CN101619656A - 铁路多年冻土隧道支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种青藏铁路多年冻土隧道支护方法，其采用喷射混凝土施工工艺，通过施工工艺、配合比、喷射工艺系统合理温度、抗冻和早强等添加剂合理掺量及岩面的粘接强度等的改进，确保了冻土隧道的施工安全，保证了青藏铁路的顺利建设，验证了湿喷混凝土支护在高原多年冻土隧道施工中是可行的，并取得了巨大突破。本发明包括以下操作步骤：在冻土岩石上进行喷射混凝土施工时，向喷混凝土中掺加1.8kg/m³聚丙烯纤维，防冻剂掺量为1.8％，在3％－5％的掺量范围内，加热液体速凝剂使水泥净浆温度保持在10℃，水泥∶骨料＝1∶3.4，水泥用量在470～500kg/m³之间，喷射混凝土砂率为60％，喷射混凝土水灰比为0.47。

Description

铁路多年冻土隧道支护方法

一、技术领域：

本发明涉及一种施工支护方法，尤其是涉及一种青藏铁路多年冻土隧道支护方法。

二、背景技术：

青藏铁路昆仑山隧道地处高原高寒冻土地区。青藏高原海拔高，昼夜温差大，有些地区常年处于冻结状态，冻融变化频繁，并且由于隧道施工，加剧冻土的融化，且在国内外高原多年冻土隧道采用湿喷混凝土支护仍为空白。目前在世界上也是首次在如此高海拔、高寒、冻土地区修建铁路隧道。隧道的施工方法和施工工艺与低海拔地区有较大的区别。湿喷混凝土作为一种成熟的施工支护在普通的山岭隧道施工中得到了广泛的应用，但高原高寒条件会对喷射混凝土支护的施工工艺产生较大影响，且在达坂山公路隧道中，湿喷混凝土作为冻土隧道的施工支护的试验未取得成功。青藏铁路高原高寒冻土隧道能否采用湿喷混凝土支护技术？对原材料、外加剂和湿喷机设备有何特殊要求？需要采取哪些工艺措施？喷射混凝土与冻土层的粘结性如何？喷射混凝土在低温条件下强度能否顺利发展？喷射混凝土如何在高原高寒冻土地区隧道中实施以及力学性能和耐久性能否满足设计要求是急待解决的问题。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种青藏铁路多年冻土隧道支护方法，其采用喷射混凝土施工工艺，通过施工工艺、配合比、喷射工艺系统合理温度、抗冻和早强等添加剂合理掺量及岩面的粘接强度等的改进，确保了冻土隧道的施工安全，保证了青藏铁路的顺利建设，验证了湿喷混凝土支护在高原多年冻土隧道施工中是可行的，并取得了巨大突破。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种青藏铁路多年冻土隧道支护方法，其特征在于包括以下操作步骤：

在冻土岩石上进行喷射混凝土施工时，向喷混凝土中掺加1.8kg/m³聚丙烯纤维，防冻剂掺量为1.8％，在3％-5％的掺量范围内，加热液体速凝剂使水泥净浆温度保持在10℃，水泥∶骨料＝1∶3.4，水泥用量在470～500kg/m³之间，喷射混凝土砂率为60％，喷射混凝土水灰比为0.47，湿喷聚丙烯纤维混凝土配合比为：水泥∶砂∶石∶水∶复合防冻剂∶液体速凝剂∶聚丙烯纤维＝470∶945∶630∶221∶8.46∶18.8∶1.5，喷射混凝土拌合物的温度暖季施工出机温度为10℃，寒季施工出机温度控制在13～17℃，暖季施工，砂、石料不需加温，水温用锅炉加热到35℃，速凝剂加热到40℃，防冻剂和水泥保证正常温度使用，以确保拌合物到达喷射机的温度≥10℃，寒剂施工，砂、石料加热温度控制在16～30℃范围，水加热温度控制在50～70℃范围内，速凝剂加热到45℃，以确保拌合物到达喷射机后的温度≥10℃。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

现场通过喷射混凝土施工工艺、配合比、喷射工艺系统合理温度、抗冻和早强等添加剂合理掺量及岩面的粘接强度等一系列试验，成功解决了喷射混凝土在多年冻土隧道的工艺适应性，确保了喷混凝土早期强度的增长及后期强度能够满足设计要求，并提出了高原高寒冻土隧道喷射混凝土施工细则，为今后类似工程的施工提供了借鉴。

四、附图说明：

图1为防冻剂坍落度损失图；

图2为防冻剂掺量与混凝土低温强度关系图；

图3为防冻剂掺量与混凝土抗压强度图。

图4为喷混凝土负温下温度随时间的变化图；

图5为喷混凝土负温下坍落度变化图；

图6为不同养护条件下强度发展图。

五、具体实施方式：

湿喷混凝土抗冻和早强等添加剂合理的掺量：

高原高寒冻土隧道工程采用喷射混凝土支护的关键问题是低温下强度发展缓慢，为提高其早期强度，重点在外加剂品种及掺量。试验内容主要包括速凝剂、早强剂、防冻剂等混凝土外加剂选择试验，外加剂对喷射混凝土性能的影响，各外加剂相互之间的相融性试验。为提高喷射混凝土与受喷面的粘结强度、减少回弹，进行了聚丙稀纤维(简称PP纤维)喷射混凝土的研究。

速凝剂：

速凝剂是指掺用后能使混凝土迅速凝固的一种外加剂。使用速凝剂的主要目的是使喷射混凝土速凝硬化，减少回弹损失；防止喷射混凝土因重力作用引起脱落，提高它在潮湿或含水岩层中使用的适应性能，以及可适当加大一次喷射厚度和缩短喷射层间的间隔时间；对开挖面进行及时封闭。

根据目前所使用的成品速凝剂试验证明，温度为10～25℃时，对凝结时间影响不大；温度低于10℃时则凝结时间明显延长；在5℃以下一般不宜施工，当温度低于0℃时应停止施工。但在青藏铁路高寒条件下，液体速凝剂能否达到混凝土初、终凝时间要求？如不行，需加热至多高的温度才能满足要求？因此，施工中必须要解决速凝剂在低温下能有效使用的问题。

对上海麦斯特、河南巩义8604、河南宏超越2000、石家庄铁园TY-3B等四个品种的液体速凝剂(以下以速凝剂A、B、C、D分别代表上述各种型号的液体速凝剂)进行了不同温度下的水泥净浆初、终凝时间对比试验，并根据试验结果数据，统计了四种型号液体速凝剂的平均凝结时间、样本标准差、合格样本(因所有速凝剂现场测试的终凝时间均超过规范规定的10分钟，故将合格样本标准定为：初凝在5分钟之内，终凝在15分钟之内)数量与比例(见表1)，据此判断这几种液体速凝剂在凝结时间方面的质量。

表1  液体速凝剂凝结时间对比

试验凝结效果分析：

四种速凝剂的平均初凝时间都在5分钟之内，能够满足混凝土初凝要求。其中以D型号速凝剂初凝时间最短，C型号速凝剂的稳定性最好(以样本标准差作为衡量标准)。平均终凝时间均达不到要求的10分钟，大多在20分钟以内。其中以C型速凝剂平均终凝时间最短，终凝时间基本在15分钟以内。

在青藏线低温条件下，以上四种液体速凝剂的终凝时间均达不到规范要求的10分钟之内终凝，但20分钟以内的终凝时间基本可以满足喷射要求。

通过试验发现：加热液体速凝剂使水泥净浆温度保持在10℃左右时，可以满足初凝5′以内的要求。

在3％-5％的掺量范围内，掺量变化对凝结时间的影响较小。

通过对添加了C和D两种型号液体速凝剂的喷射混凝土进行了喷大板取样，标养28天后进行抗压强度试验，从试验结果分析两种喷射混凝土的平均抗压强度和标准差如下表2。

表2  速凝剂与后期强度

由表6.2可见，D速凝剂对混凝土的后期强度影响较小，但C速凝剂的稳定性较好。两种液体速凝剂的后期强度保持率均能满足C20的设计要求。

结论：在3％-5％的掺量范围内，加热液体速凝剂使水泥净浆温度保持在10℃左右时，可以满足初凝5′以内的要求，C和D两种液体速凝剂性能可满足青藏铁路昆仑山隧道喷射混凝土要求。

防冻剂：

防冻剂是指在规定条件下，能显著降低混凝土相冰点，使混凝土内部液体不结冰或部分冻结，保证水泥的水化作用，并在一定时间内获得预期强度的外加剂。选择与水泥和速凝剂相容性好的防冻剂复合使用，可以改善喷混凝土的工艺性能，提高喷混凝土的早期强度，并能保证在规定时间内获得足够的抗冻临界强度，确保混凝土不受冻害。

现场对HS-I、UNF-B、HZ-6I、SJZ-3四种型号(分别用X、Y、Z、P代表)的防冻剂进行了与喷混凝土强度发展试验、与液体速凝剂适应性试验、工艺试验等。

1、防冻剂与喷混凝土强度发展

试验中对X、Y、Z、P四种防冻剂掺量对喷混凝土强度的发展进行了对比试验，从试验结果分析：在掺加P型防冻剂时，喷混凝土后期强度最高，标养35d的强度为41.9MPa，掺加其它三种防冻剂时，强度基本相近，为33.2MPa左右；掺加四种不同的防冻剂，喷混凝土低温强度均能满足3.5MPa的要求；X型防冻剂掺量最低，为1.2％，Z型防冻剂掺量最高，为7％。

2、与液体速凝剂适应性

将四种型号的防冻剂与C型液体速凝剂进行相融性试验，结果见表3。

表3  防冻剂与液体速凝剂适应性试验

水泥净浆温度	防冻剂	初凝	终凝
				0℃	P	6′30″	＞17′
0℃	X	2′	16′
				10℃	P	5′	19′
10℃	Y	5′	18′
				10℃	X	1′57″	17′

由试验结果分析：防冻剂对终凝时间影响不大，对初凝时间影响较大，其中，添加了X型防冻剂的水泥净浆初凝时间最快，说明该型号的防冻剂与速凝剂的适应性最好。

3、防冻剂工艺性能

根据四种型号防冻剂的混凝土工作性能试验，比较其减水大小和坍落度损失，试验结果图1。

由试验结果分析：X和Y防冻剂具有明显的减水作用，分别掺加了四种防冻剂的混凝土塌落度损失基本接近，在30min内均可控制在10cm之内。

防冻剂选择结论：通过对掺加了X、Y、Z、P四种防冻剂的喷混凝土进行的对比试验结果分析及经济技术比较后，最终选择了X型防冻剂，以后试验以掺加X防冻剂为主。

4、防冻剂掺量

掺了3％C型速凝剂，养护温度为-20℃，分别对掺加1.2％及1.8％X型防冻剂的喷混凝土进行了低温强度试验，根据试验结果，混凝土早期强度有少量发展，防冻剂掺量增加时，对早期强度发展有益。掺量为1.8％时，既可提高喷混凝土的早期强度，又可以使混凝土抗冻能力提高到-15℃～-20℃之间。防冻剂掺量与混凝土低温强度关系见图2，防冻剂掺量与混凝土抗压强度见图3。

在冻土岩石上进行喷射混凝土施工时，为增加喷射混凝土与围岩的粘结强度，防止混凝土早期出现裂纹及降低混凝土回弹量，对喷混凝土中掺加聚丙烯纤维进行试验。

通过喷混凝土中掺加1.8kg/m³聚丙烯纤维的试验分析，聚丙烯纤维喷射混凝土比普通喷射混凝土粘结强度提高12％左右，但聚丙烯纤维掺量对喷混凝土强度有一定影响。

湿喷混凝土配合比设计：

1、设计原则

喷射混凝土的配合比必须满足下列要求：

(1)满足强度及其物理性能的设计要求；

(2)与基材、钢筋等有良好的粘聚性，混凝土密实性高；

(3)4～8h后强度应具有能控制地层变形的能力；

(4)必须能向上喷射到指定的厚度，且回弹损失小；

(5)有良好的耐久性，粉尘少；

(6)施工顺利不发生管塞或喷射面流淌坍落。

2、主要参数选择

(1)胶骨比

水泥与粗骨料之比为胶骨比。由于喷射混凝土要求速凝、早强，并存在28d强度损失及施工作业的特殊性，一般采用普通混凝土强度设计计算公式，并结合经验确定。常用胶骨比为水泥∶骨料在1∶4.0～4.5。水泥用量太小，回弹量大，早期强度增长慢；水泥用量过大，则扬尘大，混凝土收缩增大。每立方米混凝土水泥用量以375～400kg为宜。但在青藏高原多年冻土中进行喷射混凝土施工，水泥用量过少，不满足早期强度要求，特别是难以达到抗冻临界强度的要求。通过大量的室内和现场试验确定胶骨比为水泥∶骨料＝1∶3.4左右，水泥用量在470～500kg/m³之间。

(2)砂率

合理砂率值主要由混凝土拌合物的塌落度及粘聚性、保水性等特征，粗集料的最大粒径，水灰比的要求，并结合强度试验结果来确定。根据普通地区喷射混凝土试验及经验，为减少喷射混凝土回弹，砂率通长常在55％左右，为此试验中对砂率55％和60％进行了对比试验，从试验结果分析，砂率由55％增加到60％对混凝土的和易性影响不大；砂率为55％的喷混凝土与砂率为60％的喷混凝土7D强度与28D强度基本相同，并且在一定范围内增加喷混凝土砂率对减少喷射混凝土回弹有益。

综合分析，确定喷射混凝土砂率为60％。

(3)水灰比和用水量

混凝土强度主要取决于水灰比值，水灰比越小强度越高，反之水灰比越大，强度越低。理论上当水灰比为0.2时，水泥不能获得足够的水分与其水化，硬化后有一部分未水化的水泥质点；当水灰比为0.4时，水泥有适宜的水分与其水化，硬化后形成致密的水泥石结构；当水灰比为0.6时，过量多余的水蒸发后，在水泥石中形成毛细孔；当水灰比适宜时，喷射混凝土表面平整，呈水亮光泽，粉尘和回弹均较少。

根据试配强度、耐久性、抗冻性及抗渗性等试验结果分析，确定喷射混凝土水灰比为0.47左右。

3、配合比确定

根据所确定的基本参数，采用正交设计初步配合比，再对凝结时间、强度、耐久性等指标进行试验确定其配合比如下：

(1)C(水泥)∶S(砂)∶G(石)∶A(复合防冻剂)∶C‘(速凝剂)＝1∶2.01∶1.34∶0.018∶0.04，W/C＝0.42

(2)C∶S∶G∶A∶C‘＝1∶2.01∶1.34∶0.018∶0.04，W/C＝0.47，聚丙烯纤维网掺量为1.8kg/m³。喷射工艺系统合理温度

青藏线隧道施工的难点是负温问题。在负温环境条件下，混凝土会冻结，和易性(主要指流动性)很差，无法进行喷射；同时，负温导致液体速凝剂结晶无法泵送，同时液体速凝剂在低温条件下初终凝时间达不到混凝土早期强度的要求。为保证拌合后的混凝土能够顺利喷射，需要解决以下工艺问题：要求混凝土拌合物进入湿喷机料斗时的最低温度(以下简称入机温度是多少？混凝土运输时间、方式与混凝土温度的关系？混凝土材料温度与拌合物温度的关系以及采用的加温方式。

湿喷机要求混凝土拌合物具有一定的流动性，其最佳坍落度范围在8～12cm之间，根据经验要求混凝土拌合物入机温度≥10℃。因此，在严寒地区冬季混凝土施工时，对混凝土拌合物的温度有一定的要求，必须对混凝土材料采取保温和加温措施。

根据青藏线喷射现场与搅拌场地的距离，混凝土运输时间预计在60分钟之内。图4、图5为在-6～-9℃寒冷条件下，混凝土运输方式与混凝土温度、坍落度变化关系。

根据喷射工艺试验结果分析可知：

1、当混凝土放置在密闭容器中(模拟罐车运输)时，混凝土温度下降速度最慢，坍落度损失速度也最低；放置在铁板上时，混凝土温度下降速度最快，同时坍落度损失也最大。

2、当外界环境温度在-9℃左右时，混凝土拌合物出料温度在20℃左右时，只要采取适当的混凝土运输方式，比如罐车(与密闭容器近似)时，经过60分钟的运输时间，混凝土拌合物的温度损失能控制在10℃以内，从而保证混凝土拌合物入机温度在10℃以上，坍落度损失约8cm。

3、在实际工程施工中，一般搅拌站位置距洞口距离很近，因此混凝土在洞外严寒条件下的运距很近、时间很短；而隧洞内通过采取保温措施使洞内温度保持在0℃以上，因此，实际施工中混凝土拌合物温度的降低速度与坍落度损失速度比试验时更缓慢。

4、原材料控制温度

由于青藏线气候寒冷，即使是在暖季施工，洞内气温均在0℃左右，要保证喷射混凝土质量，就必须保证混凝土到达喷射机后有一定的温度，但过高的温度又可能引起冻土融化。混凝土拌合物温度与原材料中的水温和环境温度呈正相关，且相关性很强，与粗骨料、水泥等相关性较弱。因此，喷射混凝土拌合物的温度必须严格控制，要求暖季施工出机温度在10℃左右，而寒季施工，出机温度应控制在13～17℃。

暖季施工，砂、石料不需加温，水温用锅炉加热到35℃既可，速凝剂加热到40℃，防冻剂和水泥保证正温使用，以确保拌合物到达喷射机的温度≥10℃。

寒剂施工，砂、石料加热温度控制在16～30℃范围，水加热温度控制在50～70℃范围内，速凝剂加热到45℃，以确保拌合物到达喷射机后的温度≥10℃。

5、湿喷机设备要求

针对高原高寒冻土隧道湿喷混凝土工艺要求，需要对液体速凝剂进行加温。湿喷机设计时在速凝剂箱内增加了电加温设施，使液体速凝剂保持在20℃以上，保证速凝剂不结冰，同时保证喷射混凝土有良好的凝结效果。

喷射混凝土力学性能试验：

在实际喷射试验中，采取了喷射大板、喷层钻芯等多种取样方式，对湿喷混凝土的抗压强度、粘结强度、抗冻融性等力学性能进行了试验。

1、抗压强度试验

2001年12月22日进行了湿喷混凝土大板取样，所采用的配合比为水泥∶砂∶石子∶水灰比(以下相同)＝1∶2.01∶1.34∶0.47，速凝剂用的C型号的，掺量为3.50％，防冻剂为X型，掺量为1.20％。现场喷射大板取样后，将大板放在洞口自然养护后再切割成100×100×100(mm)的试件，在3、7、28天对其各龄期抗压强度进行试验，混凝土平均抗压强度25.73MPa。混凝土配合比为1∶2.01∶1.34∶0.42，采用D型速凝剂，掺量为4％，采用X型防冻剂，掺量为1.8％，进行喷射大板、钻芯两种方式，并在洞口自然条件下(温度变化范围为-10℃～10℃)养护。每种混凝土各进行了三十余组试件的强度测试试验，计算其平均抗压强度和标准差，见表4。

表4  喷射混凝土抗压强度试验  单位：MPa

由表4可见，一般钻芯取样强度略低于大板取样强度；聚丙烯纤维对混凝土抗压强度没有增强作用，相反，加入聚丙烯纤维后的混凝土抗压强度有少量下降，但仍能满足C20混凝土要求，且纤维混凝土无论采用何种取样方式，其抗压强度值相差很小，即标准差较小，说明纤维混凝土抗压强度值波动较小，质量更为稳定。

2、强度发展试验

对不同养护条件下，进行普通喷射混凝土和纤维喷射混凝土强度发展试验，结果如下表5，不同养护条件下强度发展趋势如图6。

表5  各种温度下强度发展

从表5和图6试验结果分析，喷射混凝土在5～-20℃温度范围的养护条件下，3天内混凝土抗压强度均能达到最低抗冻临界强度；混凝土后期强度与养护温度呈正相关，即养护温度越低，后期强度越低；混凝土强度发展趋势与养护温度呈正相关，即养护温度越高，强度发展越快。从普通喷射混凝土与纤维喷射混凝土对比看，纤维对混凝土强度发展没有促进作用，反而有少量降低作用，但纤维喷射混凝土仍然能够满足C20喷射混凝土强度要求。

3、粘结强度

喷射混凝土与岩面的粘结强度是湿喷混凝土施工能否成功的关键所在，为了测试喷射混凝土与岩面的粘接强度，共进行了普通喷混凝土和纤维喷混凝土各二十组粘结强度试验，喷射混凝土粘结强度如表6。

表6  喷混凝土粘结强度

平均粘结强度(MPa)	样本标准偏差(MPa)	纤维掺量
			1.54	0.24	0
1.72	0.26	0.33％

粘结强度试验结果表明：在高寒冻土隧道施工中，采用喷射混凝土支护时，喷混凝土与岩面的粘结强度能够达到设计要求。与普通混凝土相比，纤维喷混凝土与受喷面的粘结强度要高12％，说明纤维确实能够起到增强混凝土与受喷面的粘结强度的作用。

4、耐久性

混凝土的耐久性指标是喷射混凝土的一项非常重要的力学性能要求，尤其是在高寒冻土隧道中的喷混凝土，最重要的耐久性指标就是混凝土的抗冻融能力。通过喷射混凝土大板、现场养护、切割成100×100×100mm的试件，分别进行普通喷混凝土和纤维喷混凝土的100次、200次、300次冻融试验。试验结果见表7。

表7  喷混凝土冻融试验

注：编号中SD指普通喷混凝土，XD指纤维喷混凝土

SD0和XD0表示混凝土中未掺防冻剂

重量变化率正数指重量减轻，负数指重量增加

由冻融试验结果分析，可得出以下结论：

(1)试验所用的防冻剂能大幅度地提高喷混凝土的抗冻性能，经300次冻融试验后强度保持率和重量变化率均能达到规范要求；

(2)纤维喷混凝土的抗冻性能与普通喷混凝土的抗冻性能相比略有降低；

(3)经过300次冻融试验后，增加了防冻剂的喷混凝土强度和重量损失率均在规范规定范围内(强度损失率＜25％，重量变化率＜5％)，能够满足混凝土冻融性能的要求。

高原高寒冻土隧道喷射混凝土施工细则：

青藏线高寒冻土隧道(以昆仑山隧道和风火山隧道为代表)，海拔高程多在4500～4900m之间，低含氧、低气温、低气压及大风速、强辐射等恶劣的自然条件和多年冻土环境，使得隧道施工面临全新的挑战。为解决喷射混凝土在高寒隧道的工艺适应性，确保早期强度的增长及后期强度能够满足设计要求，特制定高原高寒冻土隧道喷射混凝土施工细则。

(1)施工总则

1)湿喷混凝土的原材料、外加剂及外掺料必须是符合建材标准的合格产品；

2)湿喷混凝土原材料必须有加热设施，拌制必须按设计配合比严格控制，拌制完成的成品砼必须保证其施工时的温度和坍落度；

3)湿喷机具及配套机械必须为高原型产品，建议采用TK系列湿喷机、强制式搅拌机及混凝土输送罐车。机械必须由专人负责操作和清洗保养。采用搅拌站-罐车-湿喷机流水线配套作业，充分体现以人为本的理念；

4)湿喷混凝土施工必须进行严格的工艺和质量控制。

(2)原材料选择

原材料选择首先考虑的是性能优良，能满足强度要求和相容性要求的原材料，其次考虑材料的成本，力争选用质优价廉的产品。

1)水泥选用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，选用的品种必须与外加剂有较好的相容性，在青藏线隧道喷射混凝土宜采用祈连山牌32.5级普通硅酸盐水泥；

2)粗骨料选用坚硬耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm，级配良好。要求含泥量不大于1％，不含冰、雪，符合喷射混凝土用骨料的技术要求；

3)细骨料选用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5，含泥量不得大于3％，级配良好，不含冰雪及铁器、玻璃等杂物，符合喷射混凝土用砂的技术要求；

4)水选用能饮用的自来水及洁净的天然水，不得使用污水、pH＜4的酸性水、含硫磺盐量超过1％的水；

5)液体速凝剂选用加热(20～40℃)后(环境温度在0～5℃)能满足初凝在5min内，终凝在20min内(终凝在15min内为佳)的合格产品；

6)防冻剂选用与水泥和液体速凝剂相容性较好的复合型防冻剂(具有防冻、减水、引气、早强功能)；

7)为降低喷射混凝土回弹以及控制收缩裂纹，可在混凝土中掺加聚丙烯纤维网。

(3)原材料加热设施

由于外界环境气温常年多在0～-40℃之间，原材料堆放点及拌合机械必须布置在密闭大棚内(棚内温度多在0℃左右)。大棚内最里边布置具有加热措施的炕床(上面分开堆放砂、石料)；大棚靠外端布置拌合机械，大棚中间堆放水泥、外加剂，这样便于装载机上砂石料；拌合机旁边布置对水加热的高温锅炉。

原材料的加热充分考虑操作可行及成本较低为原则，兼顾运输距离、待料时间造成的温度损失等诸多因素。在青藏线冬季施工时建议在大棚内对砂石料加热为0～5℃，水加热至50～70℃；夏季施工时建议砂石料存放在大棚内(不冻结)即可，只对水加热(30～35℃)。

(4)配合比

普通湿喷混凝土配合比建议为：C∶S∶G∶A∶C‘＝1∶2.01∶1.34∶0.018∶0.04，

水泥∶砂∶石∶水∶复合防冻剂∶液体速凝剂＝480∶965∶643∶202∶8.64∶19.2

湿喷聚丙烯纤维混凝土配合比建议为：

水泥∶砂∶石∶水∶复合防冻剂∶液体速凝剂∶聚丙烯纤维＝470∶945∶630∶221∶8.46∶18.8∶1.5

(5)拌制工艺

1)湿喷混凝土在拌制时应控制原材料的温度，宜采用强制搅拌机，搅拌时间较内地延长50％(不少于90s)；

2)夏季施工时只需对拌合水加热，投料顺序与内地相同，拌合料出搅拌机温度应控制在15℃以上，考虑输送距离的远近和待料时间(一般不超过1h)，混凝土出机坍落度控制在160～170mm之间；

3)冬季施工时除需对拌合水加热至50～70℃外，尚需对砂、石料进行加热，投料顺序为先投入砂、石、水拌合1min后再投入水泥、外掺料、外加剂进行拌合，拌合料出机温度在15℃以上，考虑输送距离的远近和待料时间(一般不超过1h)，混凝土出机坍落度控制在160～170mm之间。

(6)施工工艺

1)湿喷工艺在高原隧道应充分考虑以人为本，最好组成搅拌站-输料罐车-湿喷机流水作业线；

2)喷射混凝土相关设备如拌合机、湿喷机、空压机、运料罐车等必须是高原型产品，其在青藏线隧道施工中其实际功率及相关参数必须满足内地喷射混凝土所需要求；

4)喷射作业前的作业现场清理及准备：

①拆除作业面障碍物、撬落危石、准备好作业台架，用风清除岩面所有的松散物质；

②埋设控制喷射混凝土厚度的标志；

③作业区有良好的通风和足够的照明装置。

5)喷射混凝土施工工艺要点

①拌合站必须严格按配合比拌料，严格控制拌合料出机温度，用密闭容器运料(以运输罐车为佳)，保证输送及时，随搅随用；严格控制喷射混凝土在进入喷射机之前温度在10℃以上，坍落度在9～13cm为最佳。

②湿喷机司机应熟练掌握湿喷机的操作要领，提前打开速凝剂加热装置待速凝剂加热到20～40℃时，一切准备就绪且系统风压在0.5MPa以上方可开机。工作中既要严格掌握料斗内混凝土的温度及坍落度情况，根据喷嘴出料情况和喷射手的反馈信息调整工作风压和液体速凝剂掺量；又要随时检查液体速凝剂的数量及温度，随时添加速凝剂及控制加热装置开闭。

③喷射手要求注意喷射距离和喷射角度(距离1～2m，角度70～90°)；要求注意一次喷层厚度(TK系列湿喷机边墙可达10cm以上，拱部可达7cm以上)；要求根据出料情况随时反馈让湿喷机司机调节工作风压和液体速凝剂添加比例，提高喷射混凝土质量和减少回弹、降低速凝剂用量；要求注意喷射总厚度符合埋设的厚度标志，且表面平整。

④转料放料人员根据湿喷机料斗内存料的情况适当控制罐车出料速度，使料斗拌合料保持在刚好装满筛网为宜，并随时用红外线温度仪检测放到料斗内混凝土的温度及估计坍落度，并通报湿喷机司机以便随时调整工作风压和液体速凝剂掺量，且在温度不满足要求时停止喷射作业。

⑤清洗保养人员必须保证在每次施工后彻底清洗湿喷机及相关混凝土设备，在作业间隙维修保养好相关设备，以备下一循环正常使用。

(7)检查

1)喷射作业要求保证喷射混凝土的质量和降低材料的消耗，要求在施工过程中进行自检和抽检；严格控制液体速凝剂的掺量及温度，严格控制进入湿喷机料斗内混凝土的温度及坍落度是保证喷层质量的关键。

2)自检由喷射工班和值班领工员负责，负责降低材料消耗和保证施工质量，具体指标为：喷射表面平整；喷射厚度满足要求；回弹边墙控制在5～10％，拱部控制在10～20％；液体速凝剂的温度在20～40℃之间，掺量控制在5％以内；混凝土严格按配合比配制，拌合料进入料斗温度在10℃以上，坍落度在9～13cm之间；湿喷作业的系统风压保证0.5MPa以上，风量满足10m³/min以上，高压风中不应含有冷凝水和油类(空压机润滑油)物质，保证喷射混凝土的正常施工和混凝土的正常快速凝结。

3)抽检由试验员或技术人员负责，负责混凝土的原材料检验、配合比核实、原材料加热温度、拌制工艺和施工工艺参数的控制，喷层的厚度及强度检验等。强度检验每喷射50～100m³抽取喷射大板试件一组或喷射无底试模一组，测定28天强度，检查能否达到设计标准。根据抽样的强度数据在一定时间内计算喷射混凝土的平均强度、标准差和离散系数，绘制质量控制图，全面控制喷射混凝土的质量。

Claims (1)

1、一种青藏铁路多年冻土隧道支护方法，其特征在于包括以下操作步骤：

在冻土岩石上进行喷射混凝土施工时，向喷混凝土中掺加1.8kg/m³聚丙烯纤维，防冻剂掺量为1.8％，在3％-5％的掺量范围内，加热液体速凝剂使水泥净浆温度保持在10℃，水泥∶骨料＝1∶3.4，水泥用量在470～500kg/m³之间，喷射混凝土砂率为60％，喷射混凝土水灰比为0.47，湿喷聚丙烯纤维混凝土配合比为：水泥∶砂∶石∶水∶复合防冻剂∶液体速凝剂∶聚丙烯纤维＝470∶945∶630∶221∶8.46∶18.8∶1.5，喷射混凝土拌合物的温度暖季施工出机温度为10℃，寒季施工出机温度控制在13～17℃，暖季施工，砂、石料不需加温，水温用锅炉加热到35℃，速凝剂加热到40℃，防冻剂和水泥保证正常温度使用，以确保拌合物到达喷射机的温度≥10℃，寒剂施工，砂、石料加热温度控制在16～30℃范围，水加热温度控制在50～70℃范围内，速凝剂加热到45℃，以确保拌合物到达喷射机后的温度≥10℃。

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