提升涌水段隧道初噴混凝土施工效果的技術(shù)研究

唐開(kāi)軍

（貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州貴陽(yáng) 550023）

一、概述

目前隧道施工中的初期支護(hù)技術(shù)通常采用錨桿、鋼筋網(wǎng)片、鋼拱架、噴射混凝土等對(duì)隧道開(kāi)挖后進(jìn)行及時(shí)封閉圍巖，對(duì)圍巖提供支護(hù)力，為隧道的施工提供安全保障。噴射混凝土是初期支護(hù)中支護(hù)作用的主要提供者，其將鋼拱架和鋼筋網(wǎng)片聯(lián)結(jié)成整體，有效提高初期支護(hù)的支護(hù)效果。同時(shí)噴射混凝土也可以發(fā)揮一定的防水作用。因此，提高噴射混凝土的施工質(zhì)量，對(duì)保障初期支護(hù)的支護(hù)效果具有重要意義，也能保障工程建設(shè)的順利進(jìn)行。通常情況下，噴射混凝土的施工質(zhì)量不好主要表現(xiàn)為噴射混凝土的強(qiáng)度保證率不足、施工噴射的回彈率高而浪費(fèi)材料、混凝土質(zhì)地不密實(shí)、與鋼拱架或者鋼筋網(wǎng)片等聯(lián)結(jié)不牢等問(wèn)題。噴射混凝土的施工質(zhì)量的影響因素很多，主要包括原材料、水膠比、外加劑以及施工機(jī)械、噴射混凝土操作手的操作水平等。因此，強(qiáng)化施工現(xiàn)場(chǎng)的控制管理是保障施工質(zhì)量的有效方式。

二、工程案例概況

某高速公路隧道左洞起止里程為Z K 5 4+1 1 2.7 0 0 ～ZK54+166.950段約54m長(zhǎng)處于軟弱圍巖地質(zhì)條件。該段隧道地下涌水量大，最大涌水為10米長(zhǎng)度內(nèi)涌水量133m3/h。隨著隧道施工的不斷進(jìn)行，隧道涌水呈現(xiàn)如下特點(diǎn)，洞身土石方開(kāi)挖后并進(jìn)行初期支護(hù)施工時(shí)出現(xiàn)涌水量最大，但是隨時(shí)間的延長(zhǎng)涌水量逐漸減弱，一般為15天以后涌水量減至32m3/d，隨后到達(dá)30～35天后地下水呈滲水狀態(tài)，只在初期支護(hù)表面看到有少量滲水。此段隧道滲水現(xiàn)象總體表現(xiàn)為工作面涌水量最大，然后距離工作面越遠(yuǎn)滲水量就越小，涌水主要集中在工作面約23m范圍內(nèi)。因?yàn)楸径嗡淼绹鷰r破碎，在隧道開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)并保證其施工質(zhì)量和支護(hù)效果。由于隧道的地下水發(fā)育，涌水量大，噴射混凝土的施工質(zhì)量成為保證初期支護(hù)支護(hù)作用得到有效發(fā)揮的關(guān)鍵因素。

該段隧道初期支護(hù)采用型鋼拱架加錨網(wǎng)噴的綜合支護(hù)形式，具體參與如表1所示。

表1 某高速公路隧道涌水段初期支護(hù)參數(shù)

三、涌水段隧道噴射混凝土施工質(zhì)量的主要影響因素分析

（一）隧道圍巖涌水量大

隧道工作面開(kāi)挖后，巖體中富藏的水由于失去巖體的約束而較快的流露出來(lái)，此時(shí)的出水量通常比較大，根據(jù)該段隧道開(kāi)挖后的監(jiān)測(cè)顯示，開(kāi)挖段圍巖的涌水量通常能達(dá)到約13m3/h，此涌水量對(duì)隧道初期支護(hù)施工的產(chǎn)生較為不利的影響。當(dāng)噴射混凝土噴向圍巖表面遇到涌出的地下水，隨即與地下水產(chǎn)生如下作用，一是兩者相遇改變噴射混凝土的配合比，使得噴射混凝土的凝結(jié)硬化效果改變，達(dá)不到快速凝結(jié)的效果；二是地下水與噴射混凝土混合，增加噴射混凝土的流動(dòng)性和自重，使得噴射混凝土未凝結(jié)即在自重影響下掉落；三是較大的涌水將會(huì)在噴射混凝土與圍巖巖面之間產(chǎn)生一層隔離水膜，對(duì)噴射混凝土與巖面凝結(jié)產(chǎn)生不良影響。因此，當(dāng)隧道圍巖巖面涌水量較大時(shí)，將嚴(yán)重影響噴射混凝土的噴射效果。

（二）隧道開(kāi)挖后巖面平整度差

圍巖巖面的平整度將會(huì)影響初期支護(hù)型鋼拱架和鋼筋網(wǎng)片與巖面的貼合度，進(jìn)而影響噴射混凝土與圍巖巖面的粘結(jié)效果。通常情況下，若圍巖的巖面平整度較差，型鋼拱架和鋼筋網(wǎng)片施工時(shí)，會(huì)在型鋼拱架背面、鋼筋網(wǎng)片與圍巖表面之間形成較大空隙。在進(jìn)行噴射混凝土施工作業(yè)時(shí)，容易造成如下不良影響：一是很容易在圍巖巖面、型鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片之間造成此空隙填充不密實(shí)，形成空鼓而影響噴射混凝土的密實(shí)性；二是噴射混凝土施工時(shí)很容易形成骨料回彈，不易凝結(jié)，極大影響噴射混凝土的施工效率，不能及時(shí)封閉圍巖，亦將造成混凝土骨料的浪費(fèi)，增加施工成本。

（三）隧道圍巖巖體松散

松軟破碎段隧道圍巖的自穩(wěn)時(shí)間通常比較短，隧道開(kāi)挖后變形會(huì)逐步發(fā)展，破碎松散的巖塊會(huì)不斷的脫離掉落。在初期支護(hù)前沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行及時(shí)清理作業(yè)，則在噴射混凝土施工作業(yè)時(shí)，噴射混凝土粘結(jié)于松散巖塊上面增加其自重，通常巖塊會(huì)掉落，尤其是在隧道圍巖涌水量較大時(shí)，這種情況將會(huì)更加普遍和嚴(yán)重。這時(shí)需要用噴射混凝土對(duì)脫離部位進(jìn)行填補(bǔ)，這種情況會(huì)增加噴射混凝土需要量與降低噴射混凝土的施工效率，同時(shí)也延長(zhǎng)隧道圍巖的封閉時(shí)間，不能及時(shí)給圍巖提供必要支護(hù)作用，將會(huì)給初期支護(hù)施工帶來(lái)不利影響。

四、提升噴射混凝土施工效果的技術(shù)措施

（一）改進(jìn)隧道施工循環(huán)進(jìn)尺及時(shí)跟進(jìn)巖面清理作業(yè)

松軟破碎的涌水隧道，其圍巖的穩(wěn)定性通常會(huì)比較差，因此在進(jìn)行隧道掘進(jìn)施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合圍巖穩(wěn)定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，采用與之相適應(yīng)的隧道掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺，以保證隧道初期支護(hù)施工能及時(shí)跟進(jìn)，提供快速的支護(hù)效應(yīng)，保證隧道施工安全。為避免隧道開(kāi)挖后松散巖塊掉落對(duì)施工人員帶來(lái)安全威脅，也為不影響初期支護(hù)噴射混凝土施工效果，尤其是涌水量較大的隧道，應(yīng)對(duì)開(kāi)挖后的隧道圍巖巖面松散巖塊進(jìn)行及時(shí)清理，可以采用高壓風(fēng)清理，剔除穩(wěn)定性較差的碎塊，為后續(xù)施工作業(yè)提供有力條件。

（二）堵、排結(jié)合改善圍巖水系狀況

隧道在進(jìn)行掘進(jìn)開(kāi)挖時(shí)，對(duì)于地下水的處理應(yīng)該遵循“堵、排”結(jié)合的原則進(jìn)行。首先，可以在掌子面上采用超前鉆孔方式探明前方的地下水的情況，同時(shí)也可以將前方地下水進(jìn)行泄壓排放，有利于掘進(jìn)施工和掌子面穩(wěn)定；其次，可以調(diào)整隧道中空注漿錨桿的施工參數(shù)，采用長(zhǎng)短混打的方式，通過(guò)向巖體內(nèi)部注入水泥漿與水玻璃的雙漿液，實(shí)現(xiàn)填充圍巖裂隙和止水效果，改善圍巖表面涌水狀態(tài)；最后，在圍巖面初噴后每隔適當(dāng)距離設(shè)置環(huán)向的排水盲溝，盲溝的直徑可根據(jù)圍巖涌水水量確定，形成過(guò)水通道，當(dāng)噴射混凝土施工作業(yè)時(shí)，巖體涌水可以通過(guò)排水盲溝進(jìn)行有效引流。通過(guò)以上的方法，可以有效的改善圍巖的涌水對(duì)噴射混凝土施工的不利影響，提高噴射混凝土施工的效果。

（三）調(diào)整噴射混凝土配合比改善凝結(jié)效果

在隧道初期支護(hù)噴射混凝土施工中，其配合比對(duì)施工效果有著重要影響，如噴射混凝土的骨料凝結(jié)效果、回彈率以及混凝土質(zhì)地的密實(shí)性等均受其影響。在進(jìn)行噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)，試配、實(shí)地試噴、調(diào)整等過(guò)程[1]。骨料級(jí)配應(yīng)合理適用，以保證噴射混凝土噴凝后的密實(shí)性，提高初期支護(hù)噴射混凝土的止水效果。水膠比在施工過(guò)程中不因降雨等天氣原因產(chǎn)生較大的波動(dòng)，確保噴射混凝土的配合比能較好的適應(yīng)涌水段圍巖的初期支護(hù)施工。在施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)隧道涌水量的監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際施工需要調(diào)整噴射混凝土的配合比，保證其施工質(zhì)量符合要求。

（四）改善隧道開(kāi)挖方式提高巖面平整度

隧道開(kāi)挖后圍巖巖面的平整度對(duì)噴射混凝土施工的效率及密實(shí)性等有重要影響。由于軟弱松散地質(zhì)條件的影響，隧道開(kāi)挖后圍巖表明的平整度通常比較差。而在實(shí)際施工過(guò)程中，超欠挖經(jīng)常出現(xiàn)斷面坑洼不平，主要原因是工人一味追求進(jìn)度，炮眼數(shù)量不足且鉆孔方向隨意性較大，沒(méi)有按照鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，尤其是周邊眼，間距過(guò)大，使用過(guò)量炸藥，爆破后沒(méi)有形成良好的弧形[2]。因此，在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)水文條件選擇相適應(yīng)的開(kāi)挖方法。當(dāng)機(jī)械開(kāi)挖可以適應(yīng)時(shí)則應(yīng)采取機(jī)械開(kāi)挖的方式，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，減少圍巖表面局部掉塊等情況的出現(xiàn)。如必須采用爆破開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)采用光面爆破的控制爆破技術(shù)，選擇小進(jìn)尺、短孔距、少藥量的原則，以弱爆破的形式開(kāi)挖掘進(jìn)，既可提高隧道圍巖表面的平整度，亦能減小洞身開(kāi)挖對(duì)圍巖的繞道。通過(guò)提供隧道開(kāi)挖圍巖表面的平整度，可以提高噴射混凝土的施工效率，改善其施工效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

涌水隧道在開(kāi)挖掘進(jìn)過(guò)程中，圍巖的自穩(wěn)時(shí)間通常比較短，需要及時(shí)施作初期支護(hù)以及時(shí)提供支護(hù)作用以限制圍巖的變形，從而為隧道的安全施工提供有力保障。隧道的初期支護(hù)中，噴射混凝土是支護(hù)作用的主要提供者，因此提高噴射混凝土的施工效果可有效提高初期支護(hù)作用。在噴射混凝土的施工時(shí)，還應(yīng)該注重現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管控，原材料質(zhì)量，施工操作人員技能水平等方面施工效果的影響，以“全方位質(zhì)量控制”的原則進(jìn)行質(zhì)量控制，提升噴射混凝土的施工效果。