CN110966022B - 一种基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铁路隧道衬砌施工技术领域，公开了一种基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法，所述基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法具体包括：首先明确中高流动性混凝土的工作性能要求；然后提出原材料的性能要求；接下来提出拌和站设备设施的要求；接着对混凝土的运输提出要求；最后是混凝土的浇筑、振捣、养护环节要求。本发明基于所述基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法能够有效解决现有技术中因泵送混凝土可泵性差、振捣不密实、混凝土离散性差、强度波动性大、内部钢筋疏密和模板工作窗制约导致的技术缺陷。

Description

一种基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法

技术领域

本发明属于铁路隧道衬砌施工技术领域，尤其涉及一种基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：隧道衬砌工程常常因衬砌台车装备和施工工艺的原因，导致混凝土施工时难以像浇筑其它构件/部位一样，对混凝土进行充分有效的振捣，混凝土是否将模板完全填充，也主要取决于操作人员的经验判断，因此出现了泵送混凝土可泵性差、振捣不密实、混凝土离散性差、强度波动性大、内部钢筋疏密、模板工作窗制约等因素，混凝土很难达到要求的密实度。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有隧道衬砌施工技术泵送混凝土可泵性差、振捣不密实、混凝土离散性差、强度波动性大、内部钢筋疏密、模板工作窗制约，无法满足现场施工的要求。

解决上述技术问题的难度：中高流动性混凝土的工作性能的要求设置必须科学合理，使之能与施工方法相适应；混凝土原材料性能的要求设置必须科学合理，使之能够配制出中高流动性混凝土；混凝土原材料的仓储能力必须科学合理，同时满足经济性和适用性；混凝土运输过程必须根据混凝土的特性进行科学规划，以保证混凝土的质量；混凝土的布料、浇筑、振捣、养护等环节的要求是保证混凝土密实度的关键，必须准确提出。

解决上述技术问题的意义：通过对施工各个环节的创新和改进，有效的改善了铁路隧道衬砌混凝土的实体质量，大幅度减少了隧道工程长期存在的衬砌空洞、不密实等问题，对后期铁路运营提供了进一步的安全保障，避免或减少了铁路运营期为进行缺陷整治，所付出的高昂投入。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法。

本发明是这样实现的，一种基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法，所述基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法包括以下步骤：

步骤一，隧道衬砌拱顶、钢筋混凝土衬砌段、附属洞室混凝土填充部位采用中高流动性混凝土，混凝土入泵工作性能应符合坍落度、扩展度、扩展时间的要求；

步骤二，水泥选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，机制砂、混合砂通过公称直径为0.30mm筛孔的颗粒含量不少于15％；封顶混凝土粗骨料最大公称粒径不大于25mm；

步骤三，施工现场集中拌和站每台搅拌机宜配置4个及以上容量不小于200t的水泥罐，每种掺合料配2个储存罐；

步骤四，混凝土运输应控制拌和物从搅拌机卸出至浇筑完毕的最大延续时间，延续时间内混凝土坍落度损失不得大于30mm；

步骤五，混凝土开始浇筑、封顶前以及浇筑过程中每50m³混凝土应在浇筑地点对混凝土拌和物的坍落度、扩展度、扩展时间、含气量进行测定。

进一步，所述步骤一中包括：检验项目坍落度，指标参数160mm～200mm，施工部位是边墙及拱腰；指标参数180mm～220mm，施工部位是拱顶；

检验项目扩展度，指标参数≥450mm，施工部位是边墙及拱腰；指标参数≥500mm，施工部位是拱顶；

检验项目扩展时间，指标参数2s～8s，施工部位是拱顶。

进一步，所述步骤二中细骨料选用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中、粗河砂，也可选用专业机组生产的机制砂、混合砂；

所述步骤二中每批外加剂进场时，选择有代表性的配合比试拌混凝土，混凝土的工作性能符合配合比设计要求。

进一步，所述步骤三中搅拌站设置专门的骨料储存区，规划不少于10个独立骨料仓，储存5～7d最大日需求量的原材料。

进一步，所述步骤三中设置封闭的砂、石料仓，碎石均按三级配配置料仓，三级配5～31.5mm分为5～10mm、10～20mm和16～31.5mm三级；每种规格的砂石料仓，应按已检、待检分开标识，料仓基座应设置3～5％的流水坡。

进一步，所述步骤四中泵送混凝土的泵压不得小于8MPa，混凝土泵的输送能力不得小于60m³/h。

进一步，所述步骤四中衬砌混凝土浇筑应采用带压浇筑封闭管路方式，通过自动对接封闭管路控制混凝土实现自下而上、前后左右对称分层浇筑、边浇筑边振捣；拱墙衬砌混凝土应采用自动振捣工艺，拱部选用高频气动振动器，边墙宜采用自动放卷高频插入振捣器；衬砌混凝土脱模后应采用自动喷雾养护、自动喷淋养护工艺进行养护，养护时间不得少于14d，当环境温度低于5℃时不得浇水养护。

进一步，所述步骤四中的混凝土从搅拌机卸出至浇筑完毕的延续时间为：气温≤25℃，延续时间120min；气温＞25℃，延续时间90min。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法在铁路隧道衬砌施工中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法在建筑施工中的应用。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法的验证，在铁路某隧道项目衬砌C35混凝土施作27组衬砌验证试验，按每组长12m统计，采用HBT-60型混凝土输送泵(60m3/h)，通过对比，在混凝土强度方面，同为C35段落的混凝土，中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法施做的混凝土强度平均值为43.1MPa，普通施工方法施做的混凝土强度平均值为38.5MPa，中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法的强度较普通提高11.9％；在质量缺陷方面，按百分比计算，中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法相比普通施工方法施做的二次衬砌，厚度不足减少了83.33％，不密实减少了88.89％(见表2～表4)。由此可见，基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法可显著提高衬砌混凝土的密实度和强度，减少衬砌的不密实等缺陷，具有匀质性好，强度高等优点。本发明能够解决现有技术中因泵送混凝土可泵性差、振捣不密实、混凝土离散性差、强度波动性大、内部钢筋疏密、模板工作窗制约导致的技术缺陷，满足工程要求工作性能和工作度，同时能够兼顾施工现场的可操作性和适宜性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法流程图。

图2是中高流动性混凝土配合比设计、施工流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的技术方案作详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法具体包括：

S101，明确混凝土性能要求：隧道衬砌拱顶、钢筋混凝土衬砌段、附属洞室等混凝土填充困难的部位应采用中高流动性混凝土，混凝土入泵工作性能应符合坍落度、扩展度、扩展时间(仅限拱顶)的要求；

S102，水泥宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜使用早强水泥和3d强度大于30MPa的水泥。细骨料宜选用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中、粗河砂，也可选用专业机组生产的机制砂、混合砂，不得使用海砂。机制砂、混合砂的质量标准应符合现行有关标准规定，且通过公称直径为0.30mm筛孔的颗粒含量不宜少于15％。粗骨料的最大粒径根据不同施工部位确定。封顶混凝土粗骨料最大公称粒径不宜大于25mm。每批外加剂进场时，应选择有代表性的配合比试拌混凝土，混凝土的工作性能(坍落度、扩展度、扩展时间、含气量等)应符合配合比设计要求；

S103，考虑水泥的待检时间、材料供应不及时、降温等因素，施工现场集中拌和站每台搅拌机宜配置4个及以上容量不小于200t的水泥罐，每种掺合料配2个储存罐。搅拌站应设置专门的骨料储存区，宜规划不少于10个独立骨料仓，应储存5～7d最大日需求量的原材料。应设置封闭的砂、石料仓，碎石均按三级配(5～31.5mm分为5～10mm、10～20mm和16～31.5mm三级)配置料仓。每种规格的砂石料仓，应按已检、待检分开标识，料仓基座应设置3～5％的流水坡；

S104，运输距离长、坍落度降低较大时，由试验人员调整混凝土材料和配合比。拌和物性能不满足施工要求时，应返回拌和站处理。混凝土运输应控制拌和物从搅拌机卸出至浇筑完毕的最大延续时间，超过延续时间的混凝土不得用于工程实体。延续时间内混凝土坍落度损失不得大于30mm。混凝土搅拌运输车数量应满足浇筑速度、运距及道路交通条件的要求；

S105，泵送混凝土的泵压不得小于8MPa，混凝土泵的输送能力不得小于60m³/h。混凝土开始浇筑、封顶前以及浇筑过程中每50m³混凝土应在浇筑地点对混凝土拌和物的坍落度、扩展度、扩展时间、含气量进行测定，合格后方可使用。混凝土浇筑方量不得小于断面测量方量，断面测量方量不得小于设计方量。衬砌混凝土浇筑应采用带压浇筑封闭管路方式，通过自动对接封闭管路控制混凝土实现自下而上、前后左右对称分层浇筑、边浇筑边振捣。拱墙衬砌混凝土应采用自动振捣工艺，拱部宜选用高频气动振动器，边墙宜采用自动放卷高频插入振捣器。衬砌混凝土脱模后应采用自动喷雾养护、自动喷淋养护工艺进行养护，养护时间不得少于14d，当环境温度低于5℃时不得浇水养护。

S101中，中高流动性混凝土的工作性能要求如下：

S102中，混凝土原材料的性能必须同时符合《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424和《铁路混凝土》TB/T3275及本标准的相关要求。

S104中，混凝土从搅拌机卸出至浇筑完毕的延续时间如下：

气温	延续时间(min)
		≤25℃	120
＞25℃	90

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：

1、混凝土拌和

1)施工现场拌合站搅拌能力应满足现场连续浇筑要求，并至少配备2套额定生产能力不小于90m3/h的搅拌设备；每个拌合站应配备足够的水泥罐，确保水泥检测合格后才能使用。

2)混凝土搅拌前应测定粗、细骨料的含水率，及时调整施工配合比。每工班至少检测一次，当含水率有明显变化时应增加检测次数。

3)混凝土搅拌时间应根据配合比和搅拌设备情况通过试验确定，但最短时间不宜少于2min，不应少于90s，纤维混凝土及冬期混凝土均应延长30s。

4)拌合站生产信息具备自动记录、上传和储存功能。

5)高寒高原地区拌合站冬期施工时间长，应配备必要的保暖、加热设施，确保冬期混凝土出机温度满足运输和施工入模温度。

6)拌合站设备安装应稳固可靠，拌合站、料仓应具有必要的防风、防雨雪措施。

7)冬期混凝土配合比应考虑施工期间环境气温、原材料、养护方法及混凝土性能要求等因素，必要时对配合比进行试验调整。混凝土宜选用较低的水胶比和较小的坍落度，并严格控制泌水和坍落度损失，保证低温下的早期强度满足要求。

8)冬期混凝土施工应定期检测水、外加剂及骨料加入机温度和搅拌机环境温度，以及混凝土拌和、浇筑、养护时的环境温度，每工作班至少检测4次。

9)搅拌混凝土前，应先经过热工计算，并经试拌确定水和骨料需要预热的最高温度，保证混凝土的出机温度不低于10℃，入模温度不低于5℃。

10)混凝土原材料预热：

①水泥、矿物掺合料、外加剂等宜运入暖棚进行自然预热，且不得直接加热。

②当需要对水和骨料进行加热处理时，骨料的加热温度不宜高于40℃，水的加热温度不宜高于60℃。当骨料不加热时，水可加热至80℃，但搅拌时应先投入骨料和已加热的水，拌匀后再投人水泥。

③当拌制的混凝土出现坍落度偏小或发生速凝现象时，应重新调整拌和料的加热温度。

11)骨料中不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质。

12)搅拌设备宜安装在气温不低于10℃的厂房或暖棚内，并在离地面500mm高度处设置检测温度点，每昼夜测温不应少于4次。搅拌混凝土前及停止搅拌后，应用热水冲洗搅拌机鼓筒。

13)混凝土搅拌时间宜较常温施工延长50％。

14)混凝土的运输容器应有保温设施或加热装置。运输时间应缩短，并尽量减少中间倒运环节。

2、混凝土运输

1)混凝土宜采用搅拌运输车运输，运输车罐内壁应平整光滑、不吸水、不渗漏。在装运混凝土前，应清除运输罐内积水及内壁粘附混凝土，罐壁干燥时应采用同水灰比砂浆润湿。

2)混凝土自搅拌开始至浇筑完成全过程中严禁加水。运输距离长、坍落度降低较大时应调整混凝土材料和配合比。浇筑现场二次掺加减水剂时，减水剂的掺量不得超过罐车内胶凝材料总量的0.1％。

3)采用混凝土搅拌运输车运送混凝土时，运输过程中宜以1r/min～4r/min的转速搅动；当搅拌运输车到达浇筑现场时，应高速旋转20s～30s后出料。

4)混凝土运输应控制拌和物从搅拌机卸出至浇筑完毕的最大延续时间，延续时间不宜超过表1规定，冬期、夏期施工混凝土延续时间应通过试验确定。

表1混凝土从搅拌机卸出至浇筑完毕的延续时间

气温	延续时间(min)
		≤25℃	120
＞25℃	90

5)混凝土搅拌运输车数量应满足浇筑速度、运距及道路交通条件的要求。道路应满足雨雪天气运输要求。

6)混凝土搅拌运输车应根据天气条件采取保温隔热、遮盖防雨等措施。

3、混凝土浇筑

1)混凝土开始浇筑、封顶前以及浇筑过程中每50m3混凝土应对混凝土拌和物的坍落度、扩展度、含气量进行测定，并符合相关规定。

2)混凝土的入模温度不宜高于30℃。冬期施工时，混凝土的出机温度不宜低于10℃，入模温度不应低于5℃。每工作班应至少测温3次。

3)混凝土入模时，钢筋和模板的温度不得低于2℃，混凝土温度与邻接结构面的温差不得大于15℃。每部位应测温一次。

4)混凝土浇筑：

①混凝土浇筑前，应清除模板及钢筋上的污垢。

②混凝土浇筑应采用分层连续的方法浇筑，分层厚度不得小于20cm。

③采用加热养护的整体结构，当混凝土的养护温度高于40℃时，应预先确定混凝土的浇筑顺序和施工缝的位置。

5)当采用暖棚法养护混凝土时，棚内底部温度不得低于5℃，且混凝土表面应保持湿润；采用燃煤加热时，应将烟气排出棚外。

4、施工过程注意事项

混凝土品质和重点部位施工控制保障措施：

1)外加剂应选用质量稳定的产品，外加剂与水泥及矿物掺和料之间应具有良好的相容性。混凝土生产所用外加剂应与配合比选定所用外加剂的性能保持一致。其中减水率波动不超过±2％，含气量波动不超过±0.5％。当将不同功能的多种外加剂复合使用时，外加剂之间应有良好的适应性外加剂进场时，除检验《铁路混凝土工程施工质量验收标准》和《铁路混凝土》等相关规定的项目外，宜按选定配合比拌制混凝土，验证混凝土的工作性是否符合原配合比的要求。

2)混凝土入模前，应对混凝土拌和物的坍落度、扩展度、含气量进行测定并观测混凝土和易性和否满足工作性能，测定值应不超过理论配合比坍落度、扩展度、含气量的控制范围。

3)混凝土从生产至浇筑时间时隔不宜过长，控制好各个工序的衔接，尽量紧密，否则应对混凝土外加剂进行调整，使混凝土坍落度损失值在更长时间内不得过大，具体值应结合现场实际及试验确定。

4)骨料级配、砂的细度模数、减水剂的减水率、引气剂掺量发生变化时，可对施工配合比进行微调，调整后混凝土拌和物性能应满足施工要求。分级骨料的比例应调整至连续级配；砂率调整幅度为±2％；减水剂调整幅度为胶凝材料用量的±0.1％，调整后的混凝土配合比实测坍落度应在原理论配合比设计坍落度范围内，调整配合比混凝土含气量应满足本规程入模含气量的要求；减水剂和引气剂掺量调整后混凝土凝结时间与原理论配合比凝结时间之差应在±60min范围之内。当按此调整混凝土性能无法满足要求时，应重新进行配合比设计。

5)浇筑现场二次掺加减水剂时，减水剂的掺量不得超过0.1％。

6)对于拱顶等部位的衬砌混凝土浇筑，因振捣条件的限制，需进一步提高混凝土的流动性。拱顶混凝土入模坍落度宜在180mm～220mm。

实例2

为验证中高流动性混凝土的使用效果，通过于铁路某隧道项目衬砌C35混凝土施作27组衬砌验证试验，按每组长12m统计，采用HBT-60型混凝土输送泵(60m3/h)，中高流动性混凝土与普通混凝土强度对比，衬砌强度统见表2。

表2隧道衬砌强度对比表

注：每组衬砌钻三根芯样，根据现行规范，强度取最低值作为该组衬砌强度代表值。

表3某铁路工程隧道衬砌质量无损检测中间结果(中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法)统计表

表4某铁路工程隧道衬砌质量无损检测中间结果(普通施工方法)统计表

本发明通过对比，在混凝土强度方面，同为C35段落的混凝土，中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法施做的混凝土强度平均值为43.1MPa，普通施工方法施做的混凝土强度平均值为38.5MPa，中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法的强度较普通提高11.9％。在质量缺陷方面按百分比计算，中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法相比普通施工方法施做的二次衬砌，厚度不足减少了83.33％，不密实减少了88.89％。由此可见，基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法可显著提高衬砌混凝土的密实度和强度，减少衬砌的不密实等缺陷，具有匀质性好，强度高等优点，因此，基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法适宜在隧道衬砌中推广应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法包括以下步骤：

步骤一，隧道衬砌拱顶、钢筋混凝土衬砌段、附属洞室混凝土填充部位采用中高流动性混凝土，混凝土入泵工作性能应符合坍落度、扩展度、扩展时间的要求；

步骤二，水泥选用硅酸盐水泥，机制砂、混合砂通过公称直径为0.30mm筛孔的颗粒含量不少于15％；封顶混凝土粗骨料最大公称粒径不大于25mm；

步骤三，施工现场集中拌和站每台搅拌机宜配置4个及以上容量不小于200t的水泥罐，每种掺合料配2个储存罐；

步骤四，混凝土运输应控制拌和物从搅拌机卸出至浇筑完毕的最大延续时间，延续时间内混凝土坍落度损失不得大于30mm；

步骤五，混凝土开始浇筑、封顶前以及浇筑过程中每50m³混凝土应在浇筑地点对混凝土拌和物的坍落度、扩展度、扩展时间、含气量进行测定；

所述步骤一中包括：检验项目坍落度，指标参数160mm～200mm，施工部位是边墙及拱腰；指标参数180mm～220mm，施工部位是拱顶；

检验项目扩展度，指标参数≥450mm，施工部位是边墙及拱腰；指标参数≥500mm，施工部位是拱顶；

检验项目扩展时间，指标参数2s～8s，施工部位是拱顶；

所述步骤二中细骨料选用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中、粗河砂或专业机组生产的机制砂、混合砂；

所述步骤二中每批外加剂进场时，选择有代表性的配合比试拌混凝土，混凝土的工作性能符合配合比设计要求。

2.如权利要求1所述的基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述步骤三中搅拌站设置专门的骨料储存区，规划不少于10个独立骨料仓，储存5～7d最大日需求量的原材料。

3.如权利要求1所述的基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述步骤三中设置封闭的砂、石料仓，碎石均按三级配配置料仓，三级配5～31.5mm分为5～10mm、10～20mm和16～31.5mm三级；每种规格的砂石料仓，应按已检、待检分开标识，料仓基座应设置3～5％的流水坡。

4.如权利要求1所述的基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述步骤四中泵送混凝土的泵压不得小于8MPa，混凝土泵的输送能力不得小于60m³/h。

5.如权利要求1所述的基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述步骤四中衬砌混凝土浇筑应采用带压浇筑封闭管路方式，通过自动对接封闭管路控制混凝土实现自下而上、前后左右对称分层浇筑、边浇筑边振捣；拱墙衬砌混凝土应采用自动振捣工艺，拱部选用高频气动振动器，边墙宜采用自动放卷高频插入振捣器；衬砌混凝土脱模后应采用自动喷雾养护、自动喷淋养护工艺进行养护，养护时间不得少于14d，当环境温度低于5℃时不得浇水养护。

6.如权利要求1所述的基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述步骤四中的混凝土从搅拌机卸出至浇筑完毕的延续时间为：气温≤25℃，延续时间120min；气温＞25℃，延续时间90min。

7.一种如权利要求1～6任意一项所述基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法在铁路隧道衬砌施工中的应用。

8.一种如权利要求1～6任意一项所述基于中高流动性混凝土的铁路隧道衬砌施工方法在建筑施工中的应用。

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