隧道工程噴射混凝土回彈量控制的實踐與研究

張 軍(四川路航建設工程有限責任公司成都分公司，四川成都 610000)

隧道工程噴射混凝土回彈量控制的實踐與研究

張 軍
(四川路航建設工程有限責任公司成都分公司，四川成都 610000)

文章通過對隧道工程噴射混凝土施工過程中的回彈量控制與研究，結合施工過程中出現(xiàn)的問題，對噴射混凝土回填提出合理化建議。

隧道工程；噴射混凝土；回彈量控制；實踐與研究

據(jù)有關資料顯示，我國已建成公路隧道1800余座，總長約750Km，鐵路隧道5300余座，總長約4000Km，是世界隧道工程最多的國家。目前，隧道工程開挖支護普遍采用噴射混凝土，它具有支護及時、強度高、密實性強、操作簡單、靈活性大等優(yōu)點，特別是在軟弱圍巖地質條件下，配合鋼拱架和系統(tǒng)錨桿作為聯(lián)合支護，優(yōu)點更為明顯。

噴射混凝土在隧道施工中已廣泛使用，但施工中回彈率普遍較大，平均在30%以上，不但原材料浪費較大 ，而且過大的回彈率使施工現(xiàn)場空氣中粉塵含量過高，嚴重威脅到施工人員的健康安全，如何通過技術改進和加強管理來降低噴射混凝土的回彈率是施工企業(yè)必須面對的研究課題，為降低回彈率，提高經(jīng)濟效益，保障職工健康。通過技術改進和加強管理，可將噴射混凝土回彈量控制在20%以內(nèi)。

一、隧道工程噴射混凝土應該優(yōu)選潮噴工藝

噴射混凝土噴射形式大致有4種，第一種是干噴，第二種是濕噴，第三種是潮噴，第四種是混合噴。四種噴射方式的差別是投料次序不一樣，特別是添加水與添加凝劑的時間不一樣。干噴是把凝劑、水泥、物料依照要求比重充分融合、攪拌之后裝到噴射機器中，通過壓縮空氣讓干燥的集料在管道內(nèi)以懸浮的狀況運送到噴槍部位，在噴槍的出口處和水充分融合以后，用較快的速率噴射到有關位置。而潮噴是用一定比例的水和集料融合，讓集料呈現(xiàn)為潮濕形狀，之后加入水泥攪拌，進而讓上料、攪拌與噴射過程中的粉塵數(shù)量減少。濕噴是把水、水泥、骨料依照要求比重充分攪拌，采用濕型噴射機運送到噴頭的地方，之后在該位置增添速凝劑后噴射?；旌蠂娚溥€叫做水泥裹沙造殼噴射法，是把一些砂和水有效融合，再添加水泥攪合，然后再次增添水和減水劑攪拌為SEC砂漿，把一些石與砂充分攪合，依托砂漿泵與干型噴射機械運送到軟管混合后噴射。

上文所述4種噴射方法中，混凝土回彈數(shù)量較少的方法是濕噴，但對其噴射機械要求較高、設備昂貴、堵管頻繁、機械清理和故障處理較麻煩。經(jīng)操作工多年經(jīng)驗，采用潮噴法較為普遍，施工中廣泛應用，且能較好控制回彈量。

二、控制噴射混凝土回彈量的管理措施

（一）提高思想意識

進一步強調職業(yè)健康衛(wèi)生，以改善施工場所環(huán)境、保護工人身體健康和增強自我保護意識為目的；系統(tǒng)的分析，積極地引導，使工人從思想上意識到其他工序（比如開挖時超挖過大）對噴砼帶來的影響，以及循環(huán)施工的整體經(jīng)濟性，由此從根本上進行原材料的控制，以降低成本費用，增加效益。

（二）明確目標，采用激勵機制

開展勞動競賽，讓工人有明確的目標，并設定目標達成后的獎勵措施，目標的設定應該要具備“可達成性”。項目部的質檢人員要從嚴把關，要一切以質量、進度為中心。對質量好、進度快的施工班組進行獎勵，對質量差的進度緩慢的施工班組隊要進行處罰。

（三）加強培訓，下達作業(yè)指導書

由項目部建立學習交流機制，對施工的具體的操作人員進行培訓考核，對施工隊要不斷的提供技術指導與幫助，加強交流并及時反饋改進情況。具體需要改進的方面有：原材料的控制、工藝參數(shù)的選擇、施工操作的規(guī)范化及熟練程度。由工程部及試驗室，對各項控制數(shù)據(jù)、施工工藝、具體施工對策等進行作業(yè)指導，下達作業(yè)指導書。

三、控制噴射混凝土回彈量的材料措施

1、砂

以河砂為添加劑攪拌的混凝土有較強的粘合性，有助于減少回彈數(shù)量。應當管控砂的顆粒級配，盡可能運用中粗砂。砂的水泥比重管控在3.0個百分點以下；泥塊的比例管控在0.5個百分點以下。

2、米石

因為在機制卵碎石的準備過程中米石多次在水中清洗，和卵碎石比較而言，機制石塊和砂漿的粘合度更高，硬度也更大。另外，因為卵碎石的形狀較為圓潤、光滑，制成的混凝土噴射料的和易性比較突出，其回彈也比較有限。

因為15mm以上的石塊進到濕噴機中較易堵住噴漿管，并且15mm以上的石塊噴出之后容易和砂漿分開，較難噴射到指定位置，導致具有較大的回彈性，因此，運用之前，應當進行篩選，將比15mm大的石塊剔除。

3、減水劑

噴射混凝土的過程中因為需要用到大量的水泥，所以對水的需求量也較大，此對提升混凝土的硬度與減小回彈數(shù)量均造成了阻礙。增添減水劑能夠降低水的使用數(shù)量，提升混凝土攪拌料的流動水平，提升混凝土攪拌料的粘合性，進而減小回彈水平。因為減水劑的添加比重較小，配料時較難管控增添數(shù)量。在建設過程中，能夠依照一定比重將減水劑融合到噴射料攪拌所需用到的水中，如此一方面能夠管控減水劑的添加比例，另一方面能夠提升作業(yè)機械化水平。

4、合成纖維

添加合成纖維，能夠讓噴射混凝土的開裂程度降低，進而提升硬度；另外，因為纖維的連接功能，噴射出的混凝土攪拌料有較強的粘合性，大幅減少回彈程度。

5、水泥

噴射混凝土所使用的水泥硬度級別應當在32.5MPa以上。由于一般的硅酸鹽水泥體現(xiàn)出和速凝劑可以快速融合、早期強度大、硬化速度快、可以迅速凝結、后期強度高等特點，應當作為首選。

6、速凝劑

速凝劑是適合噴射品混凝土作業(yè)施工使用的添加劑，加入此種成分能夠提升混凝土的早強。速凝劑的添加比例應當恰當，此和速凝劑、添加數(shù)量、噴射地點、作業(yè)機器、砂石料質地、噴射技術、水泥等均有很大關聯(lián)。速凝劑的添加數(shù)量太少，不僅無法發(fā)揮早強功能，并且具有較大的回彈量；添加數(shù)量過多，不僅會大大減弱混凝土后期的硬度，還會讓回彈水平提升。

四、控制噴射混凝土回彈量的施工措施

（一）水泥與速凝劑的適用

速凝劑與水泥適應性問題具有普遍性，既同種速凝劑與不同水泥或不同速凝劑與同種水泥之間，速凝劑的促凝效果差異較大。對于此問題可采取下述舉措：1）含有較大比例石膏的水泥需要增添的速凝劑數(shù)量較多；混合材料對液態(tài)速凝劑和水泥的順應性的影響較為明顯，其本質是降低了水泥中參加早期水化礦物的比例，提升速凝劑添加數(shù)量才可以取得較為理想的凝結成效。2）在噴射混凝土作業(yè)過程中，應當盡量選用添加材料較少、C3A所占比例較大的水泥。3）提升速凝劑添加數(shù)量、減小水灰配比等舉措可以改變水泥和速凝劑的順應性，提升噴射混凝土的作業(yè)品質。

（二）噴射機和噴嘴的操控

噴射機的操控能夠對混凝土的強度、物料流動性的勻稱性、回彈產(chǎn)生一定程度的影響。應準確地管控噴射機的壓力與確保噴嘴物料流動的勻稱性。噴射機所在地點的風壓應當依據(jù)科學的噴射速率而加以調整，如果風壓太大，也就是噴射速率太大，動能太大，讓回彈水平提升，如果風壓過小，壓實力有限，較易讓混凝土的硬度無法達標，噴射機的物料流動應當勻稱，來確保速凝劑和混凝土有效、充分融合。

噴嘴的操控：1）噴嘴和噴射巖面兩者的角度：在噴射表面平順的巖面時，噴嘴和巖面呈90度角，在噴射內(nèi)部角落的時候，應當在2個噴射地點夾角的地方，噴嘴順著角平分線加以噴射，伴隨角落被填充為曲面以后，向2側壁面逐步延展，之后，依照和壁面垂直的角度加以噴射，對外部角落，可以把噴嘴以90度角首先對著一個巖面加以噴射，之后再噴射角落的另外一端。2）噴嘴和巖面兩者間的距離：噴嘴和受噴面兩者之間的最好距離通常在0.8到1米。3）噴嘴位移：噴嘴指著一個位置的時間不應當過長，這是由于一直指著一個地點會讓回彈量增加且無法得到勻稱的噴射表面，最佳的噴射方法是跨過混凝土面把噴嘴穩(wěn)固而全面地按照圓的形狀進行移動，噴嘴按照一定的韻律進行諸多圓形移動能夠構成勻稱的噴射表面與最少的回彈量，施工者移動的圓形圈水平方向的距離應當在40—60cm區(qū)間內(nèi)，高度應當在15—20cm區(qū)間內(nèi)。

（三）調節(jié)恰當?shù)乃畨?，保證科學的水灰比例

保證恰當?shù)乃冶仁菧p小噴射混凝土回彈水平的主要舉措，在以前的噴射作業(yè)中，因為風壓過高，有關的水壓過高，所以水灰比較大，較大的水灰配置比例通常讓混凝土產(chǎn)生移動乃至硬度不夠，一方面降低了噴射的品質，另一方面大幅提升了回彈水平。某項目將水灰配置比維持在0.4上下，如此水灰配置比不但讓噴層穩(wěn)固，表面光滑，一次噴射厚度較大，并且很好的減少了回彈量。

（四）各噴層時間間隔的管控

在噴射混凝土時由于各個噴層間隔時長把控不科學以致回彈率過高。其一是間隔時長過短，噴射混凝土沒有完成初次凝結而受到風壓、水壓的沖刷而掉落，導致回彈率過大；其二是間隔時長過長，噴射混凝土已經(jīng)完成初次凝結，再一次噴射集料無法與混凝土面有效融合，致使回彈率過大。所以在作業(yè)時應當依照混凝土的初次凝結時間和是否增添速凝劑而管控噴層間隔時長。

（五）噴射混凝土時應分段分塊進行

噴射混凝土應采用分段、分片、分層依次進行，噴射順序應自下而上，分段不宜超過6m，分塊大小不宜超過2m*2m，嚴格按照先墻后拱、自下而上的順序進行噴射，以減少混凝土因重力而滑動或脫落，從而控制噴射混凝土的回彈量。

1、分段噴射混凝土施工時，上次噴的混凝土應預留斜面，斜面寬度為200-300mm，斜面上需用壓力水沖洗潤濕后再行噴射混凝土。

2、分片噴射要自下而上進行，并先噴鋼架與壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土。邊墻噴混凝土應從墻腳開始向上噴射，從而降低噴射混凝土的回彈量。

3、分層噴射時，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行，若終凝1h后再進行噴射時，應先用風水清洗噴層表面。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7-10cm，拱部控制在5-6cm，并保持噴層厚度均勻。頂部噴射混凝土時，為避免產(chǎn)生墮落現(xiàn)象，兩次間隔時間宜為2-4h，控制噴射混凝土的回彈量。

（六）巖層上的滲水處理

隧道開挖過程中，地層滲水原因，導致噴射混凝土與巖層粘結較差，噴射混凝土回彈量較大。為避免這種現(xiàn)象，噴射混凝土前，采取以下措施進行排水：

1、超前鉆孔排水

該排水適用于地下水來源于掌子面前方，且高于設計拱頂高程以上的情況，在斷層破碎帶中的滯水等，一般設置于主動兩側，約低于開挖最低面，這樣能有效的降低前方滲水量。該方法應遵循如下原則：

（1）鉆孔的孔底低于開挖底面高程，且孔深大致為10～15米。

（2）鉆孔方向可以向上傾斜，采用自排方式排水。也可鄉(xiāng)下傾斜，采用水泵排水，具體根據(jù)探孔情況確定方案。

（3）根據(jù)水量大小及水源點情況，確定鉆孔數(shù)量及部位。

2、井點降水

在需要降低地下水位的區(qū)域及其周圍施做至預定深度的深水井，通過抽水泵把深水井的水強制排出的方法。該方法適用于含水豐富的淺埋段和透水性較強的地層。

3、裂隙或泉眼股狀水

采用上述方案后，還存在局部股狀水，可采用導管引水方法。該方法先將泉眼處鉆孔，后塞一塑料管或鋼管與孔內(nèi)，在用玻璃砂漿將管周圍密封，使水充分流入管道。該方法適用于滲水量較小。

結束語

回彈量作為噴射混凝土施工重要經(jīng)濟指標之一，應引起重視。噴射混凝土回彈量的控制可從人員管理、噴射混凝土配合比、骨料級配材料、施工機械、施工工藝等方面把噴射混凝土回彈量控制在理想的范圍內(nèi)。在施工中應經(jīng)常檢驗噴射混凝土回彈率的變化,根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況進行調整以取得最佳的回彈效果。

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1007-6344（2016）04-0011-02

張軍，（1971——），男，漢族，工程師，大專，現(xiàn)從事工程技術管理工作。