浅谈泵送混凝土技术在隧洞衬砌施工中的应用

摘要:随着混凝土泵送设备技术性能不断完善,泵送混凝土技术在水利工程隧洞建设中逐渐得到广泛的应用。文章以北海市铁山港供水工程隧洞衬砌施工为例,介绍了泵送混凝土技术在隧洞衬砌施工过程中需要注意的问题,并提出了相关建议。

关键词:泵送混凝土;隧洞衬砌施工;配合比;堵管;模板;浇筑

中图分类号:TV554文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0171-02

混凝土泵送施工技术在我国发展很快,并已在工业与民用建筑、交通、水利等工程中广泛地应用,经试验研究和工程实践说明,泵送混凝土不仅与砂、石、水泥、泵送剂等材料标准有密切关系,并需有连续的施工工艺,对混凝土泵输送管的选择布置,泵送混凝土供应,混凝土泵送与浇筑等要求较高。

北海市铁山港供水工程一期第I标段施工,该标段施工内容包括两条并排长约1100m、直径2m的引水隧洞,由于该隧洞与上游水库距离较近,隧洞内渗水较为严重,隧洞衬砌施工难度大,下面介绍泵送混凝土技术在隧洞衬砌施工的应用。

一、混凝土泵送设备的供电问题

1.由于大多数水利工程的施工现场远离城镇,工地附近一般没有足够容量的变压器能同时满足混凝土泵送设备及其它施工机械的用电需求,因此,需要向当地供电部门申请新增用电量,就近安装施工专用变压器。

2.由于隧洞较长,为了使泵送设备能从隧洞两端分别向隧洞中段泵送,在隧洞进、出口都设置施工专用变压器。

二、泵送混凝土材料及配合比问题

1.骨料级配应良好,粗骨料的最大粒径与管内径之比,碎石不大于1∶3,卵石不大于1∶2.5,由于骨料级配要求较高,施工时,一般宜联系多个石料场同时供料,保证骨料供应;细骨料采用Ⅱ区中砂,细度模数在2.4～2.8,通过0.315筛孔量不少于15%,0.016筛孔量不少于5%,砂率值一般取38%～45%。

2.掺合料:掺入粉煤灰和外加剂有利于提高混凝土的可泵性,粉煤灰须符合现行的有关标准,掺入量由试验得出的配合比确定。

3.外加剂:采用复合型减水剂或泵送剂,可改善混凝土的和易性。其中泵送剂掺量按生产单位推荐限值采用,当泵送距离较远时,建议适当采用。

4.水泥:泵送混凝土最小水泥用量与输送管直径、泵送距离、骨料等有关,最小用量为300 kg/m3, 当泵送距离较远时,在配合比的基础上适当增加水泥用量。

5.泵送混凝土配合比:应根据材料的质量、压送距离、输送管管径、当地气候条件、浇筑方法及浇筑部位等确定。混凝土要有良好的可泵性,且应具有良好的粘滞性。

三、泵送混凝土的拌制问题

为了加快泵送速度,缩短停泵时间,防止堵管现象发生,采用两台自落式搅拌机同时向泵送设备供料,拌制混凝土主要流程为:上料、计量、投料、搅拌、卸料入泵机料斗内,泵机料斗内继续搅拌。在泵机料斗上方应再设一个过滤网,防止过大的块石进入料斗内。材料配置精度允许偏差1%～2%以下。投料顺序应按设计要求确定,粉煤灰宜与水泥同步,外加剂宜后于水和水泥。搅拌的最短时间见表1:

四、混凝土泵送设备及管道的选择与布置

1.根据浇筑区的划分,确定好混凝土泵的位置和数量。北海铁山港供水工程引水隧洞由于隧线较长,而泵机泵送距离有限,所以,需分别设置隧洞进口、出口两个浇筑区;为节省开支,两个浇筑区不同时施工,而是采用先施工出口段,再施工进口段的方案。

2.配管设计应根据混凝土的浇筑方案,尽量缩短输送管的长度,减少转弯的使用及便于浇筑过程中配管的更换等原则进行。其中,尽量减少转弯是泵送施工成败的关键还节,另外,浇筑过程中出料段的配管要以方便更换为原则,减少变换出料位置时的换管时间,从而缩短停泵时间,减少堵管现象的发生。

3.垂直配管时,在一般情况下每10m高的垂直管下端设置相当于落差H的5倍长度的水平配管,当下倾斜大于7时,还应在下斜管的上端设置排气活塞。

4.向下倾斜配管的倾斜度大于4时,应在下斜管的下端设置相当于落差H的5倍的水平配管,当下倾斜大于7时,还应在下倾斜管的上端设置排气活塞。

五、混凝土的泵送与浇筑

1.混凝土泵送前应检查泵车运转状况,然后应用0.5m3砂浆进行压送,砂浆的配合配管比见表2,配管内管壁水泥浆附着量见表3:

2.泵送混凝土在模板设计时,需增强模板的支撑措施,以防模板变形,同时,还要考虑便于拆模。圆形隧洞的泵送衬砌一般宜采用钢模板,每节1.5m左右,前、后两节之间采用螺栓连接,每节圆形的钢模可分成五块拼装起来,对应的圆心角分别为:45°、45°、40°、40°、10°,两块45°圆心角的钢模放在最下面,两块40°圆心角的钢模放在左上侧和右上侧,最后一块10°圆心角的钢模板放在顶上,这块模板上开有泵送砼入料口,五块钢模之间采用螺栓连接成一个圆形整体。为了加强模板的抗侧压力,在组装完成的圆形模板内部还要用木支撑或钢支撑沿圆周方向进行加固,支撑间距根据现场情况确定,在无实测资料的情况下可参考表4确定:

3.浇筑过程中应注意以下问题:压送过程中断时间不宜超过60min,当停歇时间超过30min时,应作间歇振作防止混凝土在管内离析或堵塞;由于泵送管道长,还应安排有经验的工人用锤子沿程敲击管道,从敲击回声中可以判断管道内送料是否正常,若判断某节管道可能发生了堵塞,可以采取换管等措施马上予以解决,从而可以防止整个管道堵塞的情况发生。

4.由于采用了模板分块组装的方法,拆模也很方便,首先拆除加固模板的支撑,然后拆除隧洞顶上10°圆心角的钢模板,再拆除圆心角45°、40°的模板;为了方便下一段模板安装固定,已完成浇筑的最后一节圆形模板不用拆,用螺栓与下一仓模板连接起来就可以了。

5.钢筋绑扎工序安排在拆模、装模这个时间段内进行。由于钢筋绑扎工序进度远超混凝土衬砌工序进度,从而错开了模板安装、钢筋绑扎两个工作面,所以,钢筋绑扎工序就可以穿插在模板安装这个时间段内进行。

六、两种衬砌方法效果比较

北海市铁山港供水工程引水隧洞刚开始采用人工衬砌方法,绑扎钢筋、模板安装、衬砌三班换流作业,一天只能衬砌1.5m,每周单洞可以衬砌10.5m,双洞进行流水施工作业,每周总衬砌长度只有21m,进度严重拖后。为加快施工进度,提高衬砌质量,经现场监理推荐,采用泵送混凝土施工方法,每仓衬砌安装模板长度约15～20m,从拆模、装模再到支撑加固大约需要两天时间,其间穿插钢筋绑扎工序,铺泵送管道需要一天时间,泵机连续浇筑衬砌大约8～12h即可完成,这样算下来,每周单洞可以衬砌30～40m,双洞进行流水施工作业,每周总衬砌长度达到了60～80m,施工速度提高了3～4倍,同时,隧洞衬砌质量较好。工程完工后,质量检测站对泵送混凝土进行了抽心检测,检测数据显示,各项指标均达到设计要求。

七、结语

目前,随着混凝土泵送设备技术性能不断完善,泵送混凝土技术在工业与民用建筑等行业已得到广泛的应用。由于该施工技术特有的众多优点,在水利行业隧洞建设中也开始推广采用,但由于该施工技术比较复杂,不容易掌握和控制,很多施工队伍由于经验不足,又缺少这方面的技术资料,最终导致泵送施工失败的案例也不在少数。

作为一名工程技术人员,了解熟悉泵送混凝土技术是十分必要的,在此,把北海市铁山港供水工程引水隧洞衬砌施工过程中遇到的问题、经验与大家共同探讨。

随着泵送混凝土技术的不断发展完善,泵送混凝土施工技术将在更加广阔的领域中得到应用。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.混凝土泵送施工技术规程[S].

作者简介:高则谦(1971-),男,广西梧州人,广西梧州水利电力设计院工程师,梧州阳光建设监理有限公司监理工程师,研究方向:水利水电工程设计和监理。