濕噴混凝土技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

李夕兵

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶 400037）

噴射混凝土技術(shù)是新奧法隧道施工中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它借助噴射機(jī)械，將速凝混凝土噴向巖石或結(jié)構(gòu)物表面，使巖石或結(jié)構(gòu)物得到加強(qiáng)和保護(hù)。其與干噴相比，具有可有效地減少回彈、降低粉塵、加大一次噴層厚度、提高噴射砼質(zhì)量、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。隨著濕噴機(jī)械和相關(guān)材料、設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，濕噴混凝土將會(huì)作為一項(xiàng)成熟的施工手段得到廣泛的應(yīng)用。但目前，從我國(guó)總體隧道施工技術(shù)水平看，由于實(shí)際工作中缺乏對(duì)噴射混凝土支護(hù)作用重要性的足夠認(rèn)識(shí)，致使它的發(fā)展落后于隧道其他施工技術(shù)，噴射混凝土是目前隧道施工中的薄弱環(huán)節(jié)。在此，本文簡(jiǎn)要闡述噴射混凝土技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用，以供參考。

1 噴射混凝土技術(shù)概況

1.1 噴射混凝土工藝原理及特點(diǎn)

將摻速凝劑的混凝土用噴射機(jī)噴向巖石或結(jié)構(gòu)物表面，從而使巖石或結(jié)構(gòu)物得到加強(qiáng)和保護(hù)。噴射混凝土密實(shí)型及整體性控制與普通澆注混凝土的振搗密實(shí)原理不同，噴射混凝土通過高速射流密實(shí)，其密實(shí)度與射流過程密切相關(guān)。噴射混凝土施工簡(jiǎn)便，省去支模、澆筑和拆模工藝，施工進(jìn)度加快，且較普通混凝土密實(shí)度高，強(qiáng)度和抗?jié)B性能好。

1.2 噴射混凝土的主要作用

（1）填充出露的節(jié)理和裂隙，提高圍巖整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（2）混凝土是唯一能夠與圍巖大面積的、牢固接觸的一種支護(hù)方式。

（3）通過接觸面的附著力和剪力，作用在噴射混凝土上的外力分散在圍巖上，防止局部掉塊，在隧道壁面附近形成一個(gè)承載環(huán)，控制了圍巖的應(yīng)力釋放。

（4）填平圍巖的凹面，阻止應(yīng)力集中，加強(qiáng)了軟弱層。將土壓傳遞到鋼支撐和錨桿，開挖后，及時(shí)覆壁面，防止圍巖風(fēng)化。

2 原材料選擇及配合比確定

2.1 原材料選擇

2.1.1 水泥

選用P.O425、P.O525普通硅酸鹽水泥，其技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)定。

2.1.2 砂

為保證噴射混凝土的強(qiáng)度，選用硬質(zhì)潔凈的中砂，細(xì)度模數(shù)小于2.4，含泥量為2.6%，或使用級(jí)配良好的機(jī)制砂。

2.1.3 碎石

為防止噴射混凝土?xí)r堵管和減少回彈，選用粒徑5～20 mm的機(jī)制碎石，要求連續(xù)粒級(jí)，保證級(jí)配均勻并堅(jiān)硬耐久。

2.1.4 拌和用水

工程中多以飲用水作為拌合用水，而pH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量（SO42－）超過水量1%的水，含有影響水泥正常凝結(jié)和硬化的有害物質(zhì)的水均不得使用。

2.1.5 速凝劑

速凝劑對(duì)混凝土拌合物的性能起關(guān)鍵作用，水灰比為0.4時(shí)摻有外加劑的水泥漿初凝時(shí)間＜5 min，終凝時(shí)間＜10 min，產(chǎn)量為水泥用量的3%～6%，一般取4.5%為宜。

2.2 配合比確定

噴射混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)為 C25。在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)濕噴混凝土工藝要求，必須考慮到混凝土的可泵性及混凝土在受噴面上的附著性。實(shí)驗(yàn)人員首先在試驗(yàn)室進(jìn)行配合比篩選，然后進(jìn)行實(shí)地噴射試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)確定其配合比為：灰骨比為：1∶4；水灰比為：0.45～0.50；每立方米噴射混凝土水泥用量為427 kg；每立方米噴射混凝土摻速凝劑19.2 kg。施工中根據(jù)砂、碎石的含水率及時(shí)調(diào)整施工配合比。

3 濕噴混凝土施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）檢查受噴面輪廓尺寸，并加以修整，使之符合設(shè)計(jì)，若有松散、破碎部分須清除干凈。

（2）有明顯滲水地段應(yīng)事先做好防排水處理。

（3）噴射前用高壓風(fēng)、水沖洗巖面，并將表面軟弱破碎巖石清掃干凈。沖洗時(shí)從隧道拱頂開始，按從上到下的順序清洗至側(cè)壁底部。

（4）備好腳手架或工作平臺(tái)及護(hù)鐵紗罩。

（5）檢查機(jī)械、管道、安全閥、壓力表是否完好，并進(jìn)行試運(yùn)行。

（6）在拱頂、邊墻或巖面上做好設(shè)計(jì)噴層厚度標(biāo)志。

3.2 濕噴作業(yè)技術(shù)要點(diǎn)

（1）混凝土拌制時(shí)按砂→碎石→水泥→水的順序投料，攪拌采用全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)，施工配料嚴(yán)格按配合比進(jìn)行操作；加入復(fù)合泵送劑后攪拌2 min以上，最多不能超過4 min，以免影響混凝土的拌合質(zhì)量。

（2）噴射混凝土?xí)r從隧道最底處開始由下往上、以S曲線移動(dòng)進(jìn)行噴射，以避免回彈料污染已沖洗干凈的巖面，影響噴射混凝土的質(zhì)量；后一次噴射應(yīng)在前一次混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝后1 h以上再次噴射，應(yīng)用風(fēng)水清洗混凝土表面；隧道從兩側(cè)邊墻底部開始噴射，噴射到拱頂中心線位置閉合，完成一環(huán)噴射混凝土的一次試噴。

（3）噴射混凝土?xí)r應(yīng)嚴(yán)格控制風(fēng)壓。風(fēng)壓太小，會(huì)使噴射力減弱，無法滿足噴射混凝土粘結(jié)密實(shí)要求，甚至達(dá)不到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；風(fēng)壓太大，噴射混凝土一觸及巖面（或上一噴層）就會(huì)被后續(xù)的強(qiáng)大沖擊力吹走，二者都會(huì)加大骨料的反彈，從而直接造成回彈的增加。一般起始風(fēng)壓≥0.5 MPa才能開機(jī)操作，并根據(jù)噴頭出料情況調(diào)整風(fēng)壓，邊墻作風(fēng)壓應(yīng)控制在0.3～0.5 MPa之間，拱部控制在0.4～0.65 MPa之間。

（4）噴射混凝土?xí)r應(yīng)根據(jù)圍巖類別及水文地質(zhì)情況，確定適宜的初噴層厚度：Ⅱ類圍巖分3次，Ⅲ類圍巖分2次，Ⅳ類圍巖分1～2次；采用濕噴，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定初噴層厚度確定為4～5 cm，第二次噴射厚度可達(dá)10 cm以上。

（5）無鋼筋網(wǎng)噴射時(shí)，噴嘴盡量垂直巖面成 90 °角，并偏向剛噴射部位（傾斜角控制在10 °內(nèi)），保持0.8～2 m的距離，以確?；炷恋拿軐?shí)效果，對(duì)掛有鋼筋網(wǎng)的受噴面，噴油略傾斜，距離則宜控制在0.6～1.0 m范圍內(nèi)。

（6）噴頭應(yīng)均勻地按螺旋軌跡運(yùn)行，分區(qū)段，一般不超過6 m，自上而下，一圈壓半圈，緩慢移動(dòng)，每圈直徑15～20 cm；若受噴面不平，應(yīng)先噴凹坑找平。

（7）在噴射混凝土終凝1 h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保持噴射面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d。

4 濕噴混凝土施工中的注意事項(xiàng)

（1）噴射前必須用水泥漿潤(rùn)滑混凝土濕噴機(jī)和送料管，噴射結(jié)束后用水沖洗干凈管路內(nèi)殘留的混凝土。

（2）嚴(yán)格控制工作機(jī)的風(fēng)壓在0.15～0.2 MPa范圍內(nèi)。

（3）嚴(yán)格控制水灰比，以剛噴射的混凝土表面有一層暗弱光澤為度。

（4）滲水地段的處理，當(dāng)水量不大時(shí)，在噴射混凝土前用壓縮空氣吹掃，噴射混凝土配料及拌料按正常施工程序進(jìn)行；當(dāng)水量較大時(shí)，在開始噴射時(shí)適當(dāng)減小用水量，噴射由遠(yuǎn)而近，臨時(shí)加大速凝劑摻量（≯5%）逐漸合攏，止水后，必須緊接著用正常速凝劑產(chǎn)量的噴射混凝土封閉。

（5）在噴射過程中，噴射手要時(shí)刻注意觀察噴嘴情況，一旦堵管，要讓助手立即與操作司機(jī)聯(lián)系，停機(jī)，關(guān)風(fēng)，檢查管路是否暢通。

（6）對(duì)局部噴射混凝土過厚的情況，在掛防水板前一定要將突出部分混凝土剔除。因?yàn)檫@種情況有可能頂破防水板，更有可能在初期支護(hù)和二次襯砌之間形成點(diǎn)接觸，造成局部應(yīng)力集中而導(dǎo)致二次襯砌表面開裂。

（7）混凝土噴射后至下一循環(huán)放炮時(shí)間，應(yīng)通過試驗(yàn)確定，一般不小于4 h，放炮后應(yīng)對(duì)混凝土進(jìn)行檢查，如出現(xiàn)裂紋，應(yīng)調(diào)整放炮間隔時(shí)間或爆破參數(shù)。

（8）在混凝土凝結(jié)之后，需要對(duì)噴射混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。在進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)采取切割鉆芯法取樣，以接近噴射混凝土的真實(shí)情況，若采樣的混凝土無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行補(bǔ)救。

（9）在噴射混凝土?xí)r要注意觀察拱腰至拱頂?shù)膸r面，加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)，防止混凝土和巖面的石塊在高壓噴射混凝土的沖擊下垮落傷人。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，濕噴混凝土技術(shù)在隧道工程的應(yīng)用，較好地解決了干噴混凝土存在的不足，也取得了一些施工經(jīng)驗(yàn)，且由于濕噴混凝土具有粉塵少、回彈低、生產(chǎn)率高、混凝土質(zhì)量穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，在保護(hù)施工人員的身體健康、提高經(jīng)濟(jì)效益、保證工程質(zhì)量等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。作為一種新的施工工藝，隨著濕噴機(jī)具的技術(shù)進(jìn)步，噴射混凝土在隧道防護(hù)中將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。

1 王清江.隧道濕噴混凝土施工技術(shù)[J].國(guó)防交通工程與技術(shù)，2010（3）

2 朱春陽(yáng).濕噴混凝土在隧道施工中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2009（B03）

3 張 碩.談隧道濕噴混凝土施工工藝[J].山西建筑，2009（8）