隧道混凝土施工技术指南
说明:日本接受最近几年隧道衬砌混凝土掉块的经验教训,以及最近大力提倡提高混凝土耐久性的要求,编写并出版了这本指南,对隧道混凝土衬砌的施工提出了基本原则和方法。是值得我们借鉴的。特摘译如下。文中的一些解释内容,有的从简,有的省略。仅保留了我认为是精华的部分。特此声明。
摘译者 关宝树
2001 、12 于成都
隧道混凝土施工指南(2000年版)
第2部 山岭隧道的喷混凝土
第1章总则
1.1适用范围
喷混凝土和锚杆及钢支撑是山岭隧道维护围岩的主要的支护构件,本指南对其中的喷混凝土的配比设计、制造、补强材料、施工、检查及工程记录等提出必须遵守的事项。这里没有提示的事项,应遵照混凝土标准规范(施工篇)(1996年或1999年版)及隧道技术规范(山岭隧道篇)办理。
[解释]
喷混凝土与锚杆、钢支撑的矿山法的主要支护构件。在矿山法中,围岩被开挖后,主要用喷混凝土和长3~6m的锚杆支护,而后施设30cm左右的混凝土衬砌。
近年,喷混凝土方法,因喷射系统、喷射机械、混合材料等的开发,得到了迅速地改善和提高,喷混凝土质量的可靠性、施工性、经济性及包括安全性在内的作业环境等都大为改善, 此外必要时也开始采用纤维的所谓的复合材料。
喷射方式,大体上有干式和施式之分。干式是干拌合的材料投入到喷射机中,在喷嘴处添加水的喷射方式。湿式是把拌合好的材料投入到喷射机中从喷嘴中喷射的方式。喷混凝土在初期几乎都采用干喷法,其后为了增加喷射量、减少粉尘和回弹量,湿喷方法得到了开发和应用。目前,喷混凝土的多数都采用了湿喷法。特别是,最近,隧道向大型化、长大化方向发展,要求大幅度地提高施工能力,湿喷法也采用得越来越多。但是,在压送距离长的施工条件下,干喷法也是有优越性的。在本指南中,喷混凝土的喷射方式以两种方式为标准,并说明因喷射方式不同而需加以说明的问题。
通常只承受压力作用的喷混凝土,当有弯曲作用时而要求具有抗拉强度和韧性的场合也有采用金属网和纤维等加强、或采用高强度喷混凝土或与钢支撑并用等方法。混入钢纤维的场合,应遵守“钢纤维混凝土设计施工指南”和“采用硅灰的混凝土设计施工指南”等的规定。
1.2喷混凝土的品质和作用
喷混凝土应考虑围岩条件、使用目的、断面的大小等,以能够充分发挥作为支护构件的效果。
[解释]
作为隧道支护构件的喷混凝土,是在开挖过后用混凝土被覆岩层面,来维护围岩的方法,在控制围岩固有的支护能力和变形的同时对防止局部岩层的崩落也是有效的。但其修养效果还有一些是不明确的,“隧道技术规范”(山岭隧道篇),做了如下的说明。
1)由于与岩层的附着力、剪切阻力产生的支护效果
喷混凝土与岩层的附着力可以把作用在喷混凝土上的外力分散到围岩上,同时也提供了
隧道周边的裂隙和节理等以剪切阻力保持块体的平衡,防止局部掉块,在隧道壁面附近形成一承载拱。在裂隙多的硬岩中这种效果是比较大的。
2)内压效果和环形封闭效果
比较厚的喷混凝土是作为连续的一个构件支护围岩的,给予约束围岩变形的支护力(内压),使围岩保持近于3轴的应力状态,控制了围岩的应力释放。同时,因早期铺设仰拱使断面临时封闭,更好地发挥了支护效果。这种效果在软岩和土砂围岩中的显著的。
3)外力分配效果
具有将土压传递到钢支撑和锚杆上的作用。
4)软弱层的补强效果
填平围岩的凹面,覆盖弱层,而防止应力集中,而加强了软弱层。
5)被覆效果
开挖后,因立即被覆壁面,具有防止围岩风化、止水和微颗粒流出等的效果。
能够发挥上述效果的喷混凝土,要求具有初期强度特性、长期强度特性、防止喷射后的围岩崩落的良好的附着性、施工性等优良的品质,考虑隧道洞内的温度、湿度、被迫振动等,到目前为止,多采用水泥用量是比较多、添加速凝剂的特殊的混凝土。特别是,作为支护构件的喷混凝土,要求在喷射后数小时内就要产生所需的强度,确保这种品质是极为重要的。
在本指南中,“初期强度”指喷射后能够支持自重和随掌子面推进的荷载的施工上所需的强度。意味着材令24小时的抗压强度,与通常的混凝土灌注后数天的“初期强度”是不同的。“长期强度是指材令28天的抗压强度,也不是通常混凝土的90天和180天的强度。
1.3用语定义
速凝剂:
承载拱:
支护:
附着配比:实际附着在喷射面上的混凝土配比。
拌合混凝土:湿喷方式中没有添加速凝剂前的混凝土。
喷嘴:
喷射手:
喷射机械手:
喷混凝土初期强度:指材令24小时的抗压强度。
喷混凝土长期强度:指材令28天的抗压强度。
第2章 喷射方式的选择
喷混凝土的喷射方式,应充分研究喷射厚度、隧道长度、断面的大小、开挖方法及涌水状况等决定。
[解释]
喷混凝土的喷射方式,从拌合方法、压送方法看,大体上分干式和湿式2种。目前,通常采用具有比较大的生产能力的,能够喷射新浇混凝土的湿喷方法。解释表2.1.1是2种方法的比较。
表2.1.1 喷射方式的比较
干喷方式,是在水泥和骨料拌和后加入速凝剂,用压缩空气压送,在喷嘴处加压力水喷射的方式。在喷嘴处是干拌和料与水混合,W/C可以低些。混凝土的品质,受到喷射手的熟练程度和能力的左右。同时,粉尘和回弹较多。但材料的压送距离比较大。
而湿喷方式,与通常的混凝土制造相同,事先将包括水的各种材料正确地计量、充分地拌合,而后用压缩空气或泵压送,在喷嘴处加速凝剂的方式。与干喷方式比,混凝土的品质管理比较容易,粉尘和回弹小,但用压缩空气压送,不能长距离的输送。同时,湿喷方式,拌合后放置时间的管理是很重要的,特别是,最近引人注目的高强度或低粉尘的喷混凝土施工更要求进行严格的施工管理。
湿喷方式与干喷比较,施工能力是有利的,适合于大断面、隧道的喷射施工。
图2-1-1是2种方式的系统图,各有特点,应根据现场规模、状况和喷射量分别使用。因此,选择拍摄方式时,要充分研究喷射厚度、隧道长度、断面大小、开挖方法及涌水的有无等。对于涌水,一般说,干喷是比较好的。速凝剂的添加位置,液体速凝剂和粉体速凝剂是不同的。
图2-1-1 喷射方式的系统图
第3章 喷混凝土的配比设计
3.1总则
(1)喷混凝土采用的材料和配比,应具有所要求的强度、耐久性、水密性、开裂的抵抗性、保护钢材的性能等,在喷射作业时材料的回弹和粉尘少与围岩附着良好的范围内,单位水量和速凝剂的使用量要尽可能少,同时也要考虑包括喷射机械及材料在内的经济性。
(2)喷混凝土的合理配比因使用的喷射机种而异,应通过试验喷射选定配比。
[解释]
(1)与喷混凝土强度、耐久性、水密性、抵抗开裂性、保护钢材的性能有最大关系的是:水/水泥比、单位水量及单位水泥量,还有使喷混凝土在短时间凝结的速凝剂用量。即:单
位水量、单位水泥用量和速凝剂用量支配着喷混凝土的品质。在适合作业的范围内,单位水量越小,则回答要求品质的混凝土的必要的单位水泥用量、速凝剂用量也少,是经济的。同时喷混凝土的开裂也将减少。另外,使用单位水量多的喷混凝土,单位水泥用量和速凝剂用量也要增加,是不经济的。同时压送管的压送状况变差易产生脉动和材料离析。特别是,增加速凝剂用量,对长期强度的增长是有影响的。
混凝土的制造,可以在隧道现场或附近的专用的制造厂进行。喷射作业是昼夜进行的,而且一次喷射量都比较小,使用商品混凝土是有困难的。
(2)喷混凝土的配比,根据使用机械要求的条件有所不同,应根据后面的“3·3”的规定决定配比。
3.2混凝土材料
3.2.1 一般规定
材料应采用品质良好的产品。
[解释]
所谓采用合适的材料,就是为经济地制造要求品质的喷混凝土所必要的材料。出来适合与否能够根据试验或既有的工程实绩判断。
3.2.2水泥
水泥应采用符合国标的普通波特兰水泥。采用其它水泥时事前必须确认能够获得所要求品质的喷混凝土。
[解释]
喷混凝土一般采用普通波特兰水泥。在喷混凝土受到酸性水和盐分的影响的特殊条件的场合,应采用耐久性高的水泥。例如高炉水泥等。根据条件也可使用早强水泥。
3.2.3水
拌合用水,应符合国标的规定。
[解释]
拌合用水应符合表3-2-1的规定。
表3.2.1上水道以外的水的品质
3.2.4骨料
(1)喷混凝土的骨料在清洁、坚硬、耐久的条件下,应具有适当的粒度、化学上性质稳定,适合喷混凝土施工的性能。
(2)喷混凝土的骨料应采用对碱性骨料反应无害的材料。
[解释]
(1)骨料中,细骨料是喷混凝土构成材料中占最大容积的材料,其品质对回弹等施工性影响极大。一般说,粒子越粗,回弹越多,反之,过细则配管内的阻力越大,易引起堵塞。作为细骨料采用河砂最合适,但因不易获得等理由,也可使用海砂、山砂、碎砂等。细骨料的粒度以混凝土技术规范“施工篇”规定的为准,粗骨料率一般在2.3~3.1之间。
粗骨料的粒径越大,回弹越多,易引起渡塞。粗骨料粒径最大一般在10~15mm左右。
(2)对碱性骨料反应的安全性,应根据有关方法判断。
通常混凝土使用的骨料,判断对碱性骨料反应有害的场合,应采取合适的对策,如使
用低碱型水泥、能够确认有控制反应效果的高炉水泥、火山灰混合水泥等,使混凝土中碱的总量(换算为NaO)控制在3.0kg/m以内。但是喷混凝土要使用速凝剂,碱的总量通常在3.0kg/m以下,从早期强度的观点看,使用水泥的类型是有限制的。因此不能采用对通常混凝土采用的对策。因此,喷混凝土采用的骨料,要采用对碱性骨料反应无害的材料。
3.2.5 混合材料
(1)速凝剂应符合国标的规定。
(2)使用速凝剂时,应考虑施工条件、使用材料等选定添加量。
(3)喷混凝土采用的硅灰,应符合国标的规定。
(4)作为混合剂的减水剂、AE剂及高性能的AE减水剂,应符合国标的规定。
(5)采用其它混合材料的场合,应能够获得所要求的品质、而且对喷混凝土无恶劣影响的产品,事前应加以确认。
[解释]
速凝剂,在喷混凝土中的使用目的是提高作业效率、减少因自重而剥落、促进混凝土凝结。使用速凝剂是为了支护构件及早获得必要的强度和促进混凝土硬化能够承受爆破的震动。
速凝剂对喷混凝土的初期强度长期强度影响很大,增加添加量可以减少回弹,早期的强度也高。但是,如图3-2-1所示,添加量超过某一限度后,凝结时间非但没有缩短,长期2也会降低。
图3-2-1 速凝剂添加量和抗压强度的关系
速凝剂的效果,与水泥种类和水/水泥比、温度等条件有微妙的关系,除参考其他现场的-实绩外,应进行试验研究最佳的速凝剂的种类、添加量。
速凝剂的种类在日本湿喷方式多采用矿物系的粉体。最近一种没有3碱性的液体速凝剂也开始实用化了。速凝剂的种类示于图3-2-2。
矾土系(矿物系)
粉体 硫铝酸钙系(矿物系)
铝酸钠钙系(矿物系)
铝酸盐系
速凝剂
液体 铝酸盐系
水溶性铝酸盐系
图3-2-2速凝剂种类
硅灰是一种以非晶质的SiO为主成分的球形超微粒子的混合材料。采用硅灰的喷混凝
用低碱型水泥、能够确认有控制反应效果的高炉水泥、火山灰混合水泥等,使混凝土中碱的总量(换算为NaO)控制在3.0kg/m以内。但是喷混凝土要使用速凝剂,碱的总量通常在3.0kg/m以下,从早期强度的观点看,使用水泥的类型是有限制的。因此不能采用对通常混凝土采用的对策。因此,喷混凝土采用的骨料,要采用对碱性骨料反应无害的材料。
3.2.5 混合材料
(1)速凝剂应符合国标的规定。
(2)使用速凝剂时,应考虑施工条件、使用材料等选定添加量。
(3)喷混凝土采用的硅灰,应符合国标的规定。
(4)作为混合剂的减水剂、AE剂及高性能的AE减水剂,应符合国标的规定。
(5)采用其它混合材料的场合,应能够获得所要求的品质、而且对喷混凝土无恶劣影响的产品,事前应加以确认。
[解释]
速凝剂,在喷混凝土中的使用目的是提高作业效率、减少因自重而剥落、促进混凝土凝结。使用速凝剂是为了支护构件及早获得必要的强度和促进混凝土硬化能够承受爆破的震动。
速凝剂对喷混凝土的初期强度长期强度影响很大,增加添加量可以减少回弹,早期的强度也高。但是,如图3-2-1所示,添加量超过某一限度后,凝结时间非但没有缩短,长期2也会降低。
图3-2-1 速凝剂添加量和抗压强度的关系
速凝剂的效果,与水泥种类和水/水泥比、温度等条件有微妙的关系,除参考其他现场的-实绩外,应进行试验研究最佳的速凝剂的种类、添加量。
速凝剂的种类在日本湿喷方式多采用矿物系的粉体。最近一种没有3碱性的液体速凝剂也开始实用化了。速凝剂的种类示于图3-2-2。
矾土系(矿物系)
粉体 硫铝酸钙系(矿物系)
铝酸钠钙系(矿物系)
铝酸盐系
速凝剂
液体 铝酸盐系
水溶性铝酸盐系
图3-2-2速凝剂种类
硅灰是一种以非晶质的SiO为主成分的球形超微粒子的混合材料。采用硅灰的喷混凝
土在欧美等国家是用来补修衬砌的,在提高其品质的同时,作业性也有了很大的改善。在日本,隧道中采用硅灰的也很多,也承认有改善的效果。近年在隧道施工中,由于采用硅灰,控制了速凝剂的添加量,出现了高强度高耐久性的喷混凝土,可以作为永久性的衬砌。混合硅灰后可以改善喷混凝土的性能。即:
·提高品质:强度增大、提高水密性和抗冻害性能;
·提高施工性:改善压送性能、减少回弹;
·改善作业环境:减少粉尘。
采用湿喷方式时,为了获得合适的和易性,多采用减水剂、AE减水剂、高性能减水剂。由于使用这些混合剂,混凝土的和易性得到改善,减少了单位水量,提高了抗冻害性,也改善了水密性。优点是很多的。但是,这些混合剂的效果,与使用的水泥、骨料的品质、混凝土配比、施工方法等而不同。
目前市售的减水剂种类繁多,其品质和性能也差异很大,选择时应加以注意。
3.3配比
3.3.1配比强度
喷混凝土的配比强度,应考虑结构物要求的强度或设计基准强度及现场的混凝土品质的离散性等决定。
[解释]
喷混凝土的配比强度,与通常的灌注混凝土不同,受到施工条件的影响极大,离散性也大。为此,决定喷混凝土的配比强度时,应满足施工要求的初期强度和结构物要求的设计基准强度,根据经验和试验求出合适的值。作为例子,喷混凝土的设计基准强度应与通常混凝土的强度同等,材令28天为18N/mm左右。2设计基准强度采用18N/mm的场合,试件的抗压强度多在f=24~36N/mm左右。
但此值因施工条件、配比、材料的品质等有些变动,决定配比强度时,要考虑这些变动。
3.3.2配比设计
(1)决定干喷混凝土的配比时,在满足喷混凝土的强度等所要求的品质范围内,应极力减少回弹和粉尘而且具有良好作业性能的配比。
(a) 粗骨料的最大尺寸
(b) 细骨料率
(c) 单位水泥用量
(d) 水·水泥比(或单位水量)
(e) 混合除了的种类及单位用量。
(2)湿喷混凝土的配比,与(1)基本相同,应决定粗功劳的最大尺寸、塌落度及配比强度。选定的项目与(1)相同。
(3)决定配比时,在对象结构物和同样的结构物中,可参考到目前为止的经验值,在施工前进行有关试验决定。
[解释]
(1)喷混凝土的配比和品质,因喷射面的状态和喷射工的熟练程度而有很大的变动。为此,决定干喷混凝土的配比时,应参考有关事例、附着的混凝土品质、经济性、作业性等决定。干喷混凝土的作业性,要考虑以下项目。
·压送中不产生闭塞和脉动;
·回弹及粉尘少;
·喷射混凝土不产生剥离、剥落及流淌。
日本1990年12月调查的43件干喷的混凝土配比结果,求出的配比各项目的平均值,列于表3.3.1。
表3.3.1 干喷的喷混凝土配比的平均值
速凝剂的使用量应根据围岩条件、喷射位置、气温等施工条件增减。但使用量超过某一限度不仅效果不大,而且对长期强度的增长也有一定影响,因此应根据试验及工程实践决定添加量。
(2)湿喷混凝土的配比除与干喷混凝土的情况同样考虑外,还要根据粗骨料的最大尺寸、塌落度及配比强度决定。但在泵送的场合,要根据压送性决定混凝土的塌落度。塌落度小,压送性能差,闭塞的可能性大,因此,塌落度多取8cm 以上。
调查的193件湿喷的配比结果列于表3.3.2。
表3.3.2湿喷的喷混凝土配比的平均值
第4章 制造
4.1一般规定
采用的喷混凝土材料的贮藏、计量、拌合设备及喷射机械,应能够获得所要求的品质,制造喷混凝土。
[解释]
在制造喷混凝土时,使用具有所要求性能的设备是最重要的。使用不具备要求性能的设备,稳定地制造合格的喷混凝土是困难的。这里所指的要求性能是:设备功能上和构造上的性能在加上设备容量。为了制造合格的不喷混凝土,应合理地实施材料的贮藏、计量及拌合等一系列的制造行为。
4.2制造
4.2.1贮藏设备
(1)水泥和混合材料的贮藏设备,应具有防湿的构造,同时能够按不同类别进行贮藏。
(2)骨料的贮藏设备,应按种类、粒度不同的骨料分别贮藏,应具有大小粒分离的构造,同时从底部能够排水,使表面水率能够稳定的构造。
(3)混合剂的贮藏设备,应能够分别贮藏不同的混合剂,应防止不纯物的混入、变质、粉体混合剂的吸湿、液体混合剂的分离等。
4.2.2计量设备
(1)材料的计量,原则上采用质量计量装置,能够在规定的吉利误差范围内吉利。
(2)各种材料的计量设备,使用前及使用中都 定期检查,调整。
4.2.3搅拌机械
(1)分批式搅拌机和连续式搅拌机应根据要求进行拌合性能试验确认具有所要求的性能。
(2)重力式搅拌机和强制式搅拌机,原则上应符合有关规定。
(3)搅拌机应具有能够将拌合好的混凝土迅速排出,并不引起材料的分离的构造。
4.3喷射机械及附属设备
(1)喷射机械应能够将所要求配比的材料连续地输送、喷射的性能。
(2)附属设备,应采用能够发挥喷射机械性能的设备。
(3)喷嘴的操作原则上采用平时机械手。
4.4制造方法
4.4.1计量及材料准备
(1)1批的量,应考虑混凝土种类、拌合设备的性能、运输方法、施工的种类、混凝土的喷射量等决定。
(2)各种材料,按1批的种类计量。水和混合剂溶液可按容积计量。
(3)计量误差,对1次计量,应在表4.4.1值以下。
注:速凝剂不适用
(4)干喷方式的水的计量及采用连续搅拌机的场合的容积计量误差,根据搅拌机容量决定的时间的计量换算为质量,应在表4.4.1以下。此种场合规定的时间计量,应基于搅拌机种类、拌合时间而定。
(5)干喷的场合,细骨料应采用具有适当表面水率的。
4.4.2拌合
(1)混凝土材料应在拌合均匀前充分拌合。拌合好的混凝土应迅速地喷射。
(2)材料投入搅拌机的顺序应预先规定好。
(3)拌合时间,原则上由试验决定。
(4)拌合应按预先规定的拌合时间3倍以上。
(5)拌合开始时,原则上应在搅拌机内附着砂浆。
(6)搅拌机内的混凝土没有排出后,不能投入新的材料。
(7)搅拌机使用前应充分清扫。
(8)使用连续搅拌机时,拌合开始后,最初排出的混凝土不能使用。
[解释]
第5章 补强材料
5.1金属网
金属网原则上采用焊接金属网,应采用适合喷混凝土方法的产品。
[解释]
通常只有压力作用的喷混凝土,出现弯曲作用而要求抗拉强度和柔性时,一般都采用金属网补强的方法。金属网在软岩和土砂围岩中能够提高附着力,在膨胀性围岩中能够防止剥落提高柔性,在节理和龟裂多的硬岩中能够提高抗剪性能和柔性。同时,在有腐蚀的场合,也有采用玻璃纤维、炭纤维和尼龙纤维等非金属系的高强度纤维 网的施工例。
金属网的网格尺寸通常采用100·100mm或150·150mm,线径采用3.2~6.0mm。但在土砂围岩中也有采用1·1cm的金属网的例子。
5.2纤维
(1)钢纤维应采用适合喷混凝土方法的产品。
(2)采用(1)以外的纤维时,应确认能够获得所要求性能的产品。
[解释]
(1)钢纤维喷混凝土主要在通过韧性的地点使用。如隧道洞口段和断层破碎带或膨胀性围岩等围岩恶劣的场合、大土压作用的地点和隧道交差段、扩大段等构造上产生很大应力的地点等。混入纤维后与金属网一样可起到防止剥落的效果。钢纤维喷混凝土的配比、制造及施工方法可参照有关规范的规定。
一般采用的钢纤维,其长度在40mm以下、纤维直径为0.3~0.6mm,长径比为40~60 左右。混入率在0.5~1.0%左右。
(2)其他纤维有聚丙烯纤维、尼龙纤维、炭纤维等,这些纤维的力学性能有的是钢纤维不具备的。在实践中聚丙烯纤维采用较多。与钢纤维比较其密度为0.91g/cm,比较轻,材料运送、混入比较容易。
5.3补强材料的贮藏
(1)金属网避免直接放在地上,应用适当的间隔,贮藏的仓库内或在屋外加以覆盖。
(2)钢纤维,不要混入杂物,贮藏时应防止腐蚀。
第6章 施工
6.1总则
喷射作业开始前,在确保喷射人员安全的前提下,对运输、喷射等作业,应编制施工计划。
[解释]
在喷混凝土作业开始前,应根据要求的混凝土性能、强度、耐久性及施工上应注意事项,仔细地计划喷混凝土作业的具体方法。
特别是在掌子面附近的喷射作业现场与一般的混凝土施工现场是不同的,这是隧道内最易产生塌方、落石等事故的,危险性最大的场所。因此,为确保掌子面作业人员的安全,应充分考虑开挖面的状况、喷射面的大小、喷射量、喷射速度、混凝土供给状况,涌水状况等,确立喷射作业计划。
在湿喷作业中,通常混凝土是用运输搅拌车和泵等从洞外运到掌子面附近的,用喷射手添加速凝剂。因此,要仔细研究混凝土搅拌车 、混凝土泵、压送管路及速凝剂添加装置电脑感的配置。选定在规定时间内运到喷射现场的运输设备的极为重要的。从喷混凝土品质变化的观点看,运输距离和运输时间尽可能地短是非常重要的。
6.2喷射面的事前处理
(1)作业中有可能落下的浮石等,应仔细清除。
(2)喷射面有涌水的场合,应采取适当的排水处理,如设置排水管,排水层等。
[解释]
(1)为确保喷射作业的安全和喷混凝土与围岩成为一体,要事先把可能落下的浮石等仔细地清除。
(2)有涌水时不仅使喷混凝土的附着性降低,水混入后也会降低混凝土的品质,在硬化前,喷混凝土会流失,硬化后混凝土背后会产生水压作用等,也是造成开裂和剥离的原因之一。因此,要进行排水处理。在寒冷地区的洞口附近施工的场合,要注意冻结。
6.3补强材的设置
(1)补强材不能因喷射作业而移动和振动,应采取适当方法设置、固定。
(2)补强材应与围岩保持适当的间隔设置。
[解释]
(1)补强材的固定不好时,喷射作业中会发生移动,也会因金属网振动而产生开裂,
因此设置的补强材必须用混凝土钉、锚栓、锚杆、钢支撑等充分固定好。
(2)金属网和围岩间的距离过大,会在围岩和金属网间产生空隙。要针对围岩条件保持合适的间距。
6.4喷射作业 6.4.1一般规定
喷混凝土,应迅速的运输、添加速凝剂后应立即喷射到喷射面上。 [解释]
喷混凝土与干喷或湿喷无关,因添加速凝剂而急剧硬化。因此,在速凝剂添加后尽早喷射是很重要的。
6.4.2拱部和侧壁的喷射作业
(1)喷嘴应经常保持与喷射面成直角方向、适当的距离和喷射压力。
(2)喷射在不使混凝土剥离、下落的范围内,厚度应适当,在满足规定厚度之前,应反复喷射。
(3)在设置钢支撑地点喷射的场合,不应在钢支撑和围岩间留有空隙,而且喷混凝土与钢支撑应成为一体。
(4)进行喷射作业时,应把回弹量控制在最小限度内,回弹物不能重新喷射。 [解释]
(1)从喷嘴中喷出的混凝土以适当冲击速度,与壁面成直角喷射时,压密性最好。喷射成斜角时,会损伤已喷射的混凝土部分,回弹和剥离也多。喷射距离(喷嘴到喷射面的距离),应根据材料的冲击速度和材料的附着处于最佳状态决定。
(2)一次喷射厚度,因喷射面的位置及干湿状态、喷射材料的不同、速凝剂的种类及添加量、喷射方式的不同和喷射手的熟练程度等而异,但厚度应以材料不剥离、不流失为准。最好在先喷的混凝土硬化后再喷下一层混凝土。
(3)在有钢支撑的地点,喷射厚度比钢支撑薄的场合,确保支撑和壁面接触的连续性是困难的。其喷射最好采用图6-4-1(a)的方式。
图6-4-1 喷混凝土的修整
(4)回弹量与喷射方式、施工位置、空气压力、出来的配比、骨料的最大尺寸及平时4厚度等而异。最好采用适当的配比和施工,来减少回弹量,提高喷混凝土的2。特别是在纤维混凝土的场合,纤维的回弹也多,更要这样喷射压力和配比。 6.4.3涌水地点的喷射作业
有涌水的场合,应采取适当的对策,保证获得所要求的品质。 [解释]
涌水集中或量大的地点,可采用图6-4-2的方法进行处理。
图6-4-2涌水处理方法
6.4.4仰拱 地点的喷射作业
(1)仰拱处的喷射作业,原则上与前节相同。
(2)仰拱和侧壁向下的喷射作业,不能在喷混凝土中产生弱层。
6.5粉尘对策
对喷射作业产生的粉尘和回弹等,应采取适当的对策。同时,要定期地测定粉尘量,以保持良好的作业环境。
6.6养生
喷混凝土在可能受到低温、干燥及急剧的温度变化和爆破振动等有害影响的场合,为了避免其有害影响,应进行充分的养生。
第7章检查 7.1一般规定
(1)为了制造符合所要求品质的喷混凝土,应对混凝土材料、机械设备、施工方法、完成后的混凝土结构物等进行必要的检查。
(2)检查,为了确认喷混凝土的品质,应进行必要的试验,其结果应符合判定基准的合格规定。
(3)检查结果,如判定为不合格,应采取适当的措施。 7.2材料的入库检查
(1)速凝剂以外的材料的入库检查,应按国标的要求进行。
(2)速凝剂的入库检查,应根据表7.2.1进行。
7.3新浇混凝土的入库检查
湿喷方法采用的新浇混凝土的入库检查,应根据混凝土技术规范(施工篇)进行。 7.4硬化混凝土的检查
(1)初期强度以外,应根据混凝土技术规范(施工篇)进行。 (2)初期强度应按表7.4.1进行。
[解释]
(1)有关抗压强度、水/水泥比、耐久性、水密性等的检查与一般混凝土北极星同样的检查。喷混凝土与一般混凝土比其离散性比较大,要加以注意。
喷混凝土一般不用圆柱模子打试件,原则上向板内喷射混凝土取试件进行试验。 日本铁道公团和日本道路公团的检查例示于表7.4.1。
表7.4.1强度试验的检查时期、次数和判定基准例(设计基准缺点18N/mm的场合)
7.5喷射厚度等的检查
喷射厚度及混凝土变异的检查,根据表7.5.1进行。
测定喷射厚度的方法有埋置检测钉的方法和喷射后向刚喷射的混凝土中插入检测钉的方法以及喷射后钻孔检测的方法。
喷射厚度的检查时期·次数例列于表7.5.1。 表
7.5.1喷射厚度的检查时期·次数和判定基准例
第8章施工记录
施工中、作业进度、制造及施工状况、天气、气温、品质管理及检查等都要进行记录,并长期保存施工记录。
[解释]
施工记录是喷混凝土维修管理的基础资料,对促进技术进步是非常必要的。下记的项目在喷混凝土施工中是重要的。
·隧道内的环境(温度、湿度、通风状况等);
·距洞口的距离;
·喷射方式、采用机械及装置配置图; ·喷混凝土的品质(配比、材料等);
·喷射施工的状况(有无涌水、喷射面状况、粉尘及回弹状况、混凝土附着状况、喷射量等);
·各种检查结果;
·修整地点及方法。
第1部 山岭隧道模筑混凝土衬砌
第1章总则 1·1适用范围
本指针提示采用喷混凝土和锚杆为主体的山岭隧道的模筑混凝土衬砌施工的一般标准。 [解释]
本指针所指的衬砌包括隧道的拱部、边墙及仰拱。采用传统方法修筑的衬砌也可以参考。 1·2衬砌的品质及作用
衬砌应与使用目的相适应,具有所需的强度、水密性及耐久性。
[解释 ]
隧道衬砌应适应铁路、公路及水路等的使用目的和使用条件,当然应具有所需的强度,并永久保持隧道的稳定,不产生龟裂、剥落、过大的变形、崩塌等,不受漏水的浸蚀和强度
降低,具有耐久性而且温度变化、干燥收缩的开裂少。同时,应研究满足隧道衬砌要求的衬砌形状、厚度、材料、施工性等,选择最经济的衬砌。
根据要求,衬砌的目的是: 1)使用性
·漏水少、水密性好的结构物;
·使用中的检查、维修等作业性好;
·水鹿隧道的场合,应提高粗度系数,提高其使用效率; ·保持隧道内的架线、照明、通风等设施。 2)强度特性
·在隧道变形没有收敛的状态下修筑衬砌时,给予隧道稳定必要的约束力; ·衬砌施工后,发生水压、上覆荷载等外力时,用衬砌加以支持;
·考虑地质的不均匀性、支护质量的离散性、锚杆的腐蚀等,增加结构物的稳定性; ·使用开始后因外力的变化和围岩、支护材料的劣化提高结构物的耐久性。 衬砌施工后在以下场合可能出现外力作用的情况: ·挖方、填土、产生土压、水压等附加荷载作用的场合; ·双设隧道和近接施工的场合;
·围岩产生下沉的场合;
·在膨胀性围岩等围岩变形收敛前不得不修筑衬砌的场合; ·其他。
混凝土衬砌设计的方法有不附加力学功能的方法和附加力学功能的方法。不附加力学功能的场合,是以上述的1)的使用性为目的的,一般都采用素混凝土。附加力学功能的场合,是期待上述2)的作用,在这种场合,基于一些方法决定衬砌的厚度、强度、钢筋数量。
用衬砌保持隧道内的设施的场合,要考虑设施的荷载,为安装而使断面缺损、埋设物等的影响,必要上应对衬砌进行适当的补强。 1·3用语定义
衬砌 仰拱
拱顶 防水材
背后约束材 脱模时强度 向上灌注方式
[解释]
衬砌的各部名称示于图1-3-1。
图1-3-1 衬砌各部的名称
第2章施工计划 2·1施工计划
(1)工程开始前,为满足工程要求(施工安全性、工期等),应基于隧道设计,并考虑施工条件及好久条件编制施工计划。
(2)基于施工计划,编制施工计划书。 [解释]
在施工计划书中,除记述一般的混凝土事项外,还应记述以下事项。
·衬砌的施工循环;
·混凝土灌注位置的变换时期; ·需要的脱模强度及确认方法; ·混凝土充填状况的确认方法; ·模板安装、拆模时的注意事项; ·故障预测及发生时的对策; ·其他。
2·2施工方法的设定
基本施工方法如下。
作为衬砌的混凝土的4,受到施工方法极大的影响。特别是混凝土的现场内的运输、灌注、捣固、养生等的方法对混凝土的性能影响很大,因此,应预先做出规定。
混凝土灌注标准的方法是采用混凝土泵。混凝土输送器因易产生离析,这里不推荐。不得已采用时,突出压力应经常保持低压,并进行时代的灌注管理。
拱顶部的混凝土,目前没有一个适当的的捣固方法。但是,拱顶部的混凝土要进行适当的捣固使之成为一体化 的密实的品质均一的混凝土。因此,拱顶部的混凝土,应根据施工状况,尽可能地进行一定限度的捣固。为了拱顶部的充填更为密实,要已经不需要捣固的自充填型的高流动的混凝土。但,高流动性混凝土的侧压变大,初期强度的发现叫晚,会延迟脱模的时间,使用时要注意。局部采用高流动性混凝土时,因使用例比较少,应注意与普通混凝土的边界的一体性等问题。
隧道内,除洞口附近外,一般湿度比较高,温度也比较稳定。没有日照的作用,也几乎不受风的影响。在这样的状态下,只要能够保持洞内的湿润状况,一般说就不需要附加的养生条件。
根据构造条件、施工条件也可以采用规定以外的方法。此时,可以本指针的施工方法为准,用适当的方法确认混凝土的品质即可。 2·3施工计划的变更
(1)施工中需要变更施工的偿还,应以满足工程要求及混凝土的品质,变更施工计划。 (2)变更施工计划时,应修正施工计划书。 [解释]
施工计划的变更,应按最小的变更条件来进行。
第3章混凝土施工性能 3·1总则
混凝土应根据施工条件、构造条件、环境条件等,使之具有符合运输、灌注、捣固等作业的施工性能。
[解释]
为了保证衬砌的尺寸、精度,应适当进行混凝土的运输、灌注、捣固和脱模等作业。这里,拌合的混凝土的性能有很大的影响。因此,应设定在各种条件下的混凝土的运输、灌注、捣固、脱模等作业的施工性能。
3·2和易性
3·2·1一般规定
拌合混凝土的和易性,应根据衬砌的形状、厚度、灌注位置、补强材的配置状况等,并考虑混凝土运输、灌注、捣固等作业易于进行等条件,在进行这些作业时应不产生材料的离析。
[解释]
隧道的拱部是很难进行充分捣固的地点,不得已可考虑采用让混凝土流动的灌注方法,但要选顶事材料难于离析的配比。特别是秘浆的多少对拱顶部背后产生空隙的大小有影响,因此,应尽可能地选定秘浆小的配比。为此,要比普通混凝土的细骨料率多些,水泥用量和混合材等的粉体两也要增加,形成富有粘性的混凝土。高流动混凝土是以流动的灌注为前提的,因流动几乎不会产生材料的离析,可研究在有材料可能离析的场合中采用。 3·2·2粗骨料最大尺寸
粗骨料最大尺寸,为构件最小尺寸的1/5,钢筋最小间距的3/4及覆盖层的3/4以下,而且应在表3-2-1的数值以下。
从获得经济的混凝土角度出发,一般采用尽可能大的粗骨料是有利的。但是,衬砌有不能充分捣固的部分,用太大的粗骨料的不合适的。因此,设定了这个限制,同时也根据过去的经验设定了粗骨料的最大尺寸。
3·2·3塌落度
混凝土的塌落度应根据运输、捣固、灌注等作业,合理地决定。
[解释]
适合作业的塌落度因衬砌的形状、尺寸、部位及补强材的配置、混的运送、灌注及捣固方法等而异。仰拱的混凝土一般采用的塌落度是8cm。边墙及拱部比一般的混凝土结构物的塌落度大些,多采用15~18cm。即使如此,拱部混凝土比一般结构物不同,其捣固作业是十分困难的。为此,可采用更大一些塌落度的混凝土,但只增加单位水量的大塌落度的混凝土,虽然灌注作业容易些,但秘浆多,粗骨料与砂浆易分离,会产生蜂窝和空洞等缺陷。从防止材料分离方面看,最好采用合适的混合剂尽量减小单位水量。
采用流动化剂和高性能AE减水剂后,用塌落度12cm的混凝土的单位水量,可以得到塌落度18cm的混凝土。因使用高性能AE减水剂塌落度即使达到18cn,与一般混凝土相比,粘性提高了,秘浆量也减小了对混凝土品质几乎没有什么损害。但是,塌落度超过18cm后,砂浆和
粗骨料易分离,而逐渐损害混凝土的品质。为此,采用流动化剂和高性能AE减水剂的场合,塌落度的上限值最好不超过18cn。
混凝土运送时间长的场合,会使塌落度降低很大,因此应考虑运送中塌落度降低,来决定混凝土的材料和配比。 3·2·4AE混凝土空气量
AE混凝土空气量应根据粗骨料的最大尺寸等,以混凝土容积的4~7%为标准。 [解释]
衬砌除寒冷地区的隧道洞口附近以外,几乎不受激烈的气象作用,,但为改善混凝土的和易性,最好采用AE混凝土。
3·3和易性
(1)混凝土的和易性,应适合泵送作业;
(2)用泵向上灌注混凝土时,应考虑灌注口的位置和角度,设定和易性。 [解释]
用泵输送混凝土时,不要造成管内堵塞,在计划的压送条件下,确保要求的压送量。同时不要使压送前后的混凝土的品质有很大的变化。和易性应根据预测压送困难或泵压送混凝土的品质有变化的场合来设定。
设定和易性时,应参照“泵送混凝土的施工指南”,对拱部及边墙混凝土,为改善和易性,应比一般混凝土的细骨料率大2%。 3·4施工时强度
(1)混凝土施工时应具有必要的强度;
(2)脱模时,混凝土应具有能够承受自重和施工谁附加荷载的必要强度。 [解释]
应该混凝土脱模时的强度还有许多不明确的地方,但至少要达到能够承受自重和施工谁附加荷载的必要强度,这是大家公认的。一般混凝土结构物可参考应该标准,但目前为了迅速倒用模板(1~2天),多采用早期脱模。为此,脱模时的强度根据隧道形状等,多以2~3N/mm2为大致标准。在这种场合和隧道形状特殊的场合,应根据计算,考虑足够的安全系数设定脱模时的强度。脱模时的强度试验其养生条件应与实际条件一致。
第4章混凝土配比设计
4·1总则
混凝土的材料和配比应满足所要求的性能。 [解释]
为满足设定的混凝土性能的要求。应进行决定混凝土材料和配比的设计。 4·2混凝土材料 4·2·1水泥、水、骨料
(1)普通波特兰水泥、早强波特兰水泥、超早强波特兰水泥、中热波特兰水泥、低热波特兰水泥及耐硫酸盐波特兰水泥、高炉水泥等均应符合国标的标准。 (2)水应采用适合上水道水的标准。 (3)骨料应符合混凝土技术规范的标准 4·2·2混合材料 4·3配比
4·3·1配比强度
(1)混凝土配比强度应根据设计基准强度、现场必要的脱模强度及混凝土品质的离散性决定。
(2)混凝土配比强度应根据现场混凝土抗压强度试验值,但其低于设计基准强度f的概率不大于5%的条件决定。 [解释]
衬砌混凝土的要求强度因围岩特性、衬砌形状、支护类型及作用在衬砌上的荷载而异,除特殊场合外,设计基准强度一般取18~24N/mm2。素混凝土取18N/mm2,钢筋混凝土取21~24N/mm。最近在大断面隧道中,采用30N/mm以上的设计基准强度。
现场混凝土的品质,一般受到骨料、水泥等品质的变动、计量的误差、拌合作业的变动等而有一定程度上的变化。因此,为了保证衬砌任何部位的混凝土抗压强度不过度地小于基准强度,视现场的施工条件,混凝土的配比强度应大于设计基准强度。必要的配比强度应根据(2)的条件决定。一般,隧道衬砌多在12~20小时左右脱模,因此,配比强度应同时满足所要求脱模时的强度和设计基准强度。
脱模后没有进行充分养生的场合,应选定配比强度大的配比,来确保所要求的品质。 4·3·2水·水泥比
(1)水·水泥比原则上应小于65%。
(2)水·水泥比应根据抗压强度、抗冻害性、对化学作用的耐久性、水密性等决定。 4·3·3单位水量
(1)单位水量在作业容许的范围内,应尽可能地小,通过试验加以确定。 (2)混凝土单位水量原则上应小于175kg/m3。 [解释]
(1)获得需要塌落度的混凝土单位水量,因粗骨料的最大尺寸、骨料的粒度及粒形、混合材料的种类、混凝土空气量等而异,应根据采用的材料通过试验确定。衬砌混凝土除仰拱外,充分捣固是很困难的,如果不比通常混凝土塌落度大,灌注时,就容易产生缺陷,试验时要充分考虑这种情况。
(2)混凝土单位水量原则上应在175kg/m以下。一般应在表4-3-1的数值以下。超过175kg/m3的场合,应采取变更配比、采用高性能AE减水剂和流化剂等措施,以确保质量。作业比较困难的场合,也不要增加单位水量,应利用高性能减水剂流化剂来增大塌落度。在夏季施工的场合,为了补偿运送过程中塌落度的减少,出厂时的塌落度要大些,但即使这样单位水量也不要超过175kg/m3。
3
2
2
表4-3-1 单位水量的限界推荐值
4·3·4配比的表述方法
配比的表述方法,原则上采用表4-3-1。
表4-3-1 配比的表述方法
注 1)使用有灰结反应和潜在水硬性的混合材时,水/水泥比改为水/结合材比
2)采用多种混合材时,F栏应分开表示 3)混合材的使用量,可用ml/m或g/m表示, 4)采用多种混合剂时A栏应分开表示。
[解释]
配比原则上用质量表示,标准配比用单位体积1m的除了用量表示。配比表应记入隧道用途、设计基准强度、配比强度、水泥种类、细骨料的粗粒率、粗骨料的种类、粗骨料的实绩率
混合剂的种类、运送时间、施工时期等,流动化混凝土、高流动混凝土等的配比表示方法,应根据各自的指南确定。
第5章制造
制造混凝土时,应根据混凝土技术规范“施工篇”的规定进行。
第6章商品混凝土
采用商品混凝土时,应根据混凝土技术规范“施工篇”的规定进行。
第7章高流动混凝土
(1)高流动混凝土的施工应充分研究材料、配比、种类、自充填性水平、流动性的保持时间、品质管理的方法等进行。
(2)采用的材料,应能够确保需要的品质。
(3)这里没有提示的事项,应根据“高流动性混凝土施工指南”处理。 [解释]
(1)高流动性混凝土是一种不损伤新鲜材料抵抗离析的高流动性的混凝土。在补强材的数量多和埋设构件多的场合,混凝土充填困难的场合以及拱顶部分的充填更确实的场合,需要研究采用高流动混凝土。
高流动混凝土根据使用的材料有“粉体系”、“增粘材系”和“并用系”3类,各有所长,应充分研究后采用之。此外,高流动混凝土的自充填性水平分为1~3的3个水平。应根据使用目的采用。拱顶部采用素混凝土时采用水平3,钢筋混凝土时采用水平2。
(2)高流动混凝土采用的各种粉体、增粘剂、高性能AE减水剂等,应根据有关标准采用。不能确认其品质时,应通过试验确认。
第8章补强材 8·1钢筋
(1)钢筋应采用与混凝土技术规范“施工篇”规定一致的产品。
(2)采用与规范不一致的钢筋,应进行试验并规定设计用值及使用方法。
[解释]
不符合规范规定的钢筋,不仅材质不稳定其形状等也有缺陷。另外,由于技术的进步也出现了比规范规定的钢筋性能更好的新型钢筋。因此,采用与国防规定不符的钢筋时,应进行试验,根据其结果判断是否采用,并规定使用方法和设计用值。
8·2纤维
(1)使用钢纤维时,应根据试验确定其品质,并规定其设计用值和使用方法。
(2)采用炭纤维、尼龙纤维、玻璃纤维等短纤维、连续纤维补强材时,应根据试验确定其品质,并规定其设计用值和使用方法。
[解释]
(1)钢纤维应根据“混凝土用钢纤维品质规格”的规格采用。
钢纤维混凝土的补强效果是钢纤维越长,效果越大,越长在钢纤维混凝土中,其长度应在30mm以上,而且在粗骨料最大尺寸的1.5倍以上。钢纤维制品其性能差异很大,使用时应通过试验确定其补强效果是很重要的。钢纤维混凝土的配比、制造及施工方法应参考“钢纤维混凝土设计施工指南”。
(2)炭纤维、尼龙纤维、玻璃纤维等的不产生腐蚀是钢材所不能比拟的。但是,纤维和树脂中有易受碱性浸蚀的物质,使用连续纤维补强材时,要确保其品质。同时,也要根据使用条件研究使用后的隧道内火灾等的品质变化、对混凝土的影响、有毒瓦斯的有无等。 8·3补强材的贮藏
(1)钢筋避免直接放在地面上,或以适当间隔放在仓库内,或放在露天,但应适当覆盖。
(2)其他补强材避免直接放在地面上,或以适当间隔放在仓库内,或放在露天,但应适当覆盖。贮藏期间中,不应产生有害的腐蚀、变质等。
第9章其他材料
9·1防水材
[解释]
防水是为了防止涌水渗透到隧道内,而在喷混凝土和衬砌间进行的一种作业。一般采用张挂防水板的方法。但是,防水板的尺寸不富裕或富裕过多会妨碍混凝土的充填而产生空洞和厚度不足等,为了不妨碍混凝土充填而且与喷混凝土密着,最好开发其他的防水材。防水板是富有耐久胸、变形跟踪性、柔软性的材料,衬砌施工时不能破损。选择时,应充分考虑基底、涌水等施工地点的条件及施工性。日本使用的防水板材料有PVC、EVC和EVA3类。其中使用最多的是EVA。如果能够确认防水板的性能也可以采用其他材料。防水板的形状有板状的和带肋的板。板状的多是复合的。防水板的厚度因材料有些不同,一般在0.8~2.0mm左右。背后缓冲材的厚度一般在3mm左右。
9·2降低背后约束材
以降低混凝土开裂为目的,在喷混凝土和衬砌间采用的降低背后约束材,应确保其品质。
[解释]
采用防水板的场合,防水板可以起到背后约束材的作用,通常就不使用背后约束材。背后约束材的施工方法有张挂法和喷射法。一般采用张挂法。
降低背后约束的板应富有变形跟踪性和柔软性,施工时不能使之破损。但是,背后约束用的板,主要是防止在混凝土灌注后早期发生的温度收缩和干燥收缩引起的开裂,因此并不要求板的连续性和长期的耐久性。背后约束用的板,使用初期阶段采用厚0.2mm的薄的聚氯乙烯板,但最近为确实地防止开裂开始采用厚一些的板如0.4mm的EVA板和厚1mm的
聚乙烯板,但如能够确认作为背后约束材的性能,也可采用其他材料。
9·3防水材、降低背后约束材的贮藏
(1)防水板、降低背后约束材,应避免直接置于地上,应置于适当的支持材上。在长期贮藏的场合,或在仓库内贮藏和在屋外施以覆盖贮藏。
(2)搬入隧道后应加以适当防护,不使破断、附着粉尘、油脂、水分等。背后缓冲材不要吸水。
第10章施工
10·1总则
衬砌混凝土的施工原则上应遵守本章的各项条款。
10·2板的张挂
10·2·1一般规定
防水板和降低背后约束用板,应采用适当方法牢固地贴付在喷混凝土表面上,不要损伤隧道的功能,而且能够充分发挥板的功能。
[解释]
防水板和降低背后约束用板,应保持材料相互间的水密性和连续性,在灌注过程中不被破损,不脱落,固定好。
10·2·2背面修整
(1)张挂板的喷混凝土表面,应进行修整,表面应平坦、而且与支护无错台,锚杆不突出。
(2)涌水地点,张挂前要采用导水等方法,进行排水处理。
[解释]
(1)喷射面凸凹显著时,正确地决定板的富裕长度是很难的。板的长度不足会产生断裂和分离,也有可能卷入混凝土中。同时,板的背后和混凝土间会有空隙,这种空隙是很难用混凝土填充的。富裕长度不足的影响在拱顶部特别明显。反之,富裕过长,拱顶部因板的挠度也是产生空洞原因之一。衬砌厚度不足,在多数场合是因板的富裕长度过度不足造成的。没有板的场合,向拱部的凹处的混凝土充填也很困难,没有特定的平滑的基准,大致标准是1m间凹的深度最好在5cm 左右。
突出喷混凝土面的锚杆头部,是板破损是重要原因,应加以处理。
(2)有涌水不仅妨碍混凝土灌注,也会造成混凝土品质的下降。灌注前要进行导水等排水处理。
10·2·3张挂
(1)板的张挂,要考虑基底的状态、板的材质及张挂时的富裕等,选择适当的方法。
(2)板的张挂,最好采用合适的作业台架。
[解释]
板应从喷混凝土面的下方顺次张挂。张挂时,应确保有一定的富裕长度。
10·2·4接合
防水板的接合,应能够确实地获得充分的止水性。
[解释]
防水板的接合可采用热溶接合或与热溶接合有同等止水效果的方法。降低背后约束用板的接合,采用重叠部用钉固定的方法。
10·3钢筋作业
(1)钢筋作业应按混凝土技术规范“施工篇”的规定进行。
(2)钢筋的设置,应与埋入喷混凝土的钢筋锚栓紧密连接。
[解释]
钢筋的设置、固定可采用钢筋作业平台,以保证钢筋架立的效率和精度。
钢筋架立的方法一般采用打入混凝土中的钢筋吊筋(图10-3-1)。
图10-3-1 钢筋吊筋例
10·4模板
10·4·1一般规定
模板应具有适合施工条件,而且能够充分承受混凝土灌注时荷载的充分强度和安全性。同时,能够正确地保持完成后的衬砌的位置、形状及尺寸,能够获得所要求性能的衬砌。
[解释]
本章所指的模板是钢模板或预制板、支持骨架(拱架)、移动平台及其附属品的总称。 模板有移动式和组装式2种。移动式如图10-4-1所示,是把支持骨架和钢板或预制板一体化,并搭载在移动台架上。这也可以称为金属模板。组装式是每次灌注都要组装、拆除拱架和钢板,通常也成为可变式拱架。不管使用那种类型的拱架,都要按设计图的形状、尺寸制造,并具有设计的强度和刚度。模板架立的精度,直接影响隧道净空的尺寸的精度,因此灌注前要充分地确认其精度。
模板长度因衬砌施工进度、混凝土灌注能力、曲线的曲率等而异,一般多采用9~12m。当然加长模板长度对进度是有利的。一般矿山法修筑的隧道衬砌厚度通常为30cm左右,模板越长,混凝土的温度收缩、干燥收缩的开裂就越容易发生,因此,模板长度(一次灌注长度)多采用10.5m。
图10-4-1移动式模板例
10·4·2荷载
衬砌的模板应考虑各种施工条件,按以下荷载进行设计。
(1)垂直方向荷载
垂直方向荷载应考虑模板及混凝土的质量、以及压送混凝土在向上灌注口作用的压力。
(2)水平方向荷载
水平方向的荷载应考虑新鲜混凝土的侧压。此时,要考虑左右灌注时的灌注高度之差。
[解释]
模板的荷载有混凝土自重、侧压及向上灌注场合的灌注口附近的混凝土的压送压力,以及模板自重等。施工时有特殊荷载作用的场合,也要考虑在内。
垂直荷载有死荷载的混凝土、模板自重和作业荷载的压送压力。
计算混凝土质量的单位容积质量,采用天然骨料的场合,取2400kg/m为标准。
向上灌注方式中,灌注最后拱顶部分(封口)时,混凝土的压送压力作用在模板上。此压力受到施工条件的控制,很难确定,一般为计算方便,计算上取0.04N/mm2。
水平方向的荷载,通常只考虑新鲜混凝土的侧压。计算侧压的方法是以单位容积质量2400kg/m3、灌注速度2m/h、塌落度10cm 以下的混凝土、采用内部捣固器灌注的场合为标准,采用下式计算。
P=7.8·10 +0.78R/T+20 ≦ 0.1(N/mm)或2.4·10 H (N /mm2) (10.4.1) 式中
p:侧压(N/mm2)
R:灌注速度 ≦ 2(m/h)
T:模板内混凝土温度(℃)
H:研究点以上的新鲜混凝土高度(m)
灌注流动性混凝土的场合、再振动的场合、采用模板捣固器的场合或采用凝结迟的混凝土的场合等,应适当增加侧压p值。
图10-4-2是一般采用是技师模板的设计荷载例。
图10-4-2模板的设计荷载例
10·4·3材料
模板采用的材料,应考虑强度、刚性、耐久性、对灌注的混凝土的影响及经济性等选择。 10·4·4设计
(1)模板应能够安全地支持作用的荷载并保持衬砌的形状及位置。
(2)模板应具有能够组装、拆除及移动,而且不漏砂浆的构造,其接头和接续部应能够确实地传递荷载。
(3)模板的设计,应有适当富裕的净空。
(4)模板应考虑混凝土的灌注、捣固、检查等,在适当的位置设灌注口和检查窗(作业窗),同时,设置能够确认厚度和拱顶部充填状况的检测用的钉。
(5)模板,应有与已灌注好的混凝土的接缝部适当重合的部分。
(6)应确保模板内作业的车辆、临时固定设备等的通行空间。
(7)模板应有设计图及记载必要的事项。
[解释]
考虑混凝土的充填性、施工性,决定灌注口和检查窗的位置和数量。
拱顶部,在距已灌注混凝土侧0.75m的位置,设仰角45~60的向上灌注口,在中央或堵头侧设交替的灌注口。
检查窗是为了确认边墙及拱下部的混凝土灌注、捣固状况在适当位置设置的。窗的大小通常为45·45cm以上。图10-4-3是检查窗设置例。
图10-4-3检查窗设置例
为了确认衬砌厚度,在模板上应设置检测钉。此检测钉在该部分会留有空隙,其构造如图10-4-4所示,要伸到板的位置。
易产生厚度不足的地点是:拱顶和堵头侧。
图10-4-4检测钉例
10·4·5移动式模板
移动式模板应能够反复使用,移动性好、能够进行移动、安装、混凝土灌注等作业,并有充分强度的构造。
10·4·6组装式模板
组装式模板应具有要求的强度、刚性的同时,并应有组装、拆除容易的构造。
10·4·7模板的移动和安装
(1)模板要正确地安装在所定的位置,混凝土灌注中固定好,不能移动和下沉。
(2)除特殊场合外,不能侵入衬砌的设计厚度。
(3)有的用轨道,应能够圆顺地移动模板。
(4)模板的移动,模板要与衬砌面离开,不能损伤已灌注的混凝土。
(5)模板的安装不能损伤已灌注好的混凝土。
25
(6)已灌注的混凝土面和模板的重合部安装时不要出现空隙。
( 7)模板面应采取适当措施,不与混凝土附着。
[解释]
如图10-4-5所示,安装模板时与已灌注混凝土的搭接处,会因荷载过大而发生开裂。因此,当发生开裂后应将该部分混凝土清除并用砂浆修补。
图10-4-5模板安装时的开裂发生例
最近为了防止这种开裂,如图10-4-6所示,在接缝处设置橡胶和发泡苯乙烯等接缝材,在脱模后将其出去。
图10-4-6 接缝例
10·4·8堵头板
堵头板应具有不能承受混凝土压力的构造,安装时不能漏浆。
[解释]
堵头板要配合凸凹的开挖面和喷混凝土,用木材和气囊等施工(图10-4-8)。堵头板应固定好,能承受混凝土压力,而且不漏浆。有防水板时应注意不要损伤板。
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图10-4-8堵头板例
10·4·9予留孔洞模板
予留空洞模板应确实地固定在要求的位置上。
10·4·10模板拆除
模板在灌注的混凝土没有达到必要强度前不能拆除。
[解释]
拆模时间对衬砌进度影响极大。拆模过早混凝土会发生开裂、堵头的混凝土会倒塌、附着在模板上的混凝土会剥离等有害的影响。拆模时混凝土的强度与隧道大小、形状、衬砌厚度、施工条件等有关,但至少要达到能够承受混凝土自重及施工中的荷载的强度才能拆模。
承受混凝土自重的强度在拱形隧道中一般达到2~3N/mm左右,可认为是安全的。而在需要更早拆模的场合、隧道形状、尺寸特殊的场合,应通过FEM计算等分析衬砌中的应力,并取一定的安全系数设定拆模时的强度。
决定拆模时间时,要掌握养生条件,试件的强度发现特性等,并确认是否达到拆模时的强度。
10·5运送、灌注、捣固
10·5·1总则
衬砌混凝土施工时,应对运送、灌注、捣固等事先做好计划。
[解释]
在混凝土工程开始之前,应考虑衬砌的功能、强度、耐久性及施工上应注意事项等,对具体的运输、灌注等方法进行仔细的规划。规划内容包括:
·工程进度;
·运输、灌注、捣固等的设备及人员配备;
·运输道路;
·灌注速度
仰拱混凝土的灌注方式一般有以下几种。
·先灌注仰拱方式
此方式是先灌注仰拱,而后全断面灌注衬砌的方法。在此方式中衬砌模板是立在仰拱上的,模板是稳定的,施工性好。是一般采用的方式。
·仰拱后修方式
此方式是在衬砌全断面完成后,灌注仰拱的方式。
·全断面灌注方式
仰拱、边墙、拱部一次灌注,在圆形水工隧洞中采用较多。 2
27
10·5·2一般规定
(1)衬砌混凝土原则上,在隧道稳定的变形收敛时刻进行施工。
(2)衬砌混凝土,应确保全周的设计厚度。
(3)混凝土应迅速运送,立即灌注,充分捣固。从拌和到灌注完成的时间,原则上,在外气温超过25时为1.5小时,在25以下时不超过2小时。
(4)运送和灌注,应不产生混凝土材料的离析。
(5)混凝土供给中断时,应采取适当措施。
[解释]
(1)矿山法,原则上是在一次支护使隧道稳定,变形收敛后修筑衬砌的。因此,需要判断隧道是否稳定,一般净空位移速度在1~3mm以下时,可判断为稳定,可以开始修筑衬砌。但在膨胀性围岩和流变变形等隧道变形长时间没有收敛的场合,可采取先修筑仰拱和补强支护等措施,并按以下一切修筑衬砌。
·增加混凝土的设计基准强度;
·采用钢筋混凝土;
·采用钢纤维混凝土。
(2)衬砌施工后发现设计厚度不足的场合,应采取回填压注等措施。
(3)混凝土应尽可能地在接近拌合状态的状态下运送、灌注。为此,运送时间要短、不使混凝土材料分离、空气量变化和塌落度下降等,而且要采用经济的方法进行。 从拌合到灌注完成的时间限度,与混凝土配比、材料、温度、湿度、运送方法等有关。如到灌注的时间过长和外气温超过25时,应研究使用延迟剂和流动化剂等。
(4)即使运送时相当注意,也易于引起材料的离析。如认为有显著的离析时,应充分的拌合成为均匀的混凝土。
(5)如混凝土供给中断时间长,会出现施工缝等损伤混凝土的品质。此时,要对施工缝进行续航力后再行灌注。施工缝在拱部,处理困难的场合,应在其硬化后破除或继续灌注,拆模后加以补强。
10·5·3运送
(1)把混凝土运送到现场,应采用有搅拌设备的车辆。
(2)采用商品混凝土时,应按有关规定办理。
(3)洞内运送时应考虑混凝土品质、灌注地点的条件、灌注量、灌注速度、作业的安全性等,选择合适的方法。
10·5·4灌注
10·5·4·1准备
(1)混凝土灌注前,应确认模板、防水板、钢筋等按设计规定的配置好。
(2)混凝土灌注前,运送及灌注设备等,应确认符合施工计划的规定。
(3)混凝土灌注前,应清扫运送装置、灌注装置及模板,防止混凝土中混入杂物。
(4)仰拱和边墙混凝土及边墙和拱部混凝土的施工缝的形状,应确认与设计相符。
[解释]
(1)混凝土灌注前,模板要按设计图确认也要确认防水板、降低背后约束材、背后排水、或补强材等均按设计配置。并确认在灌注混凝土中模板等不会移动。也要设置好检测钉。
(2)应确认是否配备好各种灌注设备及人员。一般说,先灌注仰拱的灌注顺序如图10-5-1所示。
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图10-5-1 仰拱的灌注顺序
(3)运送设备、灌注设备上可能附着旧砂浆和混凝土,有时会混入到混凝土中。模板中也可能留有木片和铁片等,为了不使之混入混凝土中,事先要进行清扫。
(4)有仰拱的隧道,仰拱和边墙的灌注缝的结构上的弱点,要确认灌注缝是否符合设计的要求。也要同样注意边墙和拱部的灌注缝。
10·5·4·2仰拱混凝土灌注
(1)仰拱混凝土,应在仰拱开挖后迅速地灌注。
(2)一次灌注长度应根据围岩条件、施工性等决定。
(3)仰拱上面的坡度很陡时,应采用模板灌注混凝土。
(4)混凝土灌注前,应充分清扫施工缝、开挖面或喷混凝土面,并做好排水。
[解释]
(1)从仰拱开挖到灌注混凝土之间,隧道是处于最不稳定的状态,根据情况开挖仰拱边墙会产生挤出和下沉,围岩条件差时,应迅速灌注混凝土。用仰拱闭合断面时,可采用喷混凝土一次闭合的方法和用混凝土直接闭合的方法。根据围岩状况、量测结果等决定。通常都采用直接用混凝土闭合的方法,但位移量就位移速度大,需要早期闭合的场合,最好采用喷混凝土一次闭合的方法。在比较良好的围岩中,没有必要急于断面闭合,可在不妨碍掌子面开挖作业的距离上,施设仰拱。
(2)一次灌注长度,在围岩差的场合,要短些。灌注位置最好与拱部灌注位置一致。在膨胀性围岩和围岩强度小的场合,与开挖下半部开挖仰拱,开挖后迅速灌注仰拱混凝土。
(3)边墙和仰拱的灌注缝,是隧道结构上的弱点,施工时要清扫喷混凝土面,清除回弹物。即使地下水较小的围岩,也要进行充分排水后,才能灌注混凝土。
10·5·4·2边墙和拱下部(除拱顶部)的混凝土灌注
(1)混凝土灌注前,应充分清扫施工缝、开挖面或喷混凝土面,并做好排水。
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(2)灌注前,向配管先送的水和砂浆不要流入到模板内。
(3)混凝土灌注应注意向上的灌注速度,而且要连续、左右对称地灌注。
(4)混凝土的下落不要超过1.5m。
(5)混凝土不要流动灌注。
(6)表面浮出的秘浆水,应采取适当方法清除。
(7)混凝土应通过有限的检查窗灌注。
[解释]
(1)混凝土灌注前应清除模板内的水。管路中残留的砂浆会降低流动性,有损混凝土的品质,清除前不能灌注混凝土。
(2)混凝土灌注速度比模板设计时预定的速度快,会造成左右混凝土的灌注高度差,模板会产生变形和移动。灌注速度和左右混凝土灌注高度差不能超过模板设计时预定的值。
(3)混凝土落下会产生离析和蜂窝。为此,灌注边墙的检查窗应设在合适的高度上。
(4)模板长度一般是10.5m 左右,从中央检查窗灌注约有5m的流动距离。混凝土流动中粗骨料会沉降而离析,为防止离析最好采用分支管和有变换阀用2~3个检查窗进行灌注。高流动性混凝土只从中央检查窗进行灌注。
(5)秘浆水混入混凝土中后会形成低品质层,而损失衬砌的均匀性和一体性。其次,从检查窗变更到学生灌注口时,已灌注混凝土面会存在秘浆水,附着在模板上形成水泡。因此,秘浆水应用设在堵头板上的排水孔排除。
(6)从检查窗进行灌注时,有可能在邻接的检查窗和正在灌注的检查窗上面的检查窗进行捣固。因此,灌注检查窗依次向高位置变更到尽可能高的位置之前,最好用检查窗进行混凝土的灌注。
10·5·4·3拱顶部混凝土灌注
(1)混凝土采用向上灌注的方式灌注。
(2)混凝土不要留有空隙要完全充填到堵头板。
(3)向上灌注口应设在适当的位置。
(4)混凝土从已灌注好的灌注口连续进行灌注。
(5)向上灌注口,灌注完成后,应封闭好,不要使混凝土流出。
[解释]
(1)拱顶部分的混凝土灌注,一般采用图10-5-2的向上灌注方式。向上灌注方式比引拔方式的混凝土充填性要好。也有采用充填性更好的挤压方式(活塞方式)的例子。
图10-5-2向上灌注拱顶施工方式
(2)拱顶部分的混凝土灌注,重要的是要不产生3离析、各个角落不残留空隙、堵头处能够完全充填。因此,混凝土要连续灌注,并从堵头板的开口处排除秘浆水和空气。 为了确实地充填拱顶部分,可以研究采用高流动性混凝土,高流动性混凝土是具有自充填性的,材料难于离析。此外,通常混凝土多少会产生秘浆而在拱顶背后产生一些小空隙。高流动性混凝土几乎没有秘浆,因秘浆引起的空隙是不会出现的。
(3)向上灌注口一般距已灌注好的混凝土侧0.75m。灌注口离开已灌注好的混凝土侧
越远,其流动流是复杂的,靠近已灌注好侧的拱部易产生空隙。因此,灌注口最好靠近已灌注好的混凝土侧。为了减少空隙中的空气,可在已灌注好混凝土侧设置排气孔(图10-5-3)。
图10-5-3拱顶部的排气孔例
(4)因事故而中断灌注时,改变了混凝土的流路,会产生空洞和厚度不足。防止这种缺陷的基本方法的向模板内连续地灌注混凝土。
模板上通常设置1~2个交替用的灌注口。
(5)灌注口的封堵一般有以下3种方式(图10-5-4)。
·百叶窗方式
·油缸方式
·潜望镜方式。
图10-5-4向上灌注口的封堵方式
10·5·5捣固
(1)混凝土捣固时,原则上采用内部震捣器。
(2)混凝土灌注后应迅速进行充分捣固,使混凝土徐徐充满模板的各角。
(3)捣固时,内部震捣器应插入下层混凝土中10cm左右。
(4)内部震捣器的插入间隔及一处的插入时间,应使混凝土充分捣固。内部震捣器应徐徐地从混凝土中拔出。
(5)内部震捣器不要用于移动混凝土。
(6)捣固时,不要使防水板、降低背后约束用板及背后排水设施等破损和移动。
[解释]
(1)捣固用内部捣固器是有效的,因此,原则上采用那边捣固器。内部捣固器要使用适合衬砌混凝土灌注的也有时采用模板振捣器的。使用模板振捣器,混凝土表面平滑美观,但有时会使气泡增加,应加以注意。模板振捣器是使模板全体振动,混凝土灌注达到拱部以后使用,对灌注的混凝土会产生不利影响,使用时要加以注意。拱顶部分不能粗内部振捣器的部分,要注意不要产生品质下降、厚度方向分离等缺陷。应研究开发适合拱顶部分混凝土的捣固装置。
(2)混凝土难于充填的部位,应仔细捣固。
(3)混凝土灌注中断的场合,再次开始时要特别仔细,捣固器应确实地插入下层的混凝土中。长时间中断时,不能确认施工缝时,就不能开始灌注。
(4)已灌注的混凝土要给以均匀的振动要规定振捣器的插入间隔和1处是捣固时间。使用振捣器时应这样的事项如下。
·内部振捣器尽可能地垂直,以一定间隔插入,其间隔一般在60cm 以下。
·振动捣固应充分,其标志是混凝土和面板的接触面出现水泥浆线。混凝土容积减少也是一个象征。
·振捣器形状、大小及数量,应根据一次捣固的混凝土容积决定。并留有备用数量。
(5)捣固作业要注意不损伤背后的防水板等。
10·6灌注缝
10·6·1一般规定
(1)灌注缝应具有设计规定的位置和构造。
(2)设计没有规定的灌注缝,应充分研究其位置、方向、施工方法等。
[解释]
混凝土供给长时间中断后再灌注混凝土时,该部分将形成施工缝而成为混凝土的弱点。特别是素混凝土,将是开裂和剥落的原因之一。因此,施工缝的形成的预计的场合时,混凝土灌注一旦中断,应设置水平灌注缝。此时,灌注缝的位置会影响衬砌的结构、功能,应充分加以研究。
10·6·2水平灌注缝的施工
(1)接水平灌注缝模板的线,应尽可能地采用水平的直线。
(2)灌注混凝土时,应完全清除旧混凝土面上的杂物、品质差的混凝土及松动的骨料粒等,并充分地吸水。
(3)根据水平灌注缝的位置,为防止以后的剥离,可采用插筋。
[解释]
与一般水平灌注缝的处理方法同样。衬砌施工时,要确实地进行施工。
10·7养生
(1)衬砌混凝土,灌注后,应保持硬化所需的温度及湿度,不要受到有害作用的影响,在适当的时期内进行充分地养生。
(2)隧道贯通后,因通风等温度、湿度可能降低,必要时应采取适当的措施。
[解释]
为发现充分的缺点和所要求的耐久性、水密性等品质,以及不产生有害的开裂,灌注后一定时间内,要在适当温度下保持充分的湿润状态,而且不要受到有害的影响。
衬砌,特别由于拆模早,不能期待在模板村置状态下的充分的养生效果。但是,在隧道内,除洞口附近外,温度是稳定的,湿度也比较高。衬砌的背后是围岩,露在大气中的只有一面。也几乎不受日照和风的影响。完成,从混凝土表面水的散失比屋外结构少得多。因此,在隧道内只要确保这种状态,就不需要格外的养生。
没有充分硬化的混凝土受到振动、冲击时,会产生开裂和损伤,因此在爆破法中,掌子面和混凝土灌注地点要保持适当的距离。
隧道贯通后通常会有风流产生,隧道内的温度、湿度将下降。如混凝土在低令状态,必要时,要设置防风板等。
第11章检查
11·1总则
(1)为了确认完成混凝土的要求性能,应规定检查体系,在施工的各个阶段进行必要的检查。
(2)本章没有规定的方法,可按混凝土技术规范“施工篇”办理。
(3)检查结果,判定为不合格的场合应采取适当措施。
11·2材料的入场检查
11·2·1混凝土材料的入场检查
(1)混凝土材料,使用前应进行试验,确认其品质。
(2)施工中必要时应进行试验,确认使用材料的品质。
11·2·2补强材的入场检查
补强材,使用前应进行试验,确认其品质。
11·3混凝土的入场检查
11·3·1商品混凝土的入场检查
(1)塌落度和空气量试验的时期及次数,应根据工程规模、混凝土品质的状态等决定。
(2)进行氯离子试验时,其方法、时期和次数,应事先规定。
11·3·2抗压强度的混凝土检查
采用抗压强度进行品质检查时,应根据混凝土技术规范进行。
11·4施工检查
混凝土作业的检查、钢筋作业的检查均应根据混凝土技术规范进行。
11·5混凝土完成状态的检查
11·5·1完成状态的管理
混凝土灌注时,事前应确认净空断面及设计厚度。
11·5·2表面状态的检查
(1)表面状态的检查,应对露出面状态、开裂的有无、施工缝的状态等用目视及器具进行。基于目视检查结果必要时应进行打击声检查。
(2)检查结果认为有异常时,应采取必要措施,
11·5·3形状、尺寸的检查
(1)衬砌完成后,要确保规定的净空尺寸、厚度,并检查不会有无有害的空洞。
(2)检查结果不合格的场合,应衬砌必要的措施。
[解释]
(1)衬砌厚度的检查,基本上用检测钉进行。检测钉应考虑隧道坡度、灌注方法等,
在施工上可能残留空隙的位置处设置。
用检测钉检测的方法如下。
·检测钉在混凝土灌注时安设在模板上规定的位置,混凝土灌注完成后4~5小时,解除附着,混凝土硬化后取出检测。
·厚度不足时,应另外用孔径32mm的钻孔确认厚度不足的范围。
·检测钉和钻孔的遗迹,原则上应处理。
(2)形状、尺寸的判定基准因隧道的使用目的而不同,需个别规定。检查结果确认不能确保厚度的场合感到为不合格,应采取适当措施。
在矿山法中,一般拱顶部分的混凝土背后留有空隙是不少的。产生空隙的场合,应采用各种方法(电磁波、超声波等),调查空隙的范围和大小,必要时要进行回填压注等对策。
进行压注时考虑隧道的功能,或者压注到板处为止,或者破坏板压注到板后,要经过研究后实施。
11·5·4强度检查
(1)必要时应进行强度检查。强度检查,以采用反弹硬度法等非破坏检查方法为标准方法。
(2)检查结果不满足规定的性能的场合,应采取必要的措施。
[解释]
强度检查以采用回弹仪等非破坏检查方法为标准。进程结果不能满足强度性能的场合,视需要进行补强。
11·5·5覆盖层检查
(1)表面检查的结果,认为覆盖层有不足的徵兆时,应用非破坏检查方法进行覆盖层的检查。
(2)检查结果不合格的场合,应衬砌必要的措施。
第12章工程记录
施工中,应对作业的进度、施工状况、养生方法、天气、气温、品质管理及检查等进行记录,施工记录应长期保存。
[解释]
施工记录是隧道维护管理的基础资料,对技术进步是有用的。
以下项目对衬砌的特别重要的。
·混凝土灌注前的围岩变形状况;
·隧道内的环境(温度、湿度、通风等);
·距掌子面的距离;
·防水材、降低背后约束材的材料、张挂方法;
·混凝土品质;
·灌注状况(灌注开始、完成时间、有无中断、混凝土灌注位置、灌注量);
·拆模时的材令;
·养生状况;
·各种检查结果;
·修补地点和方法。
第4部 衬砌混凝土的开裂对策
第1章总则
(1)在山岭隧道衬砌和盾构隧道的二次衬砌(以下均称为衬砌)中,对有害的开裂采取必要对策的场合,应尽可能地防止施工时的开裂的发生。
(2)在第4部中,以起因于材料、环境及施工的开裂为对象,不包括因偏压等外力造成的开裂。
[解释]
一般说,隧道衬砌是由拱或环形构造为主体的受压构件构成的,预计不会因荷载而产生开裂的结构,在设计阶段一般都不采取防止开裂的对策。但是,即使在没有外力作用的条件下,混凝土的开裂有时也是很难避免的。衬砌不管是纵向还是环向都比断面厚度大得多,同时全周的外缘还与喷混凝土或管片接触,变形受到约束的结构。约束混凝土收缩变形的场合,有时会产生拉伸开裂。衬砌施工,是在狭小的空间内进行的,灌注和捣固等作业是不容易的,如果施工不慎就会产生开裂或缺陷。
这些开裂,因混凝土中一般不配置钢筋,如果多种开裂扩大、劣化,呈3维状态时,就困难剥落、掉块。
因此,设计时或施工时要尽量避免洋害的开裂的发生。
第2章开裂的种类和对策
2·1总则
衬砌混凝土起因于温度和干燥收缩等材料及环境的开裂外,也有起因于施工方法的开裂。采取开裂的对策时,应划分各自开裂的种类和主要的发生原因。
[解释]
混凝土衬砌会因材料、环境、施工等原因而产生各种各样的开裂。不管何种原因,都要采取对策,来减少或控制开裂的发生。
2·2起因欲材料、环境的开裂
起因于混凝土水化热和气温变化的温度收缩及干燥收缩在变形受到约束的场合易于发生开裂,要研究相应的对策。
[解释]
混凝土衬砌中发生的开裂因约束温度收缩及干燥收缩而产生的开裂模式示于图2-2-1。
图2-2-1 材料、环境引起的开裂模式。
模式①的开裂易在拱顶部附近及拱下部范围内发生,大约沿隧道纵向呈直线分布。模式②的开裂是与隧道纵向成直角方向分布的,易在起拱线和变断面处附近,几乎以规则的间隔产生的,但也有沿隧道全周发生的。模式③是在施工缝附近,沿隧道纵向发生的,长度比较
短,间隔规则。模式④是随机方向的开裂或呈龟甲状或网目状分布,易于在拱部发生。这些模式的开裂,也有贯通整个衬砌厚度的。在模式④的开裂中,有与游离石灰不同的胶状物析出时,可能怀疑是碱性骨料反应所致,不在本章研究的范围。
这些开裂都是伴随温度收缩和干燥收缩而产生的。但几乎都达不到显著损伤衬砌功能的程度,如有贯通的开裂从防水和耐久性角度看,或形成3维交差的开裂有可能掉块的场合,就应该采取对策。
作为对策主要是选择材料和配比,以及缓和约束收缩变形的措施。
2·3因施工方法易于发生开裂的场合,有必要采取相应的对策。
[解释]
因施工方法产生的开裂模式示于图2-3-1。
图2-3-1 起因施工的开裂模式
模式⑤的开裂是在施工缝附近,沿已灌注好的混凝土的上部的模板接触面,因安装或拆除模板时的过大压力而发生的。
模式⑥是在盾构衬砌中发生的。
模式⑦的开裂是沿水平方向或混凝土流的方向分布的,易在捣固难的拱上半部,在灌注中断的界面上发生的。
模式⑧是在混凝土表面不易发现而在断面内部的局部发生的,是因模板下沉或模板与混凝土附着不良等原因造成的。
第3章开裂对策
3·1混凝土材料
(1)在获得需要品质混凝土的范围内,应尽可能地采用水化热小的水泥。
(2)为减少开裂采用混合材时,应确保其品质。
[解释]
(1)一般山岭隧道的衬砌混凝土多采用波特兰水泥,在盾构隧道中,多采用早强波特兰水泥。年为了控制起因于水泥的水化热的温度收缩引起的开裂,在可选择的水泥中,应尽量采用水化热小的水泥。如中热波特兰水泥、低热波特兰水泥、高炉水泥等。也开发出添加混合剂的3成分的水泥。一般说,衬砌 厚度在20~50cm左右,是比较薄的,采用低发热的水泥,对大体积混凝土没有显著的效果,但在一定程度上能够降低开裂的发生。
采用低发热水泥的混凝土,初期强度比普通波特兰水泥发现较迟,应对拆模时期进行研究。
(2)高炉矿碴微粉末具有延缓水化热发生速度的效果,品质好的粉煤灰有水化热还是温度上升小的特点。同时也可利用特殊的水化热控制剂来控制温度上升速度和温度上升量。 3·2混凝土配比
混凝土配比在确保所要求性能的范围内,应尽可能地减少单位水泥量和单位水量。
[解释]
混凝土的发热量与单位水泥量成正比。单位水量小,能够降低干燥收缩。因此,为降低混凝土温度上升和干燥收缩、降低开裂,应尽可能地采用单位水泥量、单位水量,来确定配比。
3·3混凝土养生
混凝土养生时,应根据开裂控制的计划进行,对混凝土温度急湿度进行适当的管理。
[解释]
隧道洞内,除洞口外一般湿度比较高,温度也比较稳定。没有日照作用,也几乎不受风等的影响。因此隧道内保持有适合混凝土养生的湿润状态,一般不需要附加的养生。但是,隧道贯通后的通风等使环境发生变化的场合,应采取设置防风板等措施。
在因温度应力而发生开裂的场合,应根据条件,采取措施使混凝土构件内外的温度差不要过大,使构件的温度下降速度和干燥收缩不要过大。如设置养生门或在灌注区间的前后覆盖养生板等。
3·4降低背后约束材、防水板
喷混凝土和管片与衬砌之间应设降低背后约束材和防水板。
[解释]
山岭隧道一般都使喷混凝土和衬砌间分离,不约束衬砌的收缩变形,这已为实践所证实。一般说,要设置降低背后约束材,但有漏水的场合,最好设置防水材。此对策,虽然不能够完全控制温度及干燥收缩引起的开裂,但可以极大地减少开裂。
3·5开裂诱发缝
混凝土灌注长度大的时候,应在隧道轴向或纵向设置开裂诱发缝。
[解释]
在衬砌拱的上半部易于产生隧道轴向开裂,在一次灌注长度大的场合易于产生隧道环向开裂。特别是,喷混凝土和衬砌间没有降低背后约束材的场合,更为显著。此种开裂从材料和配比上衬砌对策是比较困难的,因此,在一定间隔设断面缺损部分,来诱发开裂,从而开展其他部分的开裂,对开裂部分进行事后处理。这种方法是比较容易的。开裂诱发缝的间隔受到隧道断面尺寸、衬砌厚度、灌注温度的影响极大。一般说,沿隧道轴直角发现社的缝,从仰拱到拱顶的高度为H时,以H~2H为大致标准。开裂诱发后为防止漏水,应进行补修。 3·6补强材
补强材应采用品质良好的产品
[解释]
即使衬砌发生开裂,但没有扩大到有害的宽度,对衬砌的功能的影响是不大的。为了控制开裂宽度,应采用耐腐蚀好的钢纤维、尼龙纤维、钢纤维、炭纤维等短纤维混入混凝土中,是比较有效的,但其配比和强度特性等应提高试验等确认。
3·7灌注施工缝等
在灌注接缝处应设施工缝。
[解释]
为防止安装模板时,灌注周边发生的开裂,在灌注部应设施工缝。即,在已灌注混凝土与模板重叠部分设比缝深度高些的橡胶和发泡苯乙烯或海绵等接缝材充当模板,就能够防止已灌注混凝土端部过大的荷载的作用。