隧道二次衬砌混凝土高频振捣试验工艺总结

新建兰新铁路第二双线xx段XXXX标段隧道二衬高频振捣试验工艺总结xxx局集团有限公司兰新铁路xx段项目经理部2011年11月25日目录HYPERLINK\l"_Toc309978874"一、高频振捣系统介绍2HYPERLINK\l"_Toc309978875"1、高频振捣系统工作原理及特点2HYPERLINK\l"_Toc309978876"2、普通附着式振捣器与高频振捣器的区别3HYPERLINK\l"_Toc309978877"3、目前高频振捣系统应用情况3HYPERLINK\l"_Toc309978878"二、兰新二线二衬砼施工现状3HYPERLINK\l"_Toc309978879"1、施工现状4HYPERLINK\l"_Toc309978880"2、xx公司专家咨询意见及要求4HYPERLINK\l"_Toc309978881"三、高频振捣器设备选型及工艺确定5HYPERLINK\l"_Toc309978882"1、设备选型5HYPERLINK\l"_Toc309978883"2、安装及调试6HYPERLINK\l"_Toc309978884"（1）布置方式6HYPERLINK\l"_Toc309978885"（2）固定方式6HYPERLINK\l"_Toc309978886"（3）试振7HYPERLINK\l"_Toc309978887"3、操作方法8HYPERLINK\l"_Toc309978888"四、现场试验情况及需要注意的问题10HYPERLINK\l"_Toc309978889"1、试验对比情况10HYPERLINK\l"_Toc309978890"（1）插入式振捣器10HYPERLINK\l"_Toc309978891"（2）高频振捣器试验情况10HYPERLINK\l"_Toc309978892"2、需要注意的问题12HYPERLINK\l"_Toc309978893"五、工艺改进及推进计划14HYPERLINK\l"_Toc309978894"1、工艺改进14HYPERLINK\l"_Toc309978895"2、推进计划14隧道二衬高频振捣试验工艺总结一、高频振捣系统介绍1、高频振捣系统工作原理及特点高频振捣系统由高频振动电机和高频变频柜组成。（1）高频振动电机利用高速旋转电机带动两端偏心块产生离心力，通过固定在模板上的电机产生高频共振，从而得到激振力和冲击力，使混凝土得到充分振捣。高频振动电机的电源由高频变频柜提供。（2）高频变频柜由电子变频机芯和部分电器原件共同组成。工业电源输入变频器经过机芯内的交流模块，交流电阻、电容和许多电器原件来逆变成直流模块输出，转变成所需要的频率和电压。该系统操作简单，具有过流、过压、过载、断相保护及自我报警等功能，大大降低了设备损坏率和维修费用。图1高频振动器图2高频变频柜2、普通附着式振捣器与高频振捣器的区别（1）附着式振动器技术参数如下：型号电源(ph/Hz/V)振动频率(Hz)电机功率(kW)激振力(KN)质量（kg）安装孔尺寸（长×宽）mmB113/50/380481.1526170×176160×166B153/50/380481.5738170×176160×66B223/50/380482.21053159×210（2）高频式振动器技术参数如下：型号功率(KW)输入（ph/V/HZZ)激振力(KN)振频(HZ)振幅(mm)重量(kg)ZFK-15001.53/380/550111501.321ZFK-200023/380/550131501.322从技术参数可以看出，无论从激振力还是振频，高频振动器的性能都要优于普通附着式振动器，更能达到振捣效果。3、目前高频振捣系统应用情况图3应用于T型梁图4应用于轨道板图5应用于轨道板高频振动器目前广泛应用于高速铁路的箱梁、T梁、轨道板，高速公路的T梁、箱梁、工字梁、空心板梁，水电大坝等大型水泥构建的预制和建设，从使用效果来看，高频振捣系统具有振频高、激振力大、辐射范围大、振幅小、工作效率高、寿命长等特点，可大大提高混凝土的密实度和表面光洁度。另外由于高频振动器振幅小，可减小钢模板形变，延长钢模板使用寿命。目前未见应用于隧道二衬混凝土振捣的先例，没有现成的经验可供借鉴，有必要将高频振动器引入隧道二衬施工领域，进行研究和试验。二、兰新二线二衬砼施工现状1、施工现状兰新铁路第二双线xx段沿线地质条件复杂，气候环境恶劣，集高原、高寒、冻融、风蚀等自然灾害于一体，二衬混凝土施工质量是兰新铁路xx段隧道施工控制的重大问题。目前全线二衬混凝土施工捣固方式基本采用插入式振捣棒结合普通附着式振动器的方式进行，而且由于现场工人对于附着式振动器时间不易控制，容易造成过振，出现“砂线”，很多时候附着式振捣器成为摆设。而完全依靠传统的插入式振捣棒振捣有以下弊端，二衬厚度较小，一般只有35cm～55cm厚，台车混凝土窗口间距较大，插入式振动棒无法全面覆盖，容易造成漏振；而且在有钢筋衬砌中捣固更是不易，即使捣固也是窗口左右50～80cm范围，两窗口间的混凝土捣固不到位。因此脱模后二衬表观质量较差，边墙容易出现蜂窝麻面、露骨的情况，拱顶则经常会出现脱空现象，混凝土强度及电通量难以达到设计要求。2、xx公司专家咨询意见及要求针对兰新二线隧道二衬施工现状，xx公司召集国内知名专家进行专题研讨，会议一致认为混凝土浇筑过程振捣质量是影响混凝土强度的关键因素。振捣的目的是减少混凝土内部的孔隙，并使混凝土与钢筋及预埋件紧密结合，从而保证混凝土的最大密实度，提高混凝土质量。为改变目前二衬混凝土存在的问题，提高混凝土表观质量及实体质量，xx公司要求二衬混凝土浇筑应逐层振捣密实，并建议在钢筋砼衬砌段，采取以附着式振捣为主（采用带电子控制柜的高频振捣系统），插入式振捣为辅的振捣方式。按照xx公司安排，xxx局XXXX标一工区在陈家山隧道进口二衬台车安装了高频振捣器，为全线推广使用高频振捣器进行试验和总结。三、高频振捣器设备选型及工艺确定1、设备选型目前市场上有多种型号高频振捣器，例如：CGZ-110、CGZ-150、ZKF150-15、ZKF-150-20等，通过比较，最后选用ZKF150-15型作为隧道台车用高频振捣器，原因如下：（1）隧道台车模板厚度一般在10mm左右，二衬混凝土的厚度在400～600mm，ZKF150-15型的高频振动器比CGZ系列的激振力大，穿透力强，能使混凝土的振捣达到最佳效果。（2）ZKF150-15型的高频振动器可以和DBP系列变频柜配套使用，可对振动器的激振力大小进行调整，输入电压可适当放宽、振捣时间也可以通过变频柜进行控制。（3）ZKF150-15高频振动器和配套变频柜的结合，方便工人通过操作和监控变频器来控制振动器，操作过程相对简单方便。（4）ZKF150-15型高频振动器比CGZ列高频振动器使用寿命更长，这是因为ZKF系列高频振动器是采用偏心块、轴承转动来得到离心力，而CGZ系列采用轴和振套行星滚动敲打原理来产生振动，这样会使振动电机过早过快发热导致寿命缩短。（5）DBP系列变频柜可根据振捣器的台数定制配套使用，考虑每组台车安装40台，因此采取一拖20的组合模式，左右侧各用一台变频柜控制20台高频振捣器。2、安装及调试（1）布置方式高频振动器平面布置间距一般为2.0m左右；以长度12m模板台车为例：纵向布设5台；环向布设在上下层入灰口（砼注入窗口）中部处；环向共10层（共需50台）,分层错位布设，拱部间距稍大。振动器底座采用厚16mm钢板加工制作，宽度为200mm,长度根据上下槽钢间距确定，螺栓连接紧固，经常检查，防止松动（安装布置图如下）。（2）固定方式图6采用一个螺栓固定图7采用二个螺栓固定ZKF150-15高频振动器体积小，重量轻（仅21KG/台），每台振捣器在模板上仅需一个或者2个螺栓固定即可使用。但由于高频振动器激振力强，地脚螺栓必须有足够的强度并与钢板拧紧，钢板再与台车模板通过肋板焊接在一起，在振捣作业前，必须锁紧夹具，以保证模板和混凝土与台面一起振动。高频振动器与模板台车按照布置图安装、固定完成后，振动器与电控箱采用截面不小于16mm²的铜线连接，并通过16A工业插头连接到电控箱上，振动器外壳应可靠接地或接零，高频变频柜主电缆线采用最小截面6mm²以上铜线连接。变频器内部参数出厂时已设定完毕，无需调整。（3）试振高频振动器与模板台车按照布置图安装固定完成后，振动器与电控箱采用截面不小于1.5mm²的铜线连接，并通过16A工业插头连接到电控箱上，振动器外壳应可靠接地或接零，高频变频柜主电缆线采用最小界面不得小于6mm²铜线，变频器内部参数出厂时已设定完毕，用户不用更改。在上述准备工作完成以后，第一次使用前，检查控制系统是否正常，断开变频柜前面工业插座上面的各路控制振动器的空开开关。接通变频柜上的总电源，打开总开关，确认电压表、电源指标灯显示是否正常，按变频柜上面板的启动按钮进行启动，看上面的运行指标灯是否运行正常。变频柜的启动属于软启动特性，振动器从启动到结束经历一个由低速到高速，然后匀速转动工作，最后自由停止的过程。如果在运行过程中，操作错误或电源缺相及其他原因造成变频器故障蜂鸣报警，需按面板上的故障复位按钮来恢复到正常状态，系统才可重新启动。经过调试正常后即可投入现场使用。3、操作方法四、现场试验情况及需要注意的问题1、试验对比情况（1）插入式振捣器陈家山隧道二衬混凝土前期施工均采用插入式振捣器振捣。该方法对于素混凝土地段振捣效果较好，而对于钢筋混凝土，由于钢筋干扰影响，两层窗户中间无法满足振捣棒“垂直插入、快插、慢拔、三不靠”要求，造成局部漏振，混凝土表面出现蜂窝、麻面及强度不一致等质量缺陷。图8采用捣鼓棒振捣示意图及未振捣好的混凝土表面照片（2）高频振捣器试验情况高频振动器在陈家山隧道进口安装完成后一直使用，目前共进行3次试验，情况如下：①、第一次使用情况：采用对称、连续浇筑，并分层振捣，第一层和第二层窗口均采用溜槽灌入，其他层窗口采用混凝土泵管直接泵入。所有窗口首先用捣固棒振捣分层振捣拉平，待一窗浇筑完成后关闭窗口，开动第一排高频振动器同时振动10秒，然后继续灌注；第2、3、4排及拱顶的振动器由于担心同时振动会爆模，因此采取每个振动器单独振动15秒的模式进行。脱模后发现一窗以下的混凝土表面局部有蜂窝现象，一窗以上混凝土表观质量较好，混凝土面有光洁度。事后进行原因分析，判断主要是由于由于振动器从启动到匀速转动有一个时间过程，大约3秒多，而从匀速到减速也有一个过程，约2秒，因此实际振动过程也就5秒左右，因此第一窗振捣效果不太理想，而一窗以上部位振捣效果较好。事后进行原因分析，判断主要是由于振动器从启动到匀速转动有一个时间过程，大约3秒，而从匀速到减速也有一个过程，约2秒，因此实际振动过程也就5秒左右，因此第一窗振捣效果不太理想，而一窗以上部位由于振捣时间较长，效果较好。图9一窗以下混凝土表面照片图10一窗以下混凝土表面照片②、第二次使用情况：采用对称浇筑、分分层振捣，第第一层和第第二层窗口口均采用溜溜槽灌入，其其他层窗口口采用输送送管直接泵泵入。所有有窗口首先先采用振捣捣棒振捣分分层摊平，待待混凝土浇浇筑到振动动器上方11m高处，开开动当前高高度下的整整排高频振振动器，同同时振动15秒，然后后继续灌注注。由于在在一窗混凝凝土浇筑时时现场发生生堵管，造造成混凝土土浇筑不连连续，在一一窗振捣前前混凝土出出现初凝，脱脱模后发现现一窗以下下的混凝土土由于初凝凝后振动出出现波纹及及平整度差差等情况，并并有泪痕出出现；一窗窗以上混凝凝土振捣效效果较下部部好。③、第三次使用情情况：采用对称浇筑，并并分层振捣捣，第一层层和第二层层窗口均采采用溜槽灌灌入，其他他层窗口采采用输送管管直接泵入入，待混凝凝土浇筑到到高出振捣捣器约1mm处，开动动该排高频频振动器同同时振动15秒，脱模模后观表面面整体平整整度及光洁洁度较好。（3）取芯强度对比比情况在DK245+8878~8890（为采用用振捣器）及及在DK2445+8990~9002（采用振振捣器）取取芯三组（芯芯样如图11），进行行强度抗压压试验，结结果如下：：图11无振捣器器混凝土芯样样图12振捣捣器位置混混凝土芯样图13振捣器器之间混凝凝土芯样里程施工日期取芯部位设计强度（MPPa）56d换算强度度（MPa）245+8788~89002011-111-13一窗下1米，无无高频振捣捣器C3530.6245+8900~90222011-111-18一窗高频振捣器器位置C3536.9245+8900~90222011-111-18一窗振捣器之间间C3535.2由上表可以看出出，采用振振捣器振捣捣后强度较较无振捣器器强度有提提高，芯样样也明显振振捣密实，气气泡少。2、需要注意的问题题（1）由于高频振捣捣器采用螺螺栓固定，因因此每次混混凝土浇筑筑前要对所所有的螺母母进行检查查并拧紧，避避免振捣器器使用过程程中脱落。（2）使用高频振动动器模板有有一定的振振幅，因此此要求对模模板进行加加固检查，为为避免台车车发生偏移移，台车两两端丝杠以以斜撑方式式进行加固固。（3）在第一次使用用前，应检检查控制系系统是否正正常。程序序如下：接接通控制操操作柜电源源，确认电电源指示显显示正常；；断开所有有预置开关关，启动控控制操作柜柜。再依次次启动，检检查振动器器是否工作作正常。（4）系统采用变频频控制器控控制，电机机启动为软软启动特性性，在振动动器启动后后，不允许许在中途增增加启动其其他振动器器。（5）在砼浇筑前应应认真检查查模板台车车就位是否否符合要求求，检查项项目包括台台车空间位位置、结构构尺寸符合合设计要求求，堵头板板加固牢靠靠，走行部部分锁定，底底部支撑牢牢固、不漏漏浆。（6）严格二衬浇筑筑工艺，坚坚持“对称、分分层、连续续、振捣”之原则，严严格值守制制度，禁止止违规操作作。（7）振动时间的确确定：在二二衬混凝土土浇筑过程程中，应根根据模板刚刚度、振动动器安装位位置、混凝凝土坍落度度、振动器器台数等具具体情况来来确定。根根据现场实实际情况，在在浇筑到第第一层入灰灰窗口下缘缘时，人工工配合插入入式振捣棒棒摊平混凝凝土表面，启启动控制操操作柜面板板上的开关关，分层分分组振动；；若坍落度度在16-188cm时，振振动时间宜宜设置为25-440秒；振动动第二层时时可按以上上方法依次次进行；但但应注意下下层不能复复振。（8）砼搅拌和运输输时间要严严格控制，和和易性要好好，坍落度度应适当。（9）在变频器启动动进行中严严禁拔插连连接振动器器16A工业业插头，由由于变频器器是采用软软启动，振振动器直接接通电启动动会产生极极大的扭距距，从而造造成振动器器损坏，瞬瞬时冲击电电流过大也也易击穿变变频器整流流桥而产生生爆炸。五、工艺改进及及推进计划划1、工艺改进由于目前台车安安装的高频频振动器数数量一共40台，总共试验3板混凝土土，对整个个工艺的掌掌握还处于于摸索阶段段，因此，有有必要进一一步继续开开展相关研研究，掌握握最佳振捣捣时间及振振捣的顺序序（单排一一起振捣好好，还是单单个分别振振捣好）。2、推进计划根据目前初步振振捣效果，采用高频振捣器能提高混凝土振捣效果及强度，计划在12月底前对管段内所有二衬台车安装高频振捣器，目前每组台车振捣器设备及安装费用约7万元，分项如下：振捣器：7300元/台×40台=292200元1拖20控制柜：180000×22＝360000元16mm2电缆缆：8000m×3..5元/m＝2800元6mm2主电缆缆：50mm×8.6元/m＝430元钢板：50块××50元块＝2500元螺栓：100个个×3.5元/m＝350元合计：712880元由于振捣器用量量较大，因因此有必要要进行市场场调研，在在确保产品品质量的前前提下降低低采购单价价从而控制制总成本。附件：隧道衬砌混凝土土高频振捣捣系统及施施工要点1、使用高频震动动系统的目目的传统的采用插入入式振捣棒棒震动二衬衬混凝土有有以下弊端端，二衬厚厚度较小，一一般只有335cm～～55cmm厚，台车车入混凝土土窗口一般般只有500cm左右右，人员出出入不便，操操作空间狭狭小，而在在衬砌