淺談濕噴混凝土在隧道中施工應用

陳傳健

大成工程建設有限公司（361000）

淺談濕噴混凝土在隧道中施工應用

陳傳健

大成工程建設有限公司（361000）

結合丹坑隧道濕噴施工為例，論述了隧道初期支護濕噴混凝土施工工藝流程及質量控制要點，并針對性地論述了特殊部位的施工要點。

隧道；混凝土；濕噴

隨著科學技術的發(fā)展，大量的新材料、新工藝、新設備、新技術不斷應用于工程中，同時，隧道施工技術也在超長、大跨度、防水、穿過不良地層等方面取得了長足的進步，涌現(xiàn)出了大量的科技成果。錨噴構筑法在技術上有速度較快、支護及時、支護質量較好、強度高、密實度好、防水性能較好、施工靈活性很大、滿足工作設計與要求等優(yōu)點?；炷翝駠姽に囉捎谄洹熬C合成本低、社會效益好、環(huán)境污染小”的優(yōu)點在隧道施工中逐步占據(jù)了主導趨勢。混凝土濕噴施工能極大地改善隧道施工作業(yè)環(huán)境，縮短噴射混凝土的作業(yè)循環(huán)，更為重要的是通過濕噴工藝建立噴射混凝土質量保證體系，使噴射混凝土質量穩(wěn)定可靠。

1 工程概況

工程項目起于廈門與漳州的交界處龍海市東園鎮(zhèn)倉里村西側，該合同段為廈門至漳州高速公路擴建工程ZA5標段，起于YK499+672.5終于K503+450.5，全長3.76 km。標段內(nèi)設隧道一座，特大橋兩座，丹坑隧道右線為全長858 m，左線全長871 m。隧道為分離式雙洞隧道（進口段為小間距隧道），其單洞建筑限界（三車道）:凈高5.0 m，凈寬15.25 m，設計最小平曲線半徑為1 200 m，最大為2 000 m，設計最大縱坡為1.605%，最小縱坡為0.3%。地形地貌及地質概況:隧道場區(qū)地質構造條件相對穩(wěn)定，節(jié)理裂隙發(fā)育，組節(jié)理裂隙與隧道小角度相交，對隧道圍巖的完整性影響較大，全隧初期支護噴射混凝土采用濕噴工藝進行施工。

2 初期支護濕噴混凝土施工

噴射混凝土施工工藝流程見圖1。

2.1 設備選用

丹坑隧道初期支護噴射混凝土施工采用巖峰TK-500型噴射機，該機是TK系列轉子活塞式濕噴機。

圖1 噴射混凝土施工工藝流程框圖

2.2 原材料的控制及配合比優(yōu)化

細集料采用級配合理且細度模數(shù)在2.5～3.2之間的中粗砂或機制砂。粗集料選擇5～10 mm的碎石。宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，其與混凝土設計標號相適應，且其技術指標符合規(guī)定。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，濕噴混凝土的坍落度宜控制在80～120 mm，坍落度過小易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，坍落度過大噴射時混凝土難以自穩(wěn)、易塌落、回彈量較大，同時速凝劑的用量增大,混凝土強度也得不到保證。噴射混凝土配合比應通過試驗確定并滿足設計強度和噴射工藝的要求。

2.3 噴射面檢查處理

首先應測量受噴圍巖的基本尺寸，并要求隧洞外輪廓較為光順，對欠挖部位應進行補鑿及清除浮石，之后用高壓水或氣將受噴面上的污泥、灰塵及細巖清除干凈。若隧洞存在漏水地段，應查明水源并做好防排水措施，必要時采用鑿巖機鉆孔對周邊圍巖排水，以防止噴射混凝土與圍巖間的水阻礙混凝土的黏結及延緩混凝土強度提高。

2.4 噴射手培訓及濕噴操作要點

應加強對噴射手的培訓，使其熟練掌握濕噴機的性能和操作要領。理解濕噴工藝是一個動態(tài)的施工過程。應根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)整混凝土的塌落度、風壓、噴射角度及噴射距離。施作時軟管長度不宜大于20 m，隧道拱頂作業(yè)時風壓宜控制在0.15～0.3 MPa，邊墻濕噴作業(yè)時風壓宜控制在0.1～0.2 MPa。

2.4.1 噴射角及距離

作業(yè)時噴嘴一般應垂直于噴射面，邊墻噴射則宜將噴嘴下俯5°～15°左右以使混凝土束較厚的噴射在混凝土頂端，避免噴嘴和噴射面間角度過小導致混凝土物料在受噴面上滾動而產(chǎn)生凹凸不平的波形噴面，增加回彈量。噴射距離應根據(jù)混凝土最小回彈和最高強度確定，一般噴嘴至受噴面距離在0.6～1.2 m范圍內(nèi)為宜,并以能看清噴射情況并使料束集中，回彈量最小為宜。

2.4.2 噴射方法

施工中采用分層噴射方法,一次噴射厚度在40～60 mm范圍內(nèi)。第一層噴射前在設計確定的斷面位置埋設厚度測量組件。前一層噴射后硬化達到一定強度后方可噴射下層，最終每層以不出現(xiàn)墜落并達到所需厚度后方可前移。若在噴射下層混凝土時前一層已經(jīng)蒙上粉塵，則應用高壓氣體或水對表面進行清洗。噴射過程中應避免一次噴射厚度太薄骨料發(fā)生回彈，或一次噴射過厚出現(xiàn)噴層下墜流淌現(xiàn)象。若噴層與巖面間存在空鼓現(xiàn)象，則每次噴射厚度不得小于骨料粒徑的2倍，以減小回彈率。

2.4.3 噴射順序及時間間隔

隧道內(nèi)的噴射順序為先墻后拱,自上而下分段、分片進行，施工中按照縱向1.5 m為一段，分片寬度約為2 m，每片均應自下部起水平方向旋轉移動往返一次噴射后方可向上移行。當巖面存在較大凹洼部位則應先將其噴平。噴射過程中噴頭應先找平凹處之后將噴頭成螺旋形或S形緩慢均勻移動，每圈壓前面半圈,繞圈直徑一般控制在30 cm左右，每次的噴射長度應根據(jù)混凝土速凝效果決定，以求噴出的面層平順光滑。兩層的噴射時間間隔一般控制在15～20 min，在下層噴射前應保證上層達到一定強度。

圖2 噴射順序及時間間隔

2.4.4 回彈量調(diào)整

噴射過程中由于巖面、鋼筋或骨料相互碰撞而從受噴面上彈落下來的拌合物稱為回彈量，其根據(jù)噴射位置、空氣壓力、水泥用量、水灰比及骨料最大粒徑和級配等決定。噴射初期回彈量較大，當其形成塑性層后粗骨料易嵌入，回彈量則會減小，因此應調(diào)整噴射厚度來控制回彈量。同時由于回彈料中水泥含量小且主要為粗骨料，因此其不宜用于重新使用而影響最終的噴射質量。

2.4.5 整平

對噴射層進行整平對提高結構強度及耐久性均有利，但對其進一步追加振動平整則會產(chǎn)生負面影響，即可損壞混凝土與鋼筋間的黏結并易在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，但依靠噴射自然形成的面層則過于粗糙并對后期二襯防水板的鋪設產(chǎn)生影響，因此施工中在噴射混凝土初凝后用刮刀將多余混凝土刮掉，之后用噴漿或抹灰漿對其找平。

2.4.6 速凝劑參量調(diào)節(jié)和使用

液體速凝劑的摻量應在試驗室確定最佳摻量的基礎上，考慮到差異性、敏感性和施工中的損耗，進行綜合確定，嚴禁采用粉體速凝劑。原則上在滿足凝結要求的基礎上盡量少摻。實際施工中液體速凝劑的摻量只能通過調(diào)整噴射機自帶的計量泵流量來控制。速凝劑流量及計量泵螺桿示數(shù)按下式計算:Y=(Q×Wc×K)/(rs×P)，式中Q為濕噴機生產(chǎn)率，m3/ h；Wc為每方混凝土的水泥用量，kg/m3；K為速凝劑的摻量，%；rs為速凝劑的容重，kg/L;P為計量泵的最大流量L/h；Y為計量泵上計量螺桿刻度值。以丹坑隧道所使用的TK-500型噴射機及Vc圍巖所采用的C25噴射混凝土配合比為例，取Q=4 m3/h，Wc=486 kg/m3，K=4.2%，rs=1.4 kg/L，P=12 L/h；經(jīng)計算得Y=4.8。

2.5 養(yǎng)護

由于濕噴混凝土的表面較為粗糙，對其進行良好的養(yǎng)護非常必要，同時由于拌合物內(nèi)水泥用量和砂率較高，因此為使水泥充分水化以減少和防止混凝土不正常收縮裂縫的產(chǎn)生，在其終凝后則應進行養(yǎng)護。養(yǎng)護時應采用灑水養(yǎng)護的方式，養(yǎng)護時間不少于7 d以保證后續(xù)強度的發(fā)展，隧道內(nèi)環(huán)境溫度低于+5℃時，不得噴水養(yǎng)護。

2.6 特殊部位處理

2.6.1 拱頂光滑巖面的處理

當圍巖較好，巖體整體性較完整，開挖時光面爆破控制較好的情況下，拱頂段的巖面通常較為光滑,噴射混凝土時底層混凝土和巖面通常難以黏結。為保證噴射混凝土同巖面的黏結牢固，應在拱頂光滑巖面正式噴射前在光滑巖面掃噴一層厚約2 cm的1:2～2.5的水泥砂漿，并可適當加大速凝劑用量,以實現(xiàn)其在噴射2～3 min后即可達到終凝，進而進行噴射混凝土至設計厚度。

2.6.2 對滴、滲水部位噴射

應在該部位圍巖表面噴射混凝土，其噴射混凝土的凝結時間應隨噴射面滲水量的大小而進行調(diào)整。

2.6.3 鋼架間的混凝土噴射

為確保初期支護安全、可靠，對于Ⅴ類圍巖通常都采用I20以上鋼架進行支護,鋼架間距在0.7 m。鋼架背后設置20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)片。這就提高了對噴射混凝土的要求。因此宜采用低風壓、近距離、變換噴射角度的方式進行。風壓宜控制在0.1～0.15 MPa，噴嘴距離巖面在0.6～1.2 m為宜。先調(diào)整角度將拱架背后噴密實，在噴實鋼筋網(wǎng)背后，最后恢復正常濕噴方式噴實拱架之間的間隙。鋼架與壁面之間的間隙用混凝土填實，噴射混凝土應由兩側拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋，保證將其背面噴射填滿，黏結良好。拱腳基礎噴射混凝土要密實，嚴禁懸空。否則在鋼架和鋼筋網(wǎng)表面會形成一個混凝土殼，而鋼筋網(wǎng)背后、鋼架背后易形成空洞。

2.7 工程實例

丹坑隧道整個濕噴施工過程中的經(jīng)驗表明，當砂子細度模數(shù)控制在2.5～3.2之間、石子粒徑控制在5～10 mm(最大粒徑不大于13.2 mm)、混凝土坍落度控制在80～120 mm，TK-500濕噴機速凝劑計量泵流量調(diào)節(jié)螺桿示數(shù)調(diào)至5.0左右時，復噴一次噴射厚度拱頂不得大于100 mm,其噴射速度和噴射效果都較好。正常噴射情況下實際生產(chǎn)率能達到4方/h（該機的額定生產(chǎn)率為5方/h），噴射混凝土的7 d、28 d強度均能滿足設計及規(guī)范要求?；貜椓吭?%～10%，遠小于干噴施工回彈量的30%，極大地降低了施工成本。

圖3 丹坑隧道噴射混凝土密實，外觀平整，線形圓順

3 結語

隧道施工初期支護濕噴混凝土噴射工藝因其高效、環(huán)保、高能等優(yōu)點而被廣泛應用，但其在使用中仍存在一定問題（如噴射混凝土時占用罐車時間長，施工成本大，耽誤施工進度，因此對其進行深入研究，不斷優(yōu)化工藝是當前需解決的實際問題。我們應在工作中不斷積累和總結，并結合實際的工程進行分析和探討，才能建設好公路工程。

[1]易麗萍.現(xiàn)代隧道設計與施工[M].北京:中國鐵道出版社, 1997.

[2]傅鶴林,等.隧道安全施工技術手冊[M].人民交通出版社, 2010.