/吨
合成纤维:18000/吨
②混凝土配合比:460:931:761:46:198:8.28:0.9(水泥:砂:石:液体速凝剂:水:减水剂:合成纤维)
③干喷混凝土配合比:475:868:868:28.5(水泥的6%)(水泥:砂:石:干粉速凝剂)
材料消耗费用比较
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通过以上比较,湿喷材料费用明显高于干喷费用,材料差价达257.53元,计算中未考虑材料正常损耗。
3.1.2 人工费用
人工费对照表
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3.1.3 机使费用
①湿喷机与干喷机费用比较。②干湿喷浆机及需要空压机费用比较。
a PZ-5C干喷机相关参数
机器生产能力5m3/h;工作风压0.2-0.4Mpa
耗风量7-8m3/min;电动机功率5.5KW
电压等级380V
b TK500湿喷机相关参数
机器生产能力5m3/h;工作风压0.2-0.5Mpa
耗风量≥9m3/min;电动机功率7.5+0.55+0.3(kw)=8.85
KW
电压等级380V
c螺杆型空压机参数:生产量:24m3/min,功率:132KW
由于无论干喷机还是湿喷机,在使用台数一致的情况下湿喷机耗风量略高于干喷,现场所开空压机台数一致, 因此费用可以考虑为基本相同。其费用计算如下:
25m3以内电动空压机台班费用为1225.06元(电费单价和人工费单价已按现场实际进行调整)。
湿喷的空压机使用费为:1225.068*2/15.158=161.64元
干喷的空压机使用费为:1225.068*2/16=153.13元
每立方空压机使用费差价为8.5元。
③拌合及运输费用比较。湿喷对拌合与运输要求较高,运输必须采用混凝土罐车进行,对拌合的温度等均要求较高,必须采用大站生产,因而运输距离加大。而干喷采用现有喷浆站即可,运输方式相对简单,采用普通自卸汽车即可。
根据现场测算,大型拌合站生产成本相对较高,每立方人工、机械成本达53.7元,小型喷浆站由于机械投入少,综合生产成本约40元左右,喷浆料生产成本增加每立方53.7-40=13.7元。
运输成本情况:
自卸汽车运输成本:第一个1km4.35元,增运1km1.1元,按照综合运距5km计算,即运输成本为4.35+4*1.1=8.75元。
混凝土罐车运输成本为:第一个1km为17.7元,增运500m增加1元,按照5km综合运距计算,即运输成本为17.7+(4/0.5)*1=25.7元。
根据以上计算分析,每立方喷浆料运输的差价为16.95元,生产与运输两项湿喷与干喷比较,湿喷高出30.65元。
3.1.4 干、湿喷综合费用比较
①干喷料每立方的总体费用:
人工费:20元
材料费:334.8元
机械费:
干喷机:14.14元
空压机:153.13元
拌合:40元
运输:8.75元
每立方费用:570.82元
②湿喷料每立方的费用:
人工费:18.5元
材料费:592.23元
机械费:
湿喷机:22.41元
空压机:161.64元
拌合:53.7元
运输:25.7元
每立方湿喷料的综合费用:874.28元
③干喷料与湿喷料的综合成本比较:差价303.46元
④每立方湿喷混凝土与干喷混凝土(成品)费用对照
干喷:考虑回弹率38%,其成本为570.82*1.38=787.73元
湿喷:考虑回弹率18%,其成本为874.28*1.18=1031.65元
通过以上对照可以看出,每方干喷成本较湿喷成本减少243.92元。
3.2 时效和回弹率比较
根据对现场干喷调查,结合现场湿喷试验,回弹率及单机生产效率如下表:
备注:总喷射时间指整个喷射循环从进场到退场的时间,纯喷射时间指该循环所有喷射机实际喷射混凝土时间的总和。单台平均生产率=实际喷射方量/纯喷射时间。
根据以上数据可以看出,在现场条件相同的情况下,湿喷的单台平均生产率略优于干喷,对施工环境污染小,从劳动保护、支护的可靠度等方面值得推广。但通过现场试验明显感觉到湿喷对供电要求高,电压偏低就无法启动;由于设备自重大吊运准备工作时间长;设备故障较多,现场修理费时等缺陷。
4 推行湿喷可行性方案
4.1 机械配置 砼搅拌机站、混凝土湿喷机、空压机、混凝土运输罐车、两机或者三机作业分料盘。
4.2 人员配置
①湿喷机两机作业组人员配置。喷射手2人,放料工1人,开机人员2人,其他配合人员4人,共计9人。湿喷机三机作业组人员配置。②喷射手3人,放料工1人,开机人员3人,其他配合人员5人,共计12人。
4.3 冬季湿喷措施
严格按照混凝土冬季施工措施进行拌制混凝土,出站及入模温度满足度要求。
4.4 喷射混凝土施工
4.4.1 施工工艺流程
湿喷混凝土施工工艺见下图
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湿喷混凝土施工工艺流程图
4.4.2 施工准备
①受喷面处理
a拆除作业面障碍物、清除开挖面的浮石和墙脚的岩渣等。b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。c埋设控制喷射混凝土厚度的标志。d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。e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。
②机具设备准备
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。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。
4.4.3 喷射混凝土施工
①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20~30cm,同时与受喷面保持一定的距离,一般取0.8~1.5m。若受喷面被钢筋网或格栅钢架覆盖时,可将喷头稍加倾斜,但不小于70度,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。②喷混凝土一般分二次施喷完成,第一次喷射5cm混凝土后,施作锚杆、格栅钢架,再复喷至设计厚度。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。③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5-10cm控制,拱部按5cm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。④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 外加剂使用情况
为保护生产厂家利益,此处不再讨论。
参考文献:
[1]郑辉,申栓锁.隧道工程防水施工工艺与质量控制[J].价值工程,2012(15).
关键词:高速;隧道;施工;技术
一、前言
社会主义建设的不断深入,现代社会已步入一个高速发展的阶段,而促进发展的交通通道也必须跟上时展的脚步。现阶段,高速公路作为交通通道的重要组成部分,正发挥着越来越大的作用,因此公路工程的建设也拉入道可持续化发展的轨道上来,施工单位意识到环境保护的重要性,为了减少大填大埋,隧道施工的普及率也越来越高。
二、主要工序施工技术
1、初期支护施工
超前小导管施工:
(1)制管:超前小导管系用外径为50mm,壁厚为5mm 热轧无缝钢管加工成长500cm。将钢管一端加热锻成锥头,另一端焊上钢箍,留400mm作为止浆段,然后沿管壁四周钻四排注浆孔,各排孔位互相错开,间距150mm,孔径8mm。
(2)钻孔:按设计环向间距以紧靠开挖面的钢支撑为支点先定出孔眼的位置,按10。外插角从钢支撑外侧钻孔,孔深500cm,小导管纵向间距:中导320cm,左、右洞250cm。
(3)安装导管注浆:成孔后用高压风清孔,安装小导管后用牛角泵压注30号水泥浆,注浆压力为0.7MPa—1.0Mpa,达到压力时持续15 分钟停止注浆。
2、系统锚杆施工
一般隧道采用的的锚杆有两种:中导洞和进出口成洞面临时支护用22mm 螺纹钢砂浆锚杆,左、右洞用25mm 中空注浆锚杆。锚杆按设计长度加丝口长,下料后用套丝机套出12cm 长螺纹。在初喷砼后用红漆按设计间距梅花形布置,点出锚杆孔位。用风动凿岩机垂直岩面钻孔。成孔后用高压风清除孔内碴屑,砂浆锚杆在注浆后插入锚杆,安装垫板、螺栓;中空锚杆是安装锚杆后注浆,注浆压力为0.5—1.0Mpa,终压为2.0—2.5Mpa。砂浆锚杆注30 号水泥砂浆,中空锚杆压注30 号水泥浆。锚杆安装后三天内不准敲击锚杆头,也不准悬挂重物。
3、钢拱架施工
(1)现场制作1:1 胎模平台一套,并放设1:1 钢模试拼大样。
(2)截割下料,将切割好的型钢放在1:1 胎模上,固定后用乙炔焰加热达到一定深度后,均速起动胎模千斤顶,将型钢压制成型。
(3)各单元的接头板有两种型式:钢拱架与中隔墙的连接是在连接单元的一端焊上A3 钢板,与预埋在中隔墙的钢板双面焊接,各单元之间的连接采用U 型钢之间一定长度的搭接并用连接件压紧。
(4)将加工好的各单元构件放在大样台上试拼,轮廓误差不大于3cm,钢拱架平放时,平面翘曲应小于+2cm。
(5)用经纬仪和水准仪准确量测型钢拱架,在隧道法线方向的位置与高程,用红油漆准确标注拱顶、拱脚和边墙等控制点位置,设置足够的定位锚杆。
(6)对超挖较大部位,用浆砌片石镶补,拱或墙脚有虚碴或不稳定时,清除松碴,用砼填平,再用槽钢沿纵向铺设,确保钢拱架脚稳固。
4、洞身开挖。
这个工序包括中导洞和左右洞的开挖。在成洞前,也就是支护完成以后,我们就可以按照中导洞开挖轮廓线来进行挖槽。中导洞的开挖过程要循环进尺,尺度大概维持在0.5m~1.2m 之间。而当中导洞开挖成型以后,我们需要进行中线和水平检查,只有符合设计要求了以后才能够进行后续的施工工作。紧接着我们要进行的工作是初喷5cm 厚的20 号素砼。而对于左右洞而言,要等到中墙砼达到设计强度的70%以后才能对左右洞进行开挖,并且采取两台阶分布平行进行开挖,包括整个拱部要一并进行挖掘。同时应该注意的是,左右洞的开挖过程中,不易操之过急,每一次开挖的深度不应该大于1 米,同样应该是先从左洞进行挖掘施工,挖好以后再按照右洞原来的开挖面落后左洞十米的位置来进行并且控制右洞的施工挖掘。
5、隧道的排水处理
在隧道施工的过程中,可能会有涌入隧道的地下水和施工中产生的废水,这就要求我们进行及时的排水工作。在一般的情况下,我们会在隧道的出口和进入之间修葺一个1.54%的上坡。如果隧道的进口方向的施工是反坡施工,用这样的一种施工方法时,排水可以采取在开挖的地段挖一个水坑,使得水都汇集在这个坑中,然后再用抽水机把水抽出来。如果隧道的出口方向是顺坡施工,这个时候排水就显得容易很多,我们只要利用自然的坡度连接所料管直接应用虹吸的现象把水引到洞外就可以了。
6、裂缝治理
(1)细微裂缝。隧道衬砌混凝土表面常出现一些没有扩展性的细微裂缝,这种裂缝是稳定的,一般可自愈,不会影响结构的使用和耐久性。从美观考虑,可先清洗干净裂缝表面,然后涂刷环氧树脂浆液二至三遍,最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面,使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。
(2)贯通性裂缝。贯通性裂缝的危害较大,必须采取有效的治理方法。沿裂缝方向凿成宽5 cm、深3 cm的V形槽,在槽内骑缝每隔0. 5m 钻一孔,孔深为衬砌厚度的1 /2或2 /3,一般不少于15 cm,并不得穿透衬砌以防跑浆。用清水冲洗干净槽内的杂物及粉尘,在孔内插入
三、高速公路隧道施工质量控制要点
1、对一些科学性不完善的建筑方法进行改善
(1)先拱后墙法。先拱后墙的方法过去常用于地质不良、断层破碎带的施工中,与当时较低的支护水平有密切关系。如今支护水平大大提高,原先的半断面开挖与先拱后墙的方法应该被抛弃,继而采用台阶法施工,这种施工法无论从防水水平和结构安全方面均较以前有明显提高。改进与摒弃旧的不好的建筑方法,创建符合新技术的最新设计。
(2)施工设备、工艺不足。由于高速公路隧道的长度和地理位置,施工单位并未投入足够资源进行妥善管理。有些隧道开挖光爆效果不理想,采用人工浇筑,衬砌未按照规范进行施工,以至于二次衬砌及衬砌背后有大量空洞形成,留下了质量隐患。对以后的通车防水造成了很大影响,进而导致事故的发生。所以,高速公路的隧道建设不应论长短,论地方,应该选择有能力、有责任心的负责人承包,采用成熟完善的施工工艺。这是确保施工工程的首要条件。
2、进行全程工程质量管理方案
通过采取全方位的监管,将工程事故发生的可能性消灭在源头,加大检查力度,进行全方位监督。现场召开观摩会,选取优秀工程作为样板,大力推广先进的施工经验从而发挥出典范的作用。一旦出现质量相关事故,要狠抓狠打、严肃处理,并进行现场分析,总结教训避免再犯。还要建立举报制度,鼓励所有参与建设人员,发现工程中的质量问题或者其他方面存在的问题及时举报,经查实后进行奖励,以便能够让所有参建人员做到关心工程质量,从而有效提高工程的质量。
3、施工单位的质量保证措施
施工单位严格遵循质量控制规范进行质量管理,力争在投入和控制方面提高质量。作业队以上的人员需成立一个能够全面监管的小组,控制所有程序有组织进行,配备专职质检人员,从组织上保证工程质量。在施工过程中,还需成立专门针对特殊地质情况的小组,以便遇到特殊类型地质时可事前预报。挖掘过程中配备几名有经验的地质专家轮流值班。
结论
目前在我国越来越的高速公路被修建而成,高速公路中的隧道工程的施工在目前来讲还属于一个比较难的项目,而且其挖掘起来也比较复杂,所以这就要求我们在施工的过程中更应该多多总结经验,尽量规避一些容易出现的问题。当然,随着我国隧道挖掘技术的不断攀升,更多的优秀学者一定会研究出更为先进和科学的隧道工程施工的技术。
参考文献:
关键词:公路桥梁;隧道施工;灌浆法;加固技术
中图分类号:U457 文献标识码:A
随着我国经济的高速发展,公路桥梁是一项重要的交通运输载体,对我国经济的发展起到重要的作用。随着公路桥梁工程规模的扩大,各类工程在施工中也展现出局限性,为了提高公路桥梁的质量,为人们提供更加安全的出行环境,应该对公路桥梁隧道的加固技术进行研究。
1.公路桥梁隧道工程中的问题分析
公路桥梁工程使用时间比较长以后,很容易发生工程的裂缝等,而且钢筋材料使用的时间过长容易出现锈蚀等问题,这些问题都会导致交通运输不能正常的进行,给人们的安全带来很大的隐患。而且很多公路桥梁隧道是建立在丘陵地带,丘陵地带的地形起伏非常大,通过对丘陵地区的地质分析,可以看出其地质结构一般是砂岩和石英砂岩,而且岩体不是特别的完整,岩体的透水性不好。所以,公路桥梁隧道在这一类地形上修建,如果使用非常频繁,会产生很大的交通压力。隧道会出现裂缝的情况,而且隧道的砌石会出现松动的情况,在桥梁使用的过程中,桥台容易产生凹凸不平的情况,对公路的形势安全产生很大的隐患。
2.利用灌浆法对公路桥梁隧道进行加固的原理
在进行公路桥梁隧道施工的过程中,常常要对各类病害问题进行处理,从而可以完善工程的质量,节省成本。在公路桥梁隧道完善的过程中,主要的方法有添加钢筋进行加固,或者采用碳纤维复合材料进行加固。也能使道路拓宽或者延长,通过增加预应力的方法起到加固的效果,也可以采用灌浆的方法。这些方法在工程加固中非常的常见,但是这些方法会导致施工成本的上升,而且性能并不稳定,如果在交通压力比较大的公路上实施,不能获得较好的效果。灌浆法在此类问题的处理中最具有优势,而且具有经济性特征。
灌浆法是采用水泥、砂子和黏土等按照规定的比例混合,然后通过压力的方式将浆液直接注入地基中,从而对断裂的部分起到修复的效果。通过灌浆的方式,可以对结构的性能进行改善,改变结构的物理性能和化学性能。浆液在隧道的裂缝中会发生凝固现象,从而使公路桥梁的强度提升,可以完善公路桥梁的承载能力,防止桥梁发生不均匀的沉降问题。
3.利用灌浆法对公路桥梁隧道进行加固的技术
在进行公路桥梁隧道加固维修中采用灌浆法是非常明智的选择。在进行灌浆的过程中,如果不能完善施工的工序,就会导致很多问题的产生,如果灌浆不均匀,就会导致地面发生抬动的问题,如果不能进行连续的灌浆,就会导致冒浆和串浆情况的产生。灌浆法示意图如图1所示。
3.1 灌浆施工前的准备
在进行灌浆之前,首先要将材料调配好,灌浆的浆液中主要有水泥、黏土和混合的砂子构成,结合高分子化学溶液,在灌浆材料的配置中也可以选择水泥灰,因为水泥灰的成本比较低,可以使灌浆的成本降低,而且其可塑性比较好。水泥和煤灰的比例控制在4∶1,水泥的类型为硅酸盐水泥,水泥选择C32。
在灌浆的材料配置好以后,可以对施工的地段进行选择,在道路桥梁隧道进行灌浆前,应该选择合适的施工地段,按照地段发生沉降的问题,合理地选择灌浆的位置,在一些裂缝严重的地区,应该增加灌浆的用料。
最后要完善施工队伍的建立,并且确保材料已经准备齐全,组建一支专业能力比较强的施工队伍,确保工程可以顺利地完成,在施工中需要的设备要提前准备好,并且确保设备可以正常的运行,在施工前,要对搅拌车和电机设备进行试验。在施工前,要准确的测量施工的半径,确定好半径,对灌浆的深度进行确定。
3.2 根据实际情况确定施工标准
在进行灌浆施工的过程中,要完善施工标准的执行,在对道路桥梁隧道进行灌浆技术中,要结合工程的质量标准进行,在进行基础部分加固的过程中,要通过对工程的实际情况进行分析,如果工程要承受很大的车流量,那么应该进行科学地分析,从而制定合理的质量控制方案。
在进行道路桥梁隧道进行灌浆的过程中,应该确定好灌浆的压力,在工程进行加固之前,要先对工程的抗压能力进行模拟实验,确定好灌浆的压力。在工程实施的过程中,如果遇到突发的状况,应该通过对地质情况进行科学地分析,从而可以从容地调整灌浆的压力。一般情况下,道路桥梁隧道的灌浆压力控制在0.3MPa~0.5MPa。
在灌浆技术采用的过程中,要根据道路桥梁隧道破损的程度,确定好灌浆的用量,而且还要分析工程量,在进行灌浆修复之前,应该准备好充足的配料,确保在灌浆的过程中,进入到空隙中的浆液是饱满和密实的,使浆液可以完全地填补缝隙。通常情况下,在进行将液量的准备中,要多准备20%。
在灌浆的过程中,要确保工程完成后,其承载力可以达到标准,在复合地基中,其承载力应该更大,在淤泥地段,地基的承载力一般在90kPa,在复合地基地段,承载力应该达到135kPa以上。
在工程实施的阶段,要根据工程的实际情况,确定好灌浆口的大小和深度,一般深度控制在3.5m~5.5m之间。
在灌浆工程完成后,再灌浆孔吸收完成后,结束灌浆。
3.3 灌浆法施工工艺分析
在灌浆的过程中,在工作人员都到场后,要对道路桥梁隧道的工作流程进行分析,其一要完成钻孔工作,其二要将浆液注入缝隙中,并且封堵,其三是将灌浆进行搅拌,其四是灌浆,其五是等待浆液的凝固,最后将灌浆口封堵。
在施工的过程中,要注意各个环节的施工,而且要采取措施做好|量控制的措施,从而确保整个施工流程有条不紊地进行。
在钻孔的过程中,采用90mm的钻头进行,防止钻孔出现偏移的情况,在钻头进入到粉性土层后,应该先将导管导入,然后注意孔壁的保护工作,确保黏性土可以发挥作用。在浆管的安放和封堵孔口的过程中,在这个环节中,应该采用软橡皮质地的包裹,防止由于外力导致浆液出现外流的情况。在灌浆过程中,要实现充分的搅拌工作,确保搅拌的均匀和充分,而且在搅拌中要注意泥沙、煤灰和水的混合比例。在灌浆环节中,要按照一定的顺序进行,一般采用自上而下的顺序进行,而且把浆液从灌浆口缓慢的注入,直到浆液比较饱满,确保浆液可以完全地填充在浆口,停止灌浆的操作。然后在浆液完全的凝固后,将灌浆口封堵,一般在浆液灌注结束后的半个小时,浆液可以完全凝固。在封孔的过程中,要确定好密封性,确保整个施工流程的完成,这时在封孔一个小时后,要对封孔处进行观察,如果发现浆液出现下沉的情况,应该进行二次灌浆,这时要将封堵的孔打开重新灌浆。
结语
要完善对公路桥梁隧道的定期维护,通过灌浆操作,可以提高隧道的抗压能力,提高公路桥梁隧道的强度,解决各类工程缺陷,防止工程重新建设导致成本的提高,使工程的使用年限延长,在确保道路交通安全的前提下,节约了大量的用于基础设施建设的成本。本文对公路桥梁隧道工程出现的问题进行了简略地分析,然后提出了有效的解决方案,在施工的前期应该提高施工的材料的质量和施工的质量,在后期要完善施工的保养工作,从而为人们提供更好的出行环境。
参考文献
[1]陈荣胜,方华坤.公路桥梁隧道工程施工中灌浆法加固技术的应用[J].福建质量管理,2016(4):152.