淺析水工引水隧洞噴射混凝土的質(zhì)量控制

孫曉亮

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030000）

1 工程概況

混凝土噴射支護(hù)的類型，應(yīng)根據(jù)施工圍巖類別和洞室尺寸來(lái)選擇。根據(jù)某引水隧洞工程施工實(shí)踐，分析隧洞噴射混凝土施工工藝的質(zhì)量控制。該隧洞洞室開挖斷面4 m×5 m，圍巖結(jié)構(gòu)分別為III類、IV類、V類圍巖，一次支護(hù)緊跟開挖面進(jìn)行。圍巖類別不同，采用的支護(hù)方式也不同，V類圍巖采用鋼拱架支護(hù)，結(jié)合全斷面掛網(wǎng)，頂拱布設(shè)系統(tǒng)錨桿，噴射C20混凝土厚度12 cm；IV類圍巖采用全斷面噴射C20混凝土，厚度10 cm，局部破碎地帶采用V類圍巖支護(hù)方式；III類圍巖采用全斷面噴射C20混凝土，厚度8 cm。

2 噴射混凝土施工工藝

噴射混凝土是將砂石骨料、水泥、水、外加劑等進(jìn)行拌合，采用壓縮氣體作為噴射動(dòng)力，通過(guò)噴射機(jī)及管道，將混凝土噴射到巖層表面，形成高強(qiáng)度的支護(hù)混凝土。噴射混凝土起強(qiáng)后，在隧洞支護(hù)中起到支撐、填平、補(bǔ)強(qiáng)圍巖，阻止圍巖松動(dòng)的作用，并通過(guò)噴層把外力傳給錨桿、鋼拱架等，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力均勻分配。噴射混凝土的優(yōu)點(diǎn)如下：

一是工序簡(jiǎn)單，應(yīng)用較普遍。在施工中，噴射混凝土有的需要單面模板，有的甚至不需要模板，提高了施工效率及經(jīng)濟(jì)效益。靈活性高，可通過(guò)軟管，在隧洞或極其狹窄的工作面向各方位噴射作業(yè)，減小了安全隱患，保證了施工安全。

二是質(zhì)量保證，具有好的耐久性和強(qiáng)度。噴射混凝土一般使用比較小的水灰比，在砂石骨料及水泥拌合時(shí)摻入指定外加劑，利用噴射時(shí)水泥和骨料的反復(fù)撞擊使混凝土密實(shí)。噴射過(guò)程中回彈少、粉塵少，對(duì)作業(yè)人員身體危害輕。

3 噴射混凝土質(zhì)量控制

3.1 原材料質(zhì)量要求

（1）水泥：滿足設(shè)計(jì)所需要的強(qiáng)度、保水性好、凝結(jié)硬化快等要求。首選普通硅酸鹽水泥，也可選用礦渣硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)不得低于42.5，圍巖破碎不穩(wěn)時(shí)應(yīng)選用早強(qiáng)水泥。存放時(shí)嚴(yán)禁受潮、結(jié)塊，嚴(yán)禁把不同廠家、標(biāo)號(hào)、規(guī)格的水泥混合使用。

（2）砂石骨料：混凝土的強(qiáng)度，取決于骨料的強(qiáng)度及水泥漿與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度，表面越粗糙，粘結(jié)強(qiáng)度就越高，因此一般選用碎石骨料。一定范圍內(nèi)骨料粒徑越小，分布越均勻，混凝土強(qiáng)度越高。為保證施工混凝土強(qiáng)度及管道通暢，減少回彈量及作業(yè)粉塵，粗骨料應(yīng)選取小于15 mm，細(xì)骨料應(yīng)使用中、粗砂，含水控制在6%左右，細(xì)度模數(shù)大于2.5。

（3）水：水質(zhì)應(yīng)符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）中拌合用水的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)禁使用污水、pH小于4的酸性水和硫酸鹽含量超1%的水。

（4）外加劑：為了最大限度地降低回彈率和粉塵率，保證噴射混凝土早凝早強(qiáng)，需使用符合質(zhì)量要求并經(jīng)試驗(yàn)室檢驗(yàn)合格的速凝劑，應(yīng)有廠家的質(zhì)量證明書，按國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)鑒定，初凝時(shí)間不應(yīng)超過(guò)5 min，終凝時(shí)間不應(yīng)超過(guò)10 min。

3.2 隧洞噴射混凝土施工工藝相關(guān)參數(shù)控制

3.2.1 施工準(zhǔn)備

為保證隧洞施工安全，一次支護(hù)緊跟開挖工作面進(jìn)行。先對(duì)掌子面附近進(jìn)行初噴，以便于封閉裂隙，然后在主噴區(qū)按設(shè)計(jì)厚度分層噴射；再次噴射時(shí)，需在第一次噴射的混凝土終凝后進(jìn)行。噴射混凝土作業(yè)前，應(yīng)先做好作業(yè)面的檢查和清理，包括清除松動(dòng)巖塊和雜物，安設(shè)工作平臺(tái)及噴射混凝土厚度的標(biāo)志，對(duì)風(fēng)、水、電線線路檢查和試運(yùn)行。嚴(yán)重漏水、滲水地段，噴射作業(yè)之前，應(yīng)先做好排水、治水工作。

3.2.2 混凝土拌合

拌合前，首先要檢查設(shè)備能否正常運(yùn)行，各種計(jì)量器具是否完好，配套設(shè)施是否準(zhǔn)備完善，否則不予進(jìn)行開機(jī)攪拌。各種原材料均按質(zhì)量計(jì)量，砂石料允許的偏差值為±3%，水泥和外加劑允許偏差值為±2%。采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌合，時(shí)間不小于1 min，采用自落式或滾筒式攪拌機(jī)，拌合時(shí)間不小于2 min，混合料應(yīng)隨伴隨用。運(yùn)輸、存放過(guò)程中，應(yīng)防雨防塵。

3.2.3 混凝土噴射作業(yè)

施工時(shí)，噴射機(jī)及噴射手操作是個(gè)重要環(huán)節(jié)，混凝土的厚度、均勻性、密實(shí)程度以及回彈等，都與正確的操作技術(shù)密不可分。

根據(jù)噴射機(jī)的輸送距離，將噴射機(jī)安設(shè)于受噴面附近，噴射機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，先注水送風(fēng)，保證機(jī)筒和管路通暢，同時(shí)對(duì)受噴面進(jìn)行清洗?；炷吝\(yùn)送至洞內(nèi)噴射機(jī)旁，根據(jù)作業(yè)面和已噴射的混凝土情況，調(diào)整水量，保證混凝土易粘著、回彈少，表面有濕潤(rùn)的光澤度。施工時(shí)噴嘴略向下傾斜10°左右，使噴頭與受噴面垂直，并保持0.6～1.0 m的距離，噴嘴附近壓力約0.1 MPa，供水壓力約0.2 MPa，使水均勻地與混合料混合后，噴射在較厚的混凝土頂端，避免粗骨料直接與巖面接觸，減少回彈量。

噴射應(yīng)采用分段、分片依次進(jìn)行，噴射順序自下而上。對(duì)于巖面不平整部位，先凹后凸進(jìn)行找平。噴射必須分層進(jìn)行，一次厚度約5 cm，后一層應(yīng)在前一層終凝后進(jìn)行。若終凝1 h后再噴射，需重新清理受噴面，將乳膜、浮塵及雜物等沖洗干凈，再進(jìn)行后一層噴射。噴射混凝土表面應(yīng)平整，誤差應(yīng)控制在10 cm以內(nèi)，噴射過(guò)程中還應(yīng)控制好回彈率，邊墻不應(yīng)大于15%，頂拱不應(yīng)大于25%。

噴射時(shí)必須保證供料的連續(xù)性，保持工作風(fēng)壓穩(wěn)定，因故中斷或完成噴射后，應(yīng)將噴射機(jī)和管路內(nèi)的積料清理干凈。為避免水泥產(chǎn)生預(yù)先水化反應(yīng)，拌合料應(yīng)在30 min內(nèi)用完。

3.2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)是保證噴射混凝土質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，必須按照規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)質(zhì)量管理，強(qiáng)化質(zhì)量意識(shí)，保證噴射混凝土在隧洞一次支護(hù)時(shí)發(fā)揮重要作用。

在不破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)及粘結(jié)基層的前提下，當(dāng)噴射的混凝土初凝后，及時(shí)進(jìn)行刮抹修平。終凝2 h后，應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，14 d內(nèi)保持濕潤(rùn)，以防干裂影響襯砌體的質(zhì)量。當(dāng)氣溫低于-5℃時(shí)，不得噴水養(yǎng)護(hù)。

3.2.5 質(zhì)量檢查

噴射混凝土的質(zhì)量評(píng)價(jià)，要檢查28 d齡期抗壓強(qiáng)度，須在施工時(shí)采取噴大板（450 mm×350 mm×200 mm）的取樣方法進(jìn)行；有特殊要求時(shí)，應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)取芯（金剛石鉆頭鉆機(jī)鉆取3塊，并切割成高度與直徑相同的試塊）的方法進(jìn)行。每種材料或每一配合比，噴1 000 m2取樣一組，不足1 000 m2的單項(xiàng)工程取樣一組；取樣位置應(yīng)包括具有代表性的側(cè)墻和頂拱。噴層厚度，應(yīng)采用針探或鉆孔方法檢查，每隔20～50 m檢查一個(gè)斷面，每個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)不少于5點(diǎn)，頂拱不少于3點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

噴射混凝土在水利工程引水隧洞施工中的應(yīng)用非常廣泛，質(zhì)量直接影響著支護(hù)體的耐久性及后期的開挖等情況。因此，噴射混凝土質(zhì)量必須嚴(yán)格按照規(guī)范及質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求，通過(guò)各種組織、技術(shù)措施強(qiáng)化質(zhì)量管理意識(shí)，保證噴射混凝土在隧洞支護(hù)中發(fā)揮作用。