噴射混凝土在隧道施工中的應(yīng)用

劉鴻森

（東莞市天仁混凝土有限公司，廣東東莞 523000）

0 前言

噴射混凝土屬于隧道工程施工核心部分，涉及的技術(shù)內(nèi)容相對(duì)較多，復(fù)雜性較為突出。因而，綜合分析隧道施工實(shí)踐中噴射混凝土的有效應(yīng)用，有著一定的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

1 項(xiàng)目工況

某項(xiàng)目隧道工程所在區(qū)域呈較大地形起伏狀態(tài)。隧道上部分地表有棕紅色與褐黃色土壤，是相對(duì)致密的結(jié)構(gòu)。因圍巖受地質(zhì)構(gòu)造層面影響，發(fā)育了眾多裂隙，地下水較為豐富。施工作業(yè)期間，內(nèi)部豐富的裂隙水逐漸滲透至洞身，影響隧道施工作業(yè)。對(duì)此，本文以該隧道項(xiàng)目工程為例，進(jìn)行隧道施工實(shí)踐中噴射混凝土的實(shí)例分析。

2 實(shí)踐應(yīng)用

該項(xiàng)目距離混凝土公司約16km，攪拌車運(yùn)輸時(shí)間約40min，綜合運(yùn)輸線路及項(xiàng)目周邊的具體情況，對(duì)原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證。

2.1 在選定材料選層面

（1）在膠凝類型材料層面。選定華潤(rùn)水泥廠生產(chǎn)的水泥，為42.5R潤(rùn)豐牌普通的硅酸鹽類型水泥，表1是水泥相關(guān)性能指標(biāo)。

（2）礦物摻合料，選用沙角電廠的粉煤灰，表2為性能指標(biāo)。

（3）在選定粗骨料層面。選定連續(xù)性級(jí)配碎石，公稱最大10mm粒徑，0.5%的含泥量，泥塊含量0.2%，針片狀的顆粒含量10%。

（4）在選定細(xì)骨層面。Ⅱ區(qū)的天然中砂，2.6的細(xì)度模數(shù)，泥含量1.4%，泥塊含量0.2%。

（5）外加劑采用紅墻新材料公司生產(chǎn)的CSP-11型高效減水劑。速凝劑：無(wú)堿速凝劑。

（6）拌合用水為自來(lái)水。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

（1）配合比計(jì)算和確定。結(jié)合原材料的檢驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，求得噴射混凝土的配制強(qiáng)度為33.3MPa，水膠比W/B為0.46。

結(jié)合試驗(yàn)操作減水劑的1.7%摻量，185kg/m3的用水量，粉煤灰13%摻量，砂率50%，2330kg/m3密度。實(shí)施驗(yàn)算后，試拌配比確定是粉煤灰:水泥:外加劑:水:砂：石=52:350:6.83:185:872:871。

在上述配合比的基礎(chǔ)上，另外選擇兩個(gè)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)配合比，其中一個(gè)增加0.05的水膠比，砂率減少1%，用水量不變；另一個(gè)減少0.05水膠比，增加1%的砂率，用水量不變。

表3 原材料的配合比量 單位：kg/m3

經(jīng)過試驗(yàn)，適應(yīng)性驗(yàn)證三個(gè)配合比，均滿足噴射混凝土施工要求，最終確定水膠比0.46的配合比為本項(xiàng)目使用設(shè)計(jì)配比。

經(jīng)過生產(chǎn)線驗(yàn)證，生產(chǎn)的混凝土坍落度170～175mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 水泥性能指標(biāo)

表2 粉煤灰性能指標(biāo)

（2）速凝劑：摻無(wú)堿速凝劑摻量8%。噴射施工時(shí)摻加。

3 噴射施工

3.1 噴射前準(zhǔn)備工作

做好作業(yè)區(qū)內(nèi)的通風(fēng)，保持足夠的光線。作業(yè)區(qū)及附近周邊可使用高壓水或者壓縮空氣對(duì)碎石、巖渣、黏土堆積物等進(jìn)行清理。由于面層遇水容易泥化，所以應(yīng)采用壓縮空氣進(jìn)行清掃工作。針對(duì)泥質(zhì)或者砂質(zhì)巖面的面層，需要掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，用錨釘固定?；壮霈F(xiàn)滲水的部位用導(dǎo)管或排水過濾材料等輔助措施進(jìn)行排水處理。

3.2 噴射施工

施工前，噴射手先進(jìn)行試噴，混凝土性能合格后才進(jìn)行噴射操作。噴射過程按分片、分段，自下而上的順序，厚度過大（厚度大于100mm）時(shí)作分層噴射，噴射完畢及時(shí)保濕養(yǎng)護(hù)?；炷两K凝后養(yǎng)護(hù)時(shí)間14d。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過與施工方的密切配合，該項(xiàng)目的噴射混凝土施工取得了完滿的成功，總結(jié)該項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，有以下幾點(diǎn)體會(huì)：

4.1 原材料和配合比選擇

原材料選擇：針對(duì)隧道施工的特殊性，噴射混凝土所用的水泥應(yīng)選擇C3A和C3S含量高的，與速凝劑拌和后適應(yīng)性好，凝結(jié)時(shí)間快；摻料選擇Ⅱ級(jí)的粉煤灰，細(xì)度不超過30%，燒失量不超過5%；細(xì)骨料以細(xì)度2.5～3.0模數(shù)中砂為宜，含泥量不超過2.0%，泥塊含量不超過1.0%，300μm方孔篩類型顆粒量不超過15%。粗骨料以連續(xù)級(jí)配類型碎石為宜，公稱最大粒徑是10mm，含泥量的適宜比例是1.0%，泥塊的含量以0.5%為宜，針片狀的顆粒實(shí)際含量為12%，石子過大和針片狀含量過高都會(huì)影響混凝土的工作性，造成拌合物骨料堆積，回彈增大，易產(chǎn)生脈沖。

配合比設(shè)計(jì)：①水膠比方面。水膠比對(duì)于噴射同強(qiáng)度影響大。通過實(shí)施試驗(yàn)操作，水膠比最佳應(yīng)是0.40～0.50范圍。噴射作業(yè)后，噴層表面會(huì)呈光澤水亮狀態(tài)，強(qiáng)粘性、無(wú)塌落及流動(dòng)；②用水量方面。水膠比確定后，用水量的大小對(duì)混凝土工作有很大影響，要對(duì)用水量合理控制，一般在180～200kg/m3時(shí)能獲得較好的拌合物性能。過大用水量，噴射至巖石表面混凝土?xí)霈F(xiàn)跌漿、剝落現(xiàn)象，一次性的噴射厚度會(huì)有所減少，回彈量變大；用水量過少，料束呈偏干狀態(tài)，不能保證良好的黏聚性，也增加回彈；③砂率方面。砂率以45%～55%為宜，砂率太小粘聚性差易造成骨料堆積，混凝土回彈率增大。通常砂子的細(xì)度模數(shù)越大，砂率取上限；細(xì)度模數(shù)小，則砂率取下限；④在速凝劑方面，摻量務(wù)必把控至其膠凝材料的質(zhì)量10%范圍。摻加較多量，混凝土后期會(huì)有較大強(qiáng)度損失；速凝劑添加過程，應(yīng)確保連續(xù)均勻。

4.2 噴射準(zhǔn)備和施工作業(yè)期間

4.2.1 風(fēng)壓與噴射距離層面

隧道工程中噴射混凝土過程中，風(fēng)壓對(duì)回彈量有較大影響。

把控好風(fēng)壓極為關(guān)鍵，如果風(fēng)壓過大，那粗骨料容易回彈，如果風(fēng)壓過小，導(dǎo)致粗骨料噴射不到。應(yīng)以低風(fēng)壓式近距離的噴射為主，人工噴射時(shí)通常距噴射面1.0～1.5m為最佳噴距。

4.2.2 噴射手實(shí)操水平層面

噴射時(shí)噴射角度、距離、一次性的噴射厚度等均借助噴射手以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)有效控制及調(diào)節(jié)。噴射質(zhì)量及其回彈量，與噴射技術(shù)員的技術(shù)實(shí)操熟練度有關(guān)，需把控好工作風(fēng)壓、噴射面及噴嘴間隔距離。

4.2.3 噴射實(shí)操注意要點(diǎn)

厚度倘若不小于100mm，以分層噴射為宜；分層噴射實(shí)操期間，二次噴射務(wù)必于一次噴射混凝土終凝后實(shí)施。把握間隔時(shí)間，倘若超過1h，需借助壓縮空氣亦或高壓水，清洗混凝土噴層表面。在速凝劑方面，由于速凝劑是噴漿裝置上料期間摻入，應(yīng)有相應(yīng)的流量計(jì)量裝置，確保速凝劑可連續(xù)均勻摻入。

4.3 防排水有效處理層面

①對(duì)于噴射表面要檢查有無(wú)松動(dòng)巖塊、巖碴，如果存在這些雜質(zhì)應(yīng)選擇高壓風(fēng)將其清除；②若在狹小范圍內(nèi)或在巖層裂縫中有地下水涌出，出現(xiàn)這種情況，若可集中水源到相同位置，借助排水管及鉆孔排水實(shí)現(xiàn)有效排水；若難以集中水源，需選定半圓形式導(dǎo)水管疏導(dǎo)處理，再對(duì)其表面實(shí)施混凝土噴射作業(yè)；③在涌水量、涌水范圍大的情況下，需先鋪設(shè)帶導(dǎo)流的水槽防水板鋪，再實(shí)施混凝土噴射作業(yè)。

4.4 噴射混凝土有效養(yǎng)護(hù)措施

噴射混凝土水泥用量大、砂率大、用水量大，還摻加了速凝劑，其收縮變形比普通混凝土大。鑒于以上原因，混凝土的養(yǎng)護(hù)相對(duì)而言要求更高，它屬于噴射混凝土施工作業(yè)中較關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，為最后實(shí)操內(nèi)容。正常養(yǎng)護(hù)情況下，混凝土強(qiáng)度通常伴隨其齡期延長(zhǎng)不斷變大，大部分因膠凝性的材料水?dāng)嗪退?。在一定程度上，水化的速度與環(huán)境中溫濕度關(guān)系十分密切，受通風(fēng)不良的影響，隧道內(nèi)溫升高，噴射混凝土周邊空氣處于干燥狀態(tài)之中，且水化熱引發(fā)混凝土內(nèi)部的溫度驟然升高，使水分快速蒸發(fā)。由于噴射混凝土內(nèi)部水泥和水的接觸時(shí)間相對(duì)較短，和普通混凝土比較起來(lái)，水泥處于較低水化程度狀態(tài)。噴射混凝土凝結(jié)整個(gè)過程，屬于水泥實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的水化反應(yīng)過程。在一定程度上，水泥通常處于有水環(huán)境下才產(chǎn)生水化反應(yīng)，水泥水化大部分是因水泥石內(nèi)部水分匱乏無(wú)法持續(xù)反應(yīng)，由于毛細(xì)管產(chǎn)生引力作用，使混凝土產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，而噴射混凝土此時(shí)的強(qiáng)度呈較低狀態(tài)，因收縮雖誘發(fā)拉應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對(duì)混凝土自身強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)起一定的促進(jìn)作用，水化停止后，水化物無(wú)法進(jìn)一步對(duì)水泥石內(nèi)部毛細(xì)孔實(shí)施填充處理，對(duì)混凝土自身抗?jié)B性影響極大。

3 結(jié)語(yǔ)

從總體上來(lái)說(shuō)，隧道項(xiàng)目工程施工建設(shè)期間，噴射混凝土屬于重點(diǎn)施工內(nèi)容，需廣大技術(shù)人員結(jié)合項(xiàng)目實(shí)情及需求，從原材料選定、混凝土配合比設(shè)計(jì)、噴射施工、防排水有效處理、噴射混凝土有效養(yǎng)護(hù)等各個(gè)節(jié)點(diǎn)入手，開展標(biāo)準(zhǔn)化噴射混凝土施工作業(yè)，保證隧道項(xiàng)目工程總體施工建設(shè)順利完成。