CN110578535B - 应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法，属于隧道施工技术领域，包括以下步骤：在岩面预先安装弧形钢拱架并用高压风枪清理岩面；砂浆润管并将砂浆喷射至岩面处；混凝土塌落度试验；分区并采用曲线路径顺序完成岩面混凝土的喷射：拱顶→上台阶左拱肩→上台阶左拱脚→拱顶→上台阶右拱肩→上台阶右拱脚→拱顶→上台阶左拱肩→下台阶左拱脚→拱顶→上台阶右拱肩→下台阶右拱脚，使拱顶与拱脚施工流水进行，工序衔接紧密，提高了施工工效与进度；不同区域混凝土内的速凝剂掺量自下而上逐渐增大，保障了喷射混凝土回弹率，提高了材料利用率，降低施工成本。本发明采用湿喷机进行操作，无需添加其他设配及材料，施工人员操作简单方便。

Description

应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法。

背景技术

软弱围岩是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，软弱围岩的特点有岩体破碎松散、粘结力差，围岩强度低、遇水易软化，岩体结构面软弱、易滑塌。隧道在施工过程中，对于以Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩及Ⅴ级围岩为主的情况，围岩与支护共同承担山体压力，因此隧道的初期支护质量要求较高。但是，目前该类隧道围岩的初期支护在施工初期项目采用传统湿喷机操作方法，出现工序耗时长（＞12h）、回弹率高等问题，并存在表面不平整、喷射混凝土厚度不足，强度达不到设计要求等质量通病。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法，旨在解决上述现有技术中隧道围岩的初期支护采用传统湿喷机操作存在工序耗时长、回弹率高、表面不平整、喷射混凝土厚度不足及强度达不到设计要求等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法，包括以下步骤：

（一）准备工作；在岩面预先安装多排并列设置的弧形钢拱架，检查湿喷机，并用高压风枪对爆破后的岩面进行清理；

（二）砂浆润管：湿喷机预先用同标号砂浆进行润管，不仅对管段进行润滑，同时将砂浆喷射至岩面处；

（三）混凝土塌落度试验；

（四）分区喷射混凝土：将隧道岩面划分为七部分：上台阶左拱脚、上台阶右拱脚、上台阶左拱肩、上台阶右拱肩、拱顶、下台阶左拱脚和下台阶右拱脚；

预先在隧道岩面上喷射10-20mm 厚同配比砂浆；每排钢拱架按照以下喷射顺序喷射混凝土：

拱顶→上台阶左拱肩→上台阶左拱脚→拱顶→上台阶右拱肩→上台阶右拱脚→拱顶→上台阶左拱肩→下台阶左拱脚→拱顶→上台阶右拱肩→下台阶右拱脚，每层混凝土喷射厚度控制在50-70mm；重复进行上述操作，直到喷射完成，最后表面找平；

相邻两排钢拱架间喷射顺序采用曲线路径，多排钢拱架喷射首尾相连，顺序完成岩面混凝土的喷射；

所述上台阶左拱脚、上台阶右拱脚、下台阶左拱脚和下台阶右拱脚区域喷射混凝土的速凝剂掺量为3-6%；所述上台阶左拱肩和上台阶右拱肩区域喷射混凝土的速凝剂掺量为6-8%；所述拱顶区域喷射混凝土的速凝剂掺量为8-10%。

优选的，喷射混凝土过程中，喷射风压控制在 0.6-0.8MPa之间，喷射角度在75-105°之间。

优选的，所述拱顶区域混凝土喷射采用来回扫喷方式。

优选的，所述湿喷机的喷嘴口距离岩面的喷射距离为 0.8-1.5m。

优选的，相邻层喷射间隔时间控制在 10-15min。

优选的，在混凝土喷射完成后，铲除钢拱架上粘结的混凝土。

优选的，在湿喷机的喷嘴处安装铲锹，用于铲除上台阶左拱肩、上台阶右拱肩及拱顶处钢拱架上粘结的混凝土；所述上台阶左拱脚、上台阶右拱脚、下台阶左拱脚及下台阶右拱脚处钢拱架上粘结的混凝土由人工使用地板铲进行清理。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过高压风枪对爆破后的岩面进行清理后，湿喷机预先用同标号砂浆进行润管并将砂浆喷射至岩面处，对隧道岩面进行七部分区喷射混凝土，使拱顶与拱脚施工流水进行，工序衔接紧密，提高了施工工效与进度；不同区域混凝土内的速凝剂掺量自下而上逐渐增大，保障了喷射混凝土回弹率，提高了材料利用率，降低施工成本。本发明采用湿喷机进行操作，无需添加其他设配及材料，施工人员操作简单方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例中提供的隧道岩面断面区域划分示意图；

图2是本发明实施例中湿喷机的喷射距离控制图；

图3是本发明实施例中湿喷机的喷射路径示意图（箭头表示喷射顺序）；

图4是本发明实施例中单排钢拱架在岩面上的布置示意图；

图5是本发明的工艺流程图；

图6是本发明中混凝土喷射顺序示意图；

图7是本发明中混凝土喷射过程中风切变力对混凝土回弹率影响示意图；

图中：1-钢拱架；2-岩面，21-上台阶左拱脚，22-上台阶右拱脚，23-上台阶左拱肩，24-上台阶右拱肩，25-拱顶，26-下台阶左拱脚，27-下台阶右拱脚；3-喷嘴口；4-掌子面；5-已完初支面；6-岩体。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法，工艺流程如图5所示，包括以下具体步骤：

（一）准备工作：在岩面预先安装多排并列设置的弧形钢拱架1，如图4所示；检查湿喷机：湿喷机台车到现场后，在平稳位置支好前后支腿，接好外接电源、风管、水管后，开始试运转调试，通过操作控制器伸展喷射臂，同时启动空压机、设置速凝剂掺量，试运转完成后安装喷浆头。

并用高压风枪对爆破后的岩面2进行清理，确保岩面无残渣，避免喷射混凝土粘至残渣部位后掉落，导致增大混凝土回填率、增加材料消耗。

（二）砂浆润管：湿喷机预先用同标号砂浆进行润管，不仅对管段进行润滑，同时将砂浆喷射至岩面2处，避免因混凝土直接与岩面接触而导致碎石无法粘结的现象。润管时泵送排量控制在15m³/小时，速凝剂掺量调制10%。

（三）混凝土塌落度试验；喷射用混凝土采用良好流动性、浆体包裹性好，塌落度在180mm左右的混凝土。

（四）分区喷射混凝土：将隧道岩面2划分为七部分：上台阶左拱脚21、上台阶右拱脚22、上台阶左拱肩23、上台阶右拱肩24、拱顶25、下台阶左拱脚26和下台阶右拱脚27，如图1所示。喷射混凝土控制应保证喷射效果同时满足良好流动性、浆体包裹性，减少堵泵风险，具体控制指标如下：

1、混凝土坍落度建议控制在 180-220mm，无离析泌水现象，粘聚性好。

2、塌落度1.5h内基本无损失，等料间隔时间不宜大于1.5h。

3、严禁现场加水，罐车装混凝土前应排尽残留水。

为降低喷射工回弹率，缩短喷射工序耗时，采用“七部分区喷射、分区控制速凝剂参量、分区控制喷射流速方量” ，在混凝土状态良好情况下可提高一次喷射厚度 50-70mm，即单点喷射停留时间 3-5s。

（1）每排钢拱架1按照以下喷射顺序喷射混凝土：

拱顶25→上台阶左拱肩23→上台阶左拱脚21→拱顶25→上台阶右拱肩24→上台阶右拱脚22→拱顶25→上台阶左拱肩23→下台阶左拱脚26→拱顶25→上台阶右拱肩24→下台阶右拱脚27，每层混凝土喷射厚度控制在50-70mm；重复进行上述操作，直到喷射完成，最后表面找平。喷射顺序如图6所示。

如图3所示，相邻两排钢拱架1间喷射顺序采用曲线路径，多排钢拱架1喷射首尾相连，顺序完成岩面2上混凝土的喷射。其中，在拱顶25区域混凝土喷射采用来回扫喷方式以控制回弹量。

（2）喷射过程中分区控制速凝剂参量：上台阶左拱脚21、上台阶右拱脚22、下台阶左拱脚26和下台阶右拱脚27区域喷射混凝土的速凝剂掺量为3-6%；所述上台阶左拱肩23和上台阶右拱肩24区域喷射混凝土的速凝剂掺量为6-8%；所述拱顶25区域喷射混凝土的速凝剂掺量为8-10%。

（3）喷射风压及角度：喷射混凝土过程中，喷射风压控制在 0.6-0.8MPa之间，喷射角度在75-105°之间。风切变力对混凝土回弹率影响见图7所示。

（4）喷射间隔时间：相邻层喷射间隔时间建议控制在 10-15min。

（5）喷射距离：湿喷机的喷嘴口3距离岩面的喷射距离为 0.8-1.5m，喷射距离对回弹率影响的示意图见图2。

注意：在开始湿喷前先从下至上预先在隧道岩面2上喷射10-20mm 厚同配比砂浆增加基体粗糙度，改善粘结效果，防止岩爆与落石。首先在拱顶部位预先喷射同配比砂浆增加基体粗糙度，改善粘结效果；先喷射拱顶位置，喷射角度及喷射流速控制在合理施工范围内，降低混凝土回填率，每次喷射厚度控制在5cm左右，保证混凝土的自身重力小于混凝土的粘接力，然后每隔10-15min，当上一次拱顶部位混凝土具有强度后，进行下一次喷射，确保拱顶混凝土不掉落，每次拱顶喷射后可进行下台阶拱脚及上台阶拱脚及拱肩喷射堆积，形成流水施工，提高工效。

（6）铲除钢拱架上混凝土：在混凝土喷射完成后，铲除钢拱架1上粘结的混凝土。喷射过程中需将高出工字钢的混凝土铲除，确保喷射面平整。

具体操作时，在湿喷机的喷嘴处安装铲锹，在每车料喷完后及时清理铲除上台阶左拱肩、上台阶右拱肩及拱顶处钢拱架上粘结的混凝土；同时上台阶左拱脚、上台阶右拱脚、下台阶左拱脚及下台阶右拱脚处钢拱架上粘结的混凝土由人工使用地板铲进行清理。其中，地板铲后加装3m长铝合金管，方便操作。

综上所述，本发明采用“七部分区喷射、分区控制速凝剂参量、分区控制喷射流速方量”的方法，具有操作简便、工期短、安全风险低、施工成本低等特点。通过对初期支护湿喷机械手喷射混凝土进行质量控制，有效的保障了隧道初支喷射混凝土的施工质量，提高了材料利用率，缩短了工期，有效的减少施工过程中的不利影响，具有良好的经济效益与社会效益。

在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (3)

1.一种应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法，其特征在于，包括以下步骤：

（一）准备工作；在岩面预先安装多排并列设置的弧形钢拱架，检查湿喷机，并用高压风枪对爆破后的岩面进行清理；

（二）砂浆润管：湿喷机预先用同标号砂浆进行润管，不仅对管段进行润滑，同时将砂浆喷射至岩面处；润管时泵送排量控制在15m³/小时，速凝剂掺量调制10%；

（三）混凝土塌落度试验；

（四）分区喷射混凝土：将隧道岩面划分为七部分：上台阶左拱脚、上台阶右拱脚、上台阶左拱肩、上台阶右拱肩、拱顶、下台阶左拱脚和下台阶右拱脚；

预先在隧道岩面上喷射10-20mm 厚同配比砂浆；每排钢拱架按照以下喷射顺序喷射混凝土：

拱顶→上台阶左拱肩→上台阶左拱脚→拱顶→上台阶右拱肩→上台阶右拱脚→拱顶→上台阶左拱肩→下台阶左拱脚→拱顶→上台阶右拱肩→下台阶右拱脚，每层混凝土喷射厚度控制在50-70mm；重复进行上述操作，直到喷射完成，最后表面找平；

相邻两排钢拱架间喷射顺序采用曲线路径，多排钢拱架喷射首尾相连，顺序完成岩面混凝土的喷射；

所述上台阶左拱脚、上台阶右拱脚、下台阶左拱脚和下台阶右拱脚区域喷射混凝土的速凝剂掺量为3-6%；所述上台阶左拱肩和上台阶右拱肩区域喷射混凝土的速凝剂掺量为6-8%；所述拱顶区域喷射混凝土的速凝剂掺量为8-10%；

喷射混凝土过程中，喷射风压控制在 0.6-0.8MPa之间，喷射角度在75-105°之间；

所述拱顶区域混凝土喷射采用来回扫喷方式；

所述湿喷机的喷嘴口距离岩面的喷射距离为 0.8-1.5m；

在混凝土喷射完成后，铲除钢拱架上粘结的混凝土；在湿喷机的喷嘴处安装铲锹，用于铲除上台阶左拱肩、上台阶右拱肩及拱顶处钢拱架上粘结的混凝土；所述上台阶左拱脚、上台阶右拱脚、下台阶左拱脚及下台阶右拱脚处钢拱架上粘结的混凝土由人工使用地板铲进行清理。

2.根据权利要求1所述的应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法，其特征在于：相邻层喷射间隔时间控制在 10-15min。

3.根据权利要求1所述的应用于软弱围岩隧道的初期支护混凝土湿喷方法，其特征在于：在混凝土喷射完成后，铲除钢拱架上粘结的混凝土。

Images