隧道二次衬砌混凝土高频振捣试验工艺总结_secret

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

一、高频振捣系统介绍 ................................................................................................................. 2 1、高频振捣系统工作原理及特点 ........................................................................................... 2 2、普通附着式振捣器与高频振捣器的区别 ........................................................................... 3 3、目前高频振捣系统应用情况 ............................................................................................... 3 二、兰新二线二衬砼施工现状 ..................................................................................................... 3 1、施工现状 ............................................................................................................................... 4 2、xx公司专家咨询意见及要求 ............................................................................................... 4 三、高频振捣器设备选型及工艺确定 ......................................................................................... 5 1、设备选型 ............................................................................................................................... 5 2、安装及调试 ........................................................................................................................... 6 （1）布置方式........................................................................................................................ 6 （2）固定方式........................................................................................................................ 6 （3）试振................................................................................................................................ 7 3、操作方法 ............................................................................................................................... 8 四、现场试验情况及需要注意的问题 ......................................................................................... 9 1、试验对比情况 ....................................................................................................................... 9 （1）插入式振捣器................................................................................................................ 9 （2）高频振捣器试验情况.................................................................................................... 9 2、需要注意的问题 ................................................................................................................. 11 五、工艺改进及推进计划 ........................................................................................................... 13 1、工艺改进 ............................................................................................................................. 13 2、推进计划 ............................................................................................................................. 13

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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

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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 B11 B15 B22 电源 (ph/Hz/V) 3/50/380 3/50/380 3/50/380 振动频率 (Hz) 48 48 48 电机功率 (kW) 1.1 1.5 2.2 激振力 (KN) 5 7 10 质量 （kg） 26 38 53 安装孔尺寸 （长×宽）mm 170×176 160×166 170×176 160×66 159×210 （2）高频式振动器技术参数如下：

型号 ZFK-150 ZFK-200 功率 (KW) 1.5 2 输入 （ph/V/HZ) 3/380/50 3/380/50 激振力 (KN) 11 13 振频 (HZ) 150 150 振幅 (mm) 1.3 1.3 重量 (kg) 21 22 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，

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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，

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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。

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（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）。

二衬台车高频振捣器安装展开布置图已施工完二衬高频振捣器右1-5高频振捣器右3-5高频振捣器拱顶1-5高频振捣器右2-5高频振捣器右4-5高频振捣器拱顶2-5高频振捣器左4-5高频振捣器左3-5高频振捣器左1-5高频振捣器左2-5高频振捣器右1-4高频振捣器右3-4高频振捣器拱顶1-4高频振捣器拱顶2-4高频振捣器左3-4高频振捣器左2-4高频振捣器左1-4高频振捣器右2-4高频振捣器右4-4高频振捣器左4-4高频振捣器右1-3高频振捣器右3-3高频振捣器右2-3高频振捣器拱顶1-3高频振捣器右4-3高频振捣器拱顶2-3高频振捣器左2-3高频振捣器左4-3高频振捣器左3-3高频振捣器左1-3高频振捣器右2-2高频振捣器右1-2高频振捣器右4-2高频振捣器右3-2高频振捣器拱顶1-2高频振捣器拱顶2-2高频振捣器左4-2高频振捣器左3-2高频振捣器左2-2高频振捣器左1-2高频振捣器右2-1高频振捣器右1-1高频振捣器右3-1高频振捣器右4-1高频振捣器拱顶1-1高频振捣器拱顶1-1高频振捣器左4-1高频振捣器左3-1高频振捣器左2-1高频振捣器左1-1模板台车拱顶中线

（2）固定方式

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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16 mm²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1.5 mm²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，

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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

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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

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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，其他层窗口采用输送管直接泵入。所有窗口首先采用振捣棒振捣分层摊平，待混凝土浇筑到振动器上方1m高处，开动当前高度下的整排高频振动器，同时振动15秒，然后继续灌注。由于在一窗混凝土浇筑时现场发生堵管，造成混凝土浇筑不连续，在一窗振捣前混凝土出现初凝，脱模后发现一窗以下的混凝土由于初凝后振动出现波纹及平整度差等情况，并有泪痕出现；一窗以上混凝土振捣效果较下部好。

③、第三次使用情况：

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采用对称浇筑，并分层振捣，第一层和第二层窗口均采用溜槽灌入，其他层窗口采用输送管直接泵入，待混凝土浇筑到高出振捣器约1m处，开动该排高频振动器同时振动15秒，脱模后观表面整体平整度及光洁度较好。

（3）取芯强度对比情况

在DK245+878~0（为采用振捣器）及在DK245+0~902（采用振捣器）取芯三组（芯样如图11），进行强度抗压试验，结果如下：

图11 无振捣器混凝土芯样 图12 振捣器位置混凝土芯样 图13 振捣器之间混凝土芯样

里程 245+878~0 245+0~902 245+0~902 施工日期 2011-11-13 2011-11-18 2011-11-18 取芯部位 一窗下1米，无高频振捣器 一窗高频振捣器位置 一窗振捣器之间 设计强度（MPa） C35 C35 C35 56d换算强度（MPa） 30.6 36.9 35.2

由上表可以看出，采用振捣器振捣后强度较无振捣器强度有提高，芯样也明显振捣密实，气泡少。

2、需要注意的问题

（1）由于高频振捣器采用螺栓固定，因此每次混凝土浇筑前要对所有的螺母进行检查并拧紧，避免振捣器使用过程中脱落。

（2）使用高频振动器模板有一定的振幅，因此要求对模板进行加固检查，为避免台车发生偏移，台车两端丝杠以斜撑方式进行加固。

（3）在第一次使用前，应检查控制系统是否正常。程序如下：接通控制操作柜电

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源，确认电源指示显示正常；断开所有预置开关，启动控制操作柜。再依次启动，检查振动器是否工作正常。

（4）系统采用变频控制器控制，电机启动为软启动特性，在振动器启动后，不允许在中途增加启动其他振动器。

（5）在砼浇筑前应认真检查模板台车就位是否符合要求，检查项目包括台车空间位置、结构尺寸符合设计要求，堵头板加固牢靠，走行部分锁定，底部支撑牢固、不漏浆。

（6）严格二衬浇筑工艺，坚持“对称、分层、连续、振捣”之原则，严格值守制度，禁止违规操作。

（7）振动时间的确定：在二衬混凝土浇筑过程中，应根据模板刚度、振动器安装位置、混凝土坍落度、振动器台数等具体情况来确定。根据现场实际情况，在浇筑到第一层入灰窗口下缘时，人工配合插入式振捣棒摊平混凝土表面，启动控制操作柜面板上的开关，分层分组振动；若坍落度在16-18cm时，振动时间宜设置为25-40秒；振动第二层时可按以上方法依次进行；但应注意下层不能复振。

（8）砼搅拌和运输时间要严格控制，和易性要好，坍落度应适当。

（9）在变频器启动进行中严禁拔插连接振动器16A工业插头，由于变频器是采用软启动，振动器直接通电启动会产生极大的扭距，从而造成振动器损坏，瞬时冲击电流过大也易击穿变频器整流桥而产生爆炸。

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五、工艺改进及推进计划

1、工艺改进

由于目前台车安装的高频振动器数量一共40台，总共试验3板混凝土，对整个工艺的掌握还处于摸索阶段，因此，有必要进一步继续开展相关研究，掌握最佳振捣时间及振捣的顺序（单排一起振捣好，还是单个分别振捣好）。 2、推进计划

根据目前初步振捣效果，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：730元/台×40台=29200元 1拖20控制柜：18000×2＝36000元 16mm2电缆：800m×3.5元/m＝2800元 6mm2主电缆：50m×8.6元/m＝430元 钢板：50块×50元块＝2500元 螺栓：100个×3.5元/m＝350元 合计：71280元

由于振捣器用量较大，因此有必要进行市场调研，在确保产品质量的前提下降低采购单价从而控制总成本。

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附件：

隧道衬砌混凝土高频振捣系统及施工要点

1、使用高频震动系统的目的

传统的采用插入式振捣棒震动二衬混凝土有以下弊端，二衬厚度较小，一般只有35cm～55cm厚，台车入混凝土窗口一般只有50cm左右，人员出入不便，操作空间狭小，而在衬砌中有钢筋的更是不易捣固，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或不到位。而高频振捣器则是安装在台车内的模板上，根据期振捣辐射范围可调整高频振捣器的数量，不会出现漏振现场，且操作方便，工人的劳动强度较低。

2、高频振捣器的优点

1)该振动器激振频率高（0-200HZ）、激振力大（0-16kn）、振幅小（0.5-1.4mm）、辐射范围大（1.5m），夯流动性、可塑性增加，构件密实度提高，成型快，质量可大幅度提高。每分钟可达到9000转的高速运转。

2)减少模板损耗。由于振頻高，振幅小，在钢模板型变上消耗的能量少，延长模板的使用寿命。

3)使用方便。由于体积小，重量轻，并且采用了快速装卡结构，比使用普通外部式振动器节省 安装辅助时间75%，节省人力75%。

4)使用寿命是普通振动器的四倍以上。由于该振动器振动效率高，每次振动时间只需15～40秒钟即可停机，故极大的提高了振动器的使用寿命，减少了维修的费用，降

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低了施工成本。

5)产品质量可靠过硬，寿命长，并且采用快装结构，能显著的加快浇筑速度

3、高频振捣系统及施工要点

1)按照12m台车配置每台配置50个高频振动器，每排振捣器为单独的系统，按照混凝土浇筑厚度在固定的位置预先设置振捣器安装板或孔。

2）高频振动器的振捣时间根据现场试验确定，使用前期要针对不同的坍落度进行振捣时间确定，详细记录，优化振捣时间，作为施工依据。

3）高频振捣器安装在模板台车的内层，由于震动会对台车的紧固螺栓和加固撑杆造成松动的可能，要安排专人对台车螺栓和撑杆进行检查并拧紧。

4）高频振捣器在每板二衬混凝土施工完毕后要专业的电工或维修人员进行保养和检修，并详细记录检修问题和处理措施，确保在混凝土浇筑工程中能够正常施工。

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