噴射混凝土施工技術(shù)在浮山供水工程中的應(yīng)用

劉眾喜

（臨汾市汾西水利管理局 山西臨汾 041000）

噴射混凝土是將摻有一定量的速凝劑的混凝土拌和物與高壓水混合，經(jīng)過混凝土噴射機(jī)噴射到巖壁表面，迅速凝固形成一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而對(duì)圍巖起到臨時(shí)性的支護(hù)作用。其作用主要有：

1）縮短了隧洞開挖與永久性襯砌的間隔時(shí)間，及時(shí)填補(bǔ)了圍巖表面的裂縫和缺損，從而防止了圍巖碎塊松動(dòng)、脫落，改善了圍巖開挖后的應(yīng)力狀態(tài)。

2）噴射出的混凝土漿液由于有較高的壓力，充填了圍巖裂隙，從而加固了圍巖，提高了巖體的強(qiáng)度和整體性。

3）噴射出的混凝土與圍巖結(jié)合緊密，通過二者結(jié)合面能傳遞應(yīng)力，起到了承載拱的作用。

1 工程概況

臨汾市引沁入汾浮山供水工程位于臨汾市古縣、浮山縣境內(nèi)，自古縣草峪嶺隧洞出口取水，主要由進(jìn)出口聯(lián)合建筑物和輸水建筑物組成，供水線路總長20.231 km，其中供水總干渠18.531 km，浮山干渠1.7 km。供水總干渠線路上有郭店隧洞（12968 m）、李家堡隧洞（2793 m）、羅圈凹隧洞（2232 m）3座，浮山干渠有趙家坡隧洞（1700 m）1座，隧洞總長19.693 km，占供水線路總長的97.34%。隧洞沿線海拔高程809～1102 m，隧洞埋深11.59～253.65 m，巖洞斷面設(shè)計(jì)為門洞型斷面，采用最小施工斷面，底寬2.5 m，頂拱中心角采用135°，頂拱半徑1.35 m，直墻高2.2 m，洞高3.035 m，輸水隧洞縱坡為1/2500。

2 隧洞初期支護(hù)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告，本工程隧洞圍巖主要涉及（砂巖與砂質(zhì)泥巖、頁巖、泥巖互層）Ⅲ類、（砂質(zhì)泥巖、砂巖）Ⅳ類、（進(jìn)出口段風(fēng)化較強(qiáng)烈段）Ⅴ類三個(gè)類別，在隧洞開挖后進(jìn)行相應(yīng)的噴錨支護(hù)，噴錨支護(hù)設(shè)計(jì)方案見表1。

3 干噴法噴射混凝土施工

噴射混凝土施工現(xiàn)場見圖1。

表1 噴錨支護(hù)設(shè)計(jì)方案表

圖1 噴射混凝土施工現(xiàn)場

3.1 施工工藝流程

干噴法噴射混凝土施工工藝流程圖見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 材料選擇

根據(jù)現(xiàn)場材料作混凝土配比試驗(yàn)，設(shè)計(jì)要求為C20。根據(jù)混凝土配比設(shè)計(jì)單，水泥∶砂∶碎石為：1∶2.16∶2.17

1）水泥：選用臨汾威頓水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號(hào)為P.O42.5。

2）碎石選用當(dāng)?shù)厥蠌S的碎石，粒徑5～10 mm，材料檢驗(yàn)報(bào)告顯示，含泥量為0.7%，無泥塊；針片狀顆粒含量為3%。

3）砂：選用當(dāng)?shù)厣笆庸S的天然砂，材料檢驗(yàn)報(bào)告顯示，中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，含泥量為2.9%，無泥塊。

4）施工用水為隧洞開挖過程中抽排的地下水，經(jīng)檢驗(yàn)符合規(guī)范要求。

5）速凝劑選用山西航宇建材科技有限公司生產(chǎn)的HY-S1速凝劑，摻量5%，材料檢驗(yàn)報(bào)告顯示初凝時(shí)間為 2′23″，終凝時(shí)間為 8′26″，摻速凝劑水泥砂漿1 d抗壓強(qiáng)度為9.4 MPa。

3.2.2 配拌料

1）根據(jù)現(xiàn)場骨料的含水率情況，在拌和前8 h適當(dāng)灑水，使骨料含水率基本控制在5%～7%左右。

2）在隧洞外的拌料場地，把水泥和砂、石骨料（按重量比 1∶2.16∶2.17）送入拌料機(jī)，攪拌均勻，攪拌時(shí)間控制在60 s左右。

3）檢查拌好的混合料含水率，目測(cè)控制在手握成團(tuán)，松手可散為宜。

3.2.3 施工機(jī)械

本工程選用河南省長葛市潁川機(jī)械制造有限公司的PZ-5型混凝土噴漿機(jī)，技術(shù)參數(shù)見表2：

表2 PZ-5型混凝土噴漿機(jī)技術(shù)參數(shù)表

3.2.4 待噴面檢查

待噴面準(zhǔn)備工作是保證順利施噴的關(guān)鍵，噴射前，主要檢查開挖斷面尺寸、清除噴面松動(dòng)圍巖（欠挖過多應(yīng)先進(jìn)行局部處理）、根據(jù)石質(zhì)情況，用高壓風(fēng)或水沖洗待噴面，將開挖粉塵和雜物清理干凈，受噴面有集中滲水時(shí)，應(yīng)做好排水引流處理，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行噴射。

3.2.5 施工溫度

隧洞內(nèi)（除隧洞口附近）施工溫度起伏變化較小，經(jīng)實(shí)測(cè)施工溫度一年在13.5℃～23.5℃之間，對(duì)混凝土施工沒有影響。若溫度低于5℃或高于35℃，應(yīng)采取必要措施。

3.3 施工方法及工藝

本工程噴射混凝土施工采用干噴法

1）材料運(yùn)輸：根據(jù)混凝土配比單，將在場地拌合樓拌和均勻的混合料，用機(jī)動(dòng)三輪車運(yùn)至施工地點(diǎn)，在加入噴射機(jī)前，加入適量的速凝劑（速凝劑按水泥含量的5%），并和混合料拌勻。

2）試噴：正式噴射前，先進(jìn)行試噴，主要是控制用水量，目測(cè)控制混凝土表面平整，濕潤光澤，無干斑無滑移下墜時(shí)為最佳用水量。經(jīng)過大量測(cè)試，此時(shí)水灰比約0.5。

3）噴射混凝土采用分段（每2 m為1個(gè)循環(huán)）、分片（先墻后拱，邊墻混凝土從墻腳開始向上噴射，拱部混凝土從拱底到拱頂噴射）、分層（噴射C20混凝土厚度分別為80 mm、100 mm、120 mm依次采用二次、二次、三次噴射，每次噴射厚度控制在40～50 mm）依次進(jìn)行。

第一層施噴，緊跟工作面，放炮排煙后蹬渣進(jìn)行。第二層施噴，在鋼拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)布置好后（如需要）進(jìn)行。檢測(cè)報(bào)告顯示，混凝土噴射10 min后已終凝，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，施噴2 m施工段每層約需60 min左右，若需要第三次施噴，在第二次噴射完成后即可進(jìn)行。噴射時(shí)，噴頭運(yùn)行軌跡為直徑200～300 mm螺旋形，一圓壓半圓的方法均勻移動(dòng)。有鋼拱架支撐圍巖時(shí)，先噴鋼拱架與圍巖壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土。

4）工作風(fēng)壓、水壓：邊墻采用0.4 MPa，拱部0.5 MPa。水壓比風(fēng)壓稍高0.05～0.1 MPa，水壓高于風(fēng)壓主要是為了保證高壓水能夠從噴頭內(nèi)壁小孔高速射出，把混凝土拌合物迅速拌和均勻，從而減少回彈量。

5）噴射距離：噴頭長度為0.5～0.6 m，在噴射時(shí)，施工人員擔(dān)心骨料反彈，將噴頭加長到1.2 m，噴射手站在距離受噴巖面1.5 m左右進(jìn)行噴射，噴嘴至受噴巖面距離控制在0.8～1.0 m，并且噴嘴與受噴巖面垂直。

注意事項(xiàng)：

（1）開機(jī)時(shí)先上風(fēng)、后上水、再上料。

（2）噴射過程中，如發(fā)生堵管、停風(fēng)停電等故障時(shí)，應(yīng)立即停水，并將噴頭朝下，防止水流入輸料管內(nèi)；若發(fā)生堵管現(xiàn)象，可采用敲擊、震動(dòng)法輸通料管。

（3）噴漿機(jī)進(jìn)氣口要密封良好，避免施工引起粉塵；排氣口保持暢通；噴漿管接頭牢固、密封良好、擺放整齊。

3.4 停機(jī)

1）施噴完成后或需要臨時(shí)停機(jī)時(shí)，按先停料、后停水、再停電、最后關(guān)風(fēng)的順序。

2）噴射工作完成后，卸開噴頭，清理水環(huán)和噴射機(jī)內(nèi)外部物料，盤好風(fēng)水管。

3）清理收集回彈料。

3.5 定期養(yǎng)護(hù)

噴射完成終凝2 h后就需養(yǎng)護(hù)，7 d以內(nèi)，每班組噴水一次，7 d以后，每天灑水一次，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d。

4 質(zhì)量檢查

噴射混凝土工程施工質(zhì)量檢測(cè)主要包括包括強(qiáng)度檢測(cè)和厚度檢測(cè)。

4.1 厚度檢測(cè)

噴射混凝土厚度指混凝土噴層表面至圍巖面間的距離，噴射混凝土厚度是反映其工程質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，如果厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，會(huì)造成噴層開裂和掉落，甚至影響安全使用。在施工過程中，采用了針探法、取芯法兩種方法進(jìn)行測(cè)厚。

針探法測(cè)厚：針深法測(cè)厚是在噴射混凝土凝結(jié)前將一金屬探針打至混凝土噴層與巖石界面，量測(cè)探針打入深度以確定噴層厚度的方法。噴射混凝土初凝和終凝時(shí)間短，針探法時(shí)間性很強(qiáng)，在操作中，只作為噴射班組對(duì)噴層厚度自檢的一種簡易方法。

取芯法測(cè)厚：用ZQH6混凝土取樣鉆機(jī)在噴層上鉆取直徑為Ф25 mm的芯樣，直接量取芯樣長度，此方法直觀、準(zhǔn)確，能真實(shí)反映噴射層的厚度。在質(zhì)量檢測(cè)驗(yàn)收中，我們采用了此方法進(jìn)行了檢測(cè)。

4.2 強(qiáng)度檢查

噴射混凝土強(qiáng)度是錨噴支護(hù)工程質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估的一項(xiàng)重要的指標(biāo)，本工程強(qiáng)度檢測(cè)采用了預(yù)留試塊法和噴大板法兩種方法。

1）預(yù)留試塊法

在進(jìn)行噴射混凝土施工的同時(shí)，將150mm×150mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)試模放在施工現(xiàn)場，待噴射穩(wěn)定后，將混凝土噴入模內(nèi)，待噴滿后把試模內(nèi)混凝土表面抹平，放在現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)28 d，然后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

2）噴大板法

將混凝土噴在350 mm×450 mm×120 mm的模板內(nèi)，噴射時(shí)模板與實(shí)際需噴部位相同，并在相同條件下養(yǎng)護(hù)28 d，隨后用切割機(jī)切掉周邊，加工成邊長100 mm的立方體試塊，再進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。

噴大板法與預(yù)留試塊法基本相同，但增加了切割試塊工序，雖增加了檢測(cè)成本和工作量，但比預(yù)留試塊法更能反映實(shí)際施工情況。

噴射混凝土施工完成后，對(duì)4 km的隧洞噴射混凝土進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，試樣檢測(cè)結(jié)果見表3。

此外，施工中還組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位對(duì)其噴射整體質(zhì)量進(jìn)行了檢查，通過30處的檢查結(jié)果反映：噴層除個(gè)別處存在夾層、包沙外，基本均勻；噴射混凝土表面除個(gè)別處有滴水現(xiàn)象外未發(fā)現(xiàn)有滲水情況、噴層密實(shí)；噴層表面整體性較好，只發(fā)現(xiàn)有5處存在細(xì)微裂縫，整體質(zhì)量比較滿意。

表3 噴射混凝土質(zhì)量檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語及建議

1）干式噴射設(shè)備簡單，價(jià)格較低，能進(jìn)行遠(yuǎn)距離壓送（實(shí)際操作距離，不宜超過20 m）。易加入速凝劑，噴嘴脈沖現(xiàn)象少，適用在小斷面的隧洞中，但施工中粉塵多，回彈現(xiàn)象較嚴(yán)重。

2）建議采用濕噴法，與干噴法相比較，首先符合環(huán)保要求，有利于施工人員職業(yè)健康；再次混凝土回彈情況有所改善，材料配合比易于控制，工作效率較高；施工時(shí)宜用隨拌隨噴，以減少稠度變化。不足之處是速凝劑不容易添加，均勻度不好掌握；由于水灰比較大，混凝土的初期強(qiáng)度較低。

3）材料選用：水泥優(yōu)先采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)為P.O42.5，采用干噴法時(shí)，水泥：用量不宜小于400 kg/m3，不宜采用混有摻合料的水泥（例如礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥等）；砂：宜采用中粗砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5，含泥量應(yīng)≤5%，無泥塊，砂中小于0.075 mm的顆粒不應(yīng)大于20%；碎石：粒徑宜選用5～10 mm，含泥量應(yīng)＜1%，無泥塊；速凝劑：應(yīng)采用質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，性能指標(biāo)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，初凝時(shí)間不應(yīng)大于5 min，終凝不應(yīng)大于10 min，且應(yīng)做與水泥的相容性試驗(yàn)及水泥凈漿凝結(jié)效果試驗(yàn)，嚴(yán)格控制摻量，速凝劑摻量不宜大于水泥用量的5%。禁止在場地拌合樓物料攪拌時(shí)添加速凝劑，因石子、砂子含有大量的水分，速凝劑在短期時(shí)間內(nèi)會(huì)吸水、硬化，最好先按噴射混凝土配比把所噴物料攪拌均勻，在施噴時(shí)拌入速凝劑，經(jīng)拌勻后再加入到噴射機(jī)。

4）工作風(fēng)壓的選擇：選擇適宜的工作風(fēng)壓，是保證噴射混凝土順利施工和獲得高質(zhì)量施工效果的關(guān)鍵。噴射機(jī)開始工作時(shí)，先打開進(jìn)氣閥，調(diào)好空載壓力，開始噴射拌和料后，風(fēng)壓逐漸增大，最后達(dá)到所需的壓力值；在實(shí)際施工中，當(dāng)噴料管道距離變化時(shí)，工作風(fēng)壓需適當(dāng)調(diào)整：水平輸送距離每增加100 m，工作風(fēng)壓應(yīng)提高0.08～0.10 MPa。

5）取芯法測(cè)厚屬微破損檢測(cè)，量取混凝土芯樣長度作為噴層厚度，直觀、準(zhǔn)確。建議采用取芯法測(cè)厚的同時(shí)，進(jìn)行點(diǎn)荷載法檢測(cè)噴射混凝土的強(qiáng)度，不再需要其他專門機(jī)具進(jìn)行切割加工、檢測(cè)，這樣既省時(shí)又省力。

6）噴射混凝土施工質(zhì)量對(duì)隧洞二期永久性襯砌有直接影響，且包括很多施工要點(diǎn)，因此，在隧洞初期支護(hù)噴射混凝土施工過程中，要嚴(yán)格控制噴射混凝土施工的各個(gè)要點(diǎn)，采取相應(yīng)的措施加強(qiáng)對(duì)噴射混凝土施工的控制與養(yǎng)護(hù)，以保證噴射混凝土施工質(zhì)量，從而確保隧洞二期永久性襯砌施工順利進(jìn)行。