隧道工程噴射混凝土施工技術(shù)及質(zhì)量控制

韓奎 李云順

【摘要】隧道工程在我國(guó)鐵路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸中非常常見，隧道建設(shè)需要采用支護(hù)措施，噴射混凝土施工技術(shù)在隧道工程中經(jīng)常會(huì)使用到，本文重點(diǎn)對(duì)隧道工程噴射混凝土施工技術(shù)及質(zhì)量控制進(jìn)行了詳細(xì)的分析，供相關(guān)技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】隧道工程；噴射混凝土；施工技術(shù)；質(zhì)量

引言 噴射混凝土施工技術(shù)是隧道開挖初期支護(hù)的重要內(nèi)容，它是借助于噴射設(shè)備，利用壓縮空氣將預(yù)先拌合好混凝土噴射到支護(hù)面上，混凝土迅速凝結(jié)硬化而形成隧道的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。噴射混凝土施工技術(shù)水平的高低，直接影響到隧道支護(hù)質(zhì)量和施工安全。

一、噴射混凝土在隧道工程復(fù)合支護(hù)中的作用

噴射混凝土主要用于充填裂隙、填補(bǔ)凹穴、加固巖層。

噴射混凝土能將張開的裂隙、節(jié)理、層縫充填一部分，并能起到黏結(jié)作用，使許多巖塊黏結(jié)在一起，成為整體，以阻止巖塊的松動(dòng)，而且噴射混凝土又能填補(bǔ)凹穴，噴射混凝土能填補(bǔ)凹穴，避免應(yīng)力集中，從而加固了圍巖，提高圍巖的抗?jié)B漏性能和巖層自身的穩(wěn)定性，發(fā)揮圍巖的承載能力。

噴射混凝土可封閉圍巖，防止風(fēng)化。噴射混凝土后隔絕了巖層與空氣的接觸，可以阻止巖層節(jié)理和節(jié)理裂隙的滲水，防止水和空氣對(duì)圍巖的破壞，越易風(fēng)化的巖層越要及時(shí)進(jìn)行封閉，如泥巖、泥質(zhì)頁(yè)巖，遇吸潮后膨脹軟化、泥化，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行封閉，可防止風(fēng)化，減少巖石膨脹變形。

目前隧道工程復(fù)合支護(hù)中普遍采用的是噴射混凝土或鋼纖維噴射混凝土，噴射方式主要有干噴和濕噴。噴射混凝土具有支護(hù)及時(shí)、強(qiáng)度高、密實(shí)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，特別是在軟弱圍巖地質(zhì)條件下，配合鋼拱架和系統(tǒng)錨桿作為聯(lián)合支護(hù)，其優(yōu)點(diǎn)更為明顯。當(dāng)噴射混凝土具有一定強(qiáng)度后，可把鋼拱架、系統(tǒng)錨桿和噴射混凝土組成的支護(hù)體系看作鋼性結(jié)構(gòu)，用來(lái)控制圍巖變形，達(dá)到保護(hù)和發(fā)揮圍巖自承能力的效果。

二、噴射混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)

1、噴射混凝土的回彈量控制

目前隧道工程噴射混凝土施工，為保護(hù)環(huán)境和維護(hù)工人健康。大多采用潮噴，其回彈量普遍較大，平均在30%以上，損失較大。一般隧道工程的利潤(rùn)主要來(lái)自開挖和初期支護(hù)的噴射混凝土。如何通過技術(shù)改進(jìn)和加強(qiáng)管理來(lái)降低噴射混凝土的回彈量是目前有待解決的問題。通過對(duì)多座隧道工程、多個(gè)施工隊(duì)伍施工情況的分析比較，總結(jié)出以下幾點(diǎn)可以將回彈量控制在15%～24%的范圍。

（1）分段分塊噴射。分段長(zhǎng)度不超過6m，分塊大小不超過2m×2m，嚴(yán)格按照先墻后拱、先下后上的順序進(jìn)行噴射，以減少混凝土因重力而滑動(dòng)或脫落。

（2）噴射混凝土的水壓一般控制在稍高于風(fēng)壓即可，施工現(xiàn)場(chǎng)可以按水壓高于輸料管風(fēng)壓10～15N/cm2進(jìn)行控制，其目的是為了保證高壓水能夠從噴槍混合室（噴頭處）內(nèi)壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌合均勻。噴射料的水灰比控制是比較困難的。熟練的噴射手通過噴射混凝土表面的光滑度可判定水灰比的大小。理論上講，0.45～0.50的水灰比對(duì)噴射混凝土的回彈量和質(zhì)量是有利的。

（3）控制噴嘴距離（噴射距離）和角度。噴射距離在0.6～1.2m時(shí)，混凝土回彈量較小，噴射距離過大或過小都會(huì)增加回彈量。噴頭長(zhǎng)度一般只有0.5～0.6m，噴射手因存在骨料反彈的恐懼心理，要將噴射距離控制在0.6～1.2m較困難。根據(jù)任小平的研究結(jié)果，隧道工程噴射混凝土施工的探討決的辦法可將噴頭加長(zhǎng)到1.2～1.5m，這樣噴射手站在距離噴巖面2.0m左右即可進(jìn)行噴射。噴嘴與噴巖面應(yīng)盡量垂直，并偏向剛噴射部位（傾斜角控制在10°內(nèi)），這樣不僅回彈量少，而且噴射效果和質(zhì)量更好。

2、嚴(yán)格控制風(fēng)壓、水壓和水灰比。過大的風(fēng)壓會(huì)造成噴射速度太快，加大骨料的反彈，從而加大回彈量，但混凝土密實(shí)性較好；風(fēng)壓過小，會(huì)使噴射力減弱，造成混凝土密實(shí)性較差，甚至達(dá)不到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求?？偨Y(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)輸料管長(zhǎng)度為20m時(shí)，合適的風(fēng)壓為100～130N/cm2。

3、控制一次噴層厚度和分層噴射的間隔時(shí)間。

4、噴射混凝土厚度的控制

噴射混凝土的厚度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)厚度和規(guī)范允許的誤差范圍。從施工現(xiàn)場(chǎng)的情況看，個(gè)別隧道存在噴射混凝土普遍偏薄的現(xiàn)象，這是有風(fēng)險(xiǎn)的。因?yàn)槌跗谥ёo(hù)將會(huì)和圍巖共同控制同巖變形的釋放，保證下道工序施工安全和隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，是主要受力者。若噴射混凝土出現(xiàn)裂縫，原則上也應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)噴和采取其他補(bǔ)強(qiáng)措施，以控制圍巖變形在適度范疇，而不是任其釋放。有人說(shuō)，“初期支護(hù)噴層厚度不夠，可以利用二次襯砌混凝土進(jìn)行補(bǔ)充”，這種說(shuō)法只是從隧道總體結(jié)構(gòu)尺寸滿足了要求，但從新奧法施工原理和結(jié)構(gòu)受力機(jī)理而言，卻是一大誤區(qū)。 要解決這個(gè)問題，重點(diǎn)應(yīng)放在噴射過程中，要求噴射手在全斷面螺旋噴射完成后，及時(shí)對(duì)鋼拱架間進(jìn)行補(bǔ)噴；或者在掛防水板前對(duì)噴射混凝土表面進(jìn)行檢查，嚴(yán)重不夠的必須及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)噴，否則二次襯砌混凝土澆筑后再通過打孔（或預(yù)埋鋼管）注漿填充來(lái)處理兩層間的空洞，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工，而且還會(huì)破壞防水板，造成漏水現(xiàn)象。

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。

三、對(duì)噴射混凝土在隧道工程施工中的幾點(diǎn)建議

在實(shí)際的隧道工程施工過程中，根據(jù)以往文獻(xiàn)記載，筆者總結(jié)出以下幾點(diǎn)需要注意的建議：

1、重視混凝土的噴射方式，積極推廣濕噴技術(shù)的運(yùn)用。在濕噴過程中，事先可將包括水在內(nèi)的各種材料正確計(jì)量，0.45～0.50的水灰比容易控制，從而容易達(dá)到減少回彈量和粉塵的目的。

2、加強(qiáng)噴射混凝土配合比的調(diào)整和控制，骨料盡量采用連續(xù)級(jí)配。施工應(yīng)重點(diǎn)控制好骨料的級(jí)配，這除了要求工地實(shí)驗(yàn)室定期定量檢測(cè)外，還要求加強(qiáng)骨料加工和采集，采取多種措施保證骨料的連續(xù)級(jí)配。譬如，骨料粉塵量過大時(shí)，就應(yīng)該在加工場(chǎng)骨料出口安置抽風(fēng)機(jī)，在材料源頭進(jìn)行控制和處理。

3、做好光面爆破設(shè)計(jì)，保證光面爆破質(zhì)量。光面爆破應(yīng)針對(duì)不同等級(jí)圍巖單獨(dú)設(shè)計(jì)，要考慮到炮眼布置、深度和角度、單孔裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)、起爆順序等，通過光面爆破參數(shù)的改變和修正，保證不同圍巖地段光面爆破輪廓圓順，保證開挖質(zhì)量。圓順的開挖輪廓既有利于保證噴射混凝土的質(zhì)量，更有利于減少噴射混凝土的回彈量。

4、盡量采用大板切割的試驗(yàn)檢測(cè)方法對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。大板切割即向木板或竹夾板（板的大小根據(jù)取樣組數(shù)多少而定）上噴射13～15cm厚的混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待達(dá)到一定強(qiáng)度后切割取樣。這樣取得的試塊可以代表洞內(nèi)噴射混凝土的實(shí)際情況，方法簡(jiǎn)單，也不破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文重點(diǎn)對(duì)隧道工程中噴射混凝土的施工特點(diǎn)以及基本原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)隧道建設(shè)中，噴射混凝土的質(zhì)量控制也做出了詳細(xì)的介紹，供施工人員參考。

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