天山胜利隧道敞开式TBM湿喷系统堵管原因分析及对策

陆帅，彭飞

（中交天和机械设备制造有限公司，江苏 常熟 215557）

0 引言

乌鲁木齐至尉犁高速公路全长324km，高速公路穿越天山，天山胜利隧道是全线重点控制性工程。天山胜利隧道设计为分离式隧道，净空11.0（宽）×5.0m（高）。左线隧道长度22630.00m，最大埋深约1141.37m；右线隧道长度22690m，最大埋深约1144.33m。中导洞采用TBM施工工法，开挖直径8430mm。隧道呈人字坡形式，坡度+1.6%和-0.5%。

天山胜利隧道中导洞采用中交天和自主研发的TBM进行施工，TBM上配置的混喷装置是机、电、液一体化设备，采用两台瑞士生产的Aliva-272湿喷泵，单台最大流量20m3/h，最大出口压力8MPa，在L1区配备两个应急混喷喷头，在L2区配备2个机械手喷头，可覆盖9.5m长，240°范围内的喷混要求。由于中导洞在贯通后才进行二衬施工，中导洞还将为两边主洞爆破法施提供作业面，所以对混喷的质量要求较高，TBM施工速度较快，同时对初支喷混的施工效率也提出了更高要求，TBM湿喷系统有别于传统的湿喷台车，具有管路长、线性复杂，与掘进施工同步进行等特点，因此如何控制喷混系统的完好率，提高喷混作业的效率是本工程成败的关键[1]。

本文将对喷混试验段施工作业过程中堵管原因做了全面总结分析，并对相关问题采取的相关措施，从而大大提供了施工效率，为后续施工创造了有利条件。

1 湿喷混凝土技术原理

TBM湿喷混凝土施工技术，是将搅拌好的混凝土送入湿式喷射机，用压缩空气在喷嘴处与从计量泵压到喷嘴的速凝剂进行混合后喷到围岩上，从而进一步加强对围岩的支护能力，保证施工安全的一种施工方法。

2 堵管原因分析及对策

喷射混凝土作业过程是由各个环节相串联的因素组成，所以造成混凝土堵管的因素是多方面的，该问题是个系统性的问题，每一个小的环节都会造成堵管从而导致施工不畅[2]。本工程在进行试验段施工时管路极易发生堵塞，给连续施工造成很大的困扰，通过对输送管路、混凝土配合比及施工操作流程等方面原因分析，并采取了相应的优化对策。

2.1 管路原因分析及对策

喷混系统配置两台瑞士生产的Aliva-272湿喷泵，混凝土输送管路各长50米，管道外径89mm，壁后4.5mm，泵口与喷混桥段采用软管连接，直线段钢管连接，在试验段施工中经常出现堵管，尤其在管路接头，软硬管连接段[3]。

经总结排查原因分析得出堵管的几点影响因数：输送管路密封不严也是造成堵管的一个因素，输送管路密封不严导致混凝土浆中较稀部分从缝隙中漏出，而靠近管卡处浆液稠，增加输送难度；管路的流线型对于混凝土的顺利输送也很重要，特别是对于焊接硬管，焊缝凹凸不平，或焊缝过于集中，加上处于变径处、弯折处，流线型上的不合理效果会放大。

图1 混喷管路布置图

根据影响因数针对性采取了相应措施：排查更换管路接头，从几个方面检查、控制：①零件检查，确保胶圈及配套管卡，法兰尺寸正确；②安装检查，安装好后，管卡卡缝＜3mm；③效果检查，泵水时至少呈滴水状，间隔＞3s。排查管路的线型，尤其是软管，主要从几点排查、控制：①应满足压力要求、尺寸合理、质量轻、折弯半径小。在满足输送压力要求和管内径、接头尺寸的前提下，应尽量选择质量轻、折弯半径小的输送软管；②检查管路内侧磨损，有无钢丝或其他凸起，将软管平直摆放到一平面上，一端用灯光向里面照射，从另外一端进行观察[4-6]。

2.2 配合比原因分析及对策

配合比设计：喷射混凝土，设计强度等级C25，坍落度要求80～120mm。

水泥：选用新疆和静天山水泥有限责任公司生产P•O42.5普通硅酸盐水泥。

细集料：选用项目现场砂石加工厂生产的机制砂。

粗集料：选用项目现场砂石加工厂生产的碎石。

水：自来水。

外加剂：采用山西康特尔精细化工有限责任公司生产的KTPCA聚羧酸高性能减水剂。

速凝剂：采用中交二航武汉港湾新材料公司生产的CP-YS无碱型液体速凝剂，掺量8%。

表1 优化前喷射混凝土配合比

通过前期试验段现场施工情况来看，由于本项目客观条件限制采用机制砂拌制，现场混凝土粘聚性、保水性、流动性较差，目测比较干涩，易于堵管，尤其在堵管部位混凝土失水很严重，处于离析状态。通过试验段的总结，对混凝土配合比进行了一些优化，主要采取提高5%砂率、惨加10%粉煤灰进行了、对塌落度设计调整至100～140mm，提高砂率增加混凝土的流动性，优化粗细骨料的集配，掺加粉煤灰以形成混凝土的“滚珠”效应，调高混凝土的泵送性能。

考虑到惨加粉煤灰后与外加剂和速凝剂反应有一定影响，因此对适应性也进行了调整试验，通过试验室试配各项指标均满足设计要求，现场工作性及相关指标较好满足施工需求。

2.3 施工操作原因分析及对策

表2 优化后喷射混凝土配合比

试验阶段喷混施工由于设备、人员处于磨合阶段，存在施工操作原因造成的堵管也比较频繁，通过总结分析存在几点不足：①操作人员注意力不集中，未能按照规范流程处理突发事件；②泵送速速控制不当；③泵车料斗余料控制不当；④泵送暂停时间较长时，未采取有效措施；⑤清洗管路未清洗干净[7]。

通过原因分析制定了相关对策：①对关键流程制定了相关操作流程的作业指导书并进行技术交底，如遇到泵送压力发生陡增现象，应立即停泵进行2～3次反泵，如仍不畅通，立即清洗管路，避免堵塞严重。②泵送时速度控制避免忽大忽小，开始泵送时速度应循序渐进待管路顺畅喷混正常后逐渐提高。③泵车料斗余料不足泵口急易吸入空气造成管路堵塞，当混凝土供应不足时应降低泵送速度，保证料斗余料高度超过搅拌叶。④当其他因数发生停机时，应每隔3～5min泵送一次，保证管道混凝土工作性，防止板结。⑤一个工作班结束后，管路清洗要严格按照操作流程确保清洗干净，避免发生堵塞。

此外，还应加强混凝土过程管控，主要有有两方面：一是加强原材料检测，进入搅拌站的所有原材料严格进行质量检测手段对每批次的材料按照规范要求进行检测，杜绝使用不合格材料拌制混凝土；二是加强生产过程管控，勤检测砂石料含水率，必须按照施工配合比进行配料，定期校核搅拌楼计量系统，保证配料准确，还应根据季节气温变化控制混凝土塌落度，严禁现场随意加水[8]。

3 结论

本文基于天山胜利敞开式TBM湿喷系统在试验段施工中，在湿喷作业时易于堵管的原因进行了分析并采取了相应对策，并得到了很好的应用，为其他类似工程提供了良好的参考价值，其他工程由于外界条件的变化，造成堵管的原因可能远远不止这些。但只要我们严格按照操作流程，加强过程管控，对每一次堵管的原因进行总结分析并采取对策，就一定能避免发生或少发生堵管，从而提高施工效率。