隧道濕噴混凝土超方原因及控制措施分析

摘 要：本文結(jié)合成昆鐵路峨眉至米易段EMZQ-3標(biāo)老鼻山隧道工程實例，闡述了老鼻山隧道濕噴混凝土超方原因，并針對原因制定了控制措施，以及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為降低隧道施工成本提供了可行性方案，對今后隧道濕噴混凝土超方控制具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：隧道;濕噴混凝土;原因;控制措施

中圖分類號：TU755? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）01-0043-03

0 引言

目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路及公路的建設(shè)規(guī)模和技術(shù)水平不斷提高。隧道工程在鐵路及公路中占比較大，施工企業(yè)曾流傳“金隧、銀橋、銅路基”的說法，但是昔日的“金隧”，卻是舉步維艱，逐漸成為虧損的單項工程，造成虧損的原因有很多，其中初期支護(hù)時，濕噴混凝土超方嚴(yán)重是其中一個主要原因，不僅造成隧道工程建設(shè)成本的增加，材料的浪費，而且其主材水泥的大量生產(chǎn)很容易造成空氣污染。針對這一問題，通過對成昆鐵路峨眉至米易段EMZQ-3標(biāo)老鼻山隧道工程的初期支護(hù)濕噴混凝土施工調(diào)查研究，分析了濕噴混凝土超方的原因，提出了具體的控制措施，同時對類似工程濕噴混凝土超方控制具有一定的借鑒意義。

1 工程簡介

老鼻山隧道地處峨邊縣毛坪鎮(zhèn)范店子～峨邊區(qū)間，全長13 579 m，進(jìn)口里程DK198+253，出口里程D1K211+832，雙線隧道。全隧設(shè)計為3.5‰（3 797 m）、11‰（9 782 m）的單面坡，全隧除進(jìn)口D1K198+198～D1K199+127.74段位于半徑R=2 200 m的左偏曲線上，D1K209+061.99～D1K210+029.99段位于半徑R=2 204.38 m的右偏曲線上外，D1K210+238.96～D1K221+832段位于半徑R=1 600 m的左偏曲線上其余地段均為直線。隧道屬大渡河峽谷構(gòu)造剝蝕地貌，地面高程625～1 350 m，最大埋深約710 m。隧道進(jìn)口，交通條件差，出口交通條件較好（如圖1所示）。

隧道采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)，開挖寬度約15 m，高度約9 m。鐵路等級：Ⅰ級;正線數(shù)目：雙線;速度目標(biāo)值：160 km/h;最小曲線半徑：一般2 000 m，困難1 600 m;最大坡度：6‰，加力坡13‰;牽引種類：電力;類型：客車：HXD1D，SS3 貨車：HXD3，SS3;牽引質(zhì)量：4 000 t;到發(fā)線有效長：850 m雙機(jī)880 m;閉塞類型：自動閉塞;行車指揮方式：調(diào)度集中。

2 超方原因分析

2.1 圍巖

老鼻山隧道圍巖自身特性引起的超挖，測區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土、坡崩積層（Q4dl+col）塊石土，第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層（Q4del）塊石土;下伏基巖為二疊系上統(tǒng)（P2β）峨眉山玄武巖，下統(tǒng)棲霞組—茅口組（P1q+m）灰?guī)r，奧陶系下統(tǒng)紅石崖組（O1h）砂巖夾頁巖，其中不良地質(zhì)有錯落體、斷層、破碎帶、溶腔溶洞等，此段落濕噴時，超方明顯。

2.2 超欠挖

隧道開挖輪廓線的好壞直接影響濕噴混凝土能否超方，因此加強(qiáng)超欠挖控制尤為重要，主要體現(xiàn)在加強(qiáng)鉆孔爆破控制，影響鉆爆控制有以下幾方面原因：（1）周邊眼鉆孔精度;（2）爆破技術(shù)參數(shù);（3）地質(zhì)條件;（4）測量放線精度。

2.3 襯砌結(jié)構(gòu)型式

老鼻山隧道Ⅲ級圍巖初期支護(hù)時采用12 cm噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+錨桿支護(hù)，Ⅳ級圍巖初期支護(hù)時采用23 cm噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+錨桿+鋼格柵支護(hù)，Ⅴ級圍巖初期支護(hù)時采用27 cm噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+錨桿+鋼拱架支護(hù)，格柵拱架、鋼拱架支護(hù)型式的不同影響濕噴混凝土的粘接好壞，進(jìn)而影響濕噴混凝土超方。

2.4 濕噴工藝

濕噴工藝包括：（1）濕噴設(shè)備的選用;（2）原材料及配合比;（3）噴射方法;（4）噴射手的熟練程度;（5）噴射順序及時間間隔。

2.5 回彈率

濕噴混凝土回彈率受速凝劑類型、噴射位置、水泥用量、空氣壓力、水灰比及骨料最大粒徑等決定。

2.6 拱架加工及安裝精度

格柵拱架及型鋼拱架加工的精度及安裝精度均會影響拱架的線形，加工及安裝精度差，拱架安裝完成后，存在拱架線形不順直、兩榀拱架高差過大，噴射混凝土施工時，為了滿足噴射混凝土平整度的要求，濕噴混凝土將會超方。

3 控制措施

從濕噴混凝土超方的原因分析中可以發(fā)現(xiàn)，主要原因為超欠挖控制、濕噴工藝、回彈率控制。

3.1 超欠挖控制措施

超欠挖控制主要從3個方面控制：（1）周邊眼鉆孔精度（間距、角度及深度）;（2）掏槽眼布置方式與掏槽眼角度;（3）裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方式。

施工中通過以下措施控制超欠挖：（1）對司鉆人員進(jìn)行培訓(xùn)，由技術(shù)熟練的操作手進(jìn)行掏槽眼和周邊眼作業(yè)，在先鉆的孔內(nèi)插入導(dǎo)向管，以此作為基準(zhǔn)施鉆其他鉆孔，同時對掌子面右側(cè)所有風(fēng)槍的油壺位置進(jìn)行改裝到左側(cè)，確保周邊眼外插角的控制（如圖2所示）。（2）鉆周邊孔時，通過鉆孔位置少量內(nèi)移，將鉆孔定位在輪廓線內(nèi)側(cè)1～3 cm，減少外插角帶來的不利影響，周邊眼間距為35 cm，鉆孔深度不小于3.1 m（每循環(huán)進(jìn)尺3.0 m），角度為1°～3°。（3）爆破后發(fā)現(xiàn)較大超挖，無孔痕并在爆孔周圍可見裂隙，說明藥量偏高，需要調(diào)整藥量。（4）爆破后光爆出現(xiàn)凹面，說明抵抗線太小，應(yīng)適當(dāng)加大光爆層厚度;反之，出現(xiàn)凸面，說明光爆層過厚，適當(dāng)減少。（5）裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方式：采用間隔裝藥，微差起爆。（6）掏槽眼采用楔形掏槽，巖質(zhì)較硬時可增加小掏槽，掏槽眼角度選擇55°。

3.2 濕噴工藝控制

3.2.1 濕噴設(shè)備的選擇

老鼻山隧道出口使用耿力GHP25C-Ⅱ濕噴機(jī)械手（生產(chǎn)能力25 m3/h），傳統(tǒng)的小型臥式濕噴機(jī)由于操作臺架的限制、工作環(huán)境空氣較差、視線不良等因素使操作人員多數(shù)情況會在噴射角度小于90°時施噴且不能保證穩(wěn)定的噴射距離，噴射角度和距離有很大的隨意性，導(dǎo)致混凝土回彈率很大，機(jī)械手噴射機(jī)具有良好的操作性，操作人員可通過遙控器站在最有利于觀察的位置來控制噴嘴與巖面的距離，噴嘴本身的全方位可調(diào)可操控性能，使操作人員能根據(jù)巖面的起伏凹凸做精細(xì)噴射方向調(diào)整，從而降低濕噴混凝土回彈率[1]。

當(dāng)濕噴混凝土以沖量I=ft（m×△v）噴射巖面時，沖量的大小與濕噴混凝土的速度成正比，沖量過大會造成反彈，濕噴混凝土的速度由風(fēng)壓和供風(fēng)量決定，機(jī)械噴射手的風(fēng)壓和供風(fēng)量可由操作手調(diào)節(jié)供風(fēng)能力從而獲得合適的噴射速度，使回彈率和噴射質(zhì)量得到最佳匹配，小型臥式濕噴機(jī)無此功能。

3.2.2 原材料及配合比控制

細(xì)集料選擇細(xì)度模數(shù)在2.5～3.2的中粗砂，粗集料采用5～10 mm的碎石，水泥使用普通硅酸鹽水泥，和濕噴混凝土設(shè)計標(biāo)號C25濕噴混凝土相適應(yīng)，經(jīng)過現(xiàn)場施工多次試驗，混凝土塌落度一般控制在100～130 mm，塌落度過小容易造成堵管，塌落度過大容易出現(xiàn)噴射時混凝土不易自穩(wěn)、易塌落，回彈量較大。

3.2.3 噴射方法

噴射時選擇分兩層噴射方法，第一層噴射厚度4～6 cm，第一層噴射后硬化達(dá)到一定強(qiáng)度后方可噴射第二層，最終以不出現(xiàn)濕噴混凝土掉落，同時噴射厚度滿足設(shè)計要求，施工過程中應(yīng)避免一次噴射厚度太薄導(dǎo)致骨料發(fā)生回彈，或一次噴射過厚導(dǎo)致噴層下墜流淌現(xiàn)象[2]。

噴射巖面平整時，噴嘴應(yīng)與巖面垂直，在噴射混凝土過程中，噴射距離的遠(yuǎn)近對混凝土的質(zhì)量和回彈量會產(chǎn)生很大影響，通過實驗獲得，噴嘴與巖面的距離控制在0.8～1.2 m時，濕噴混凝土回彈量最少。

3.3 回彈率控制

影響濕噴混凝土回彈率的主要工藝有風(fēng)壓、水壓、噴射距離、噴射角度、噴層順序、速凝劑種類選擇、工人熟練程度，噴射角度及噴射距離、噴層順序在噴射工藝中有涉及，同時工人熟練程度的因素下面不做闡述。

3.3.1 風(fēng)壓控制

在噴射混凝土施工時，輸料管長度一般15 m左右，噴嘴與受噴巖面的距離為0.8～1.2 m時，風(fēng)壓控制在0.2～0.45 MPa時，噴射混凝土的回彈量最小。

3.3.2 水壓控制

噴射施工時，當(dāng)水壓控制過小，噴射混凝土因不能充分水化濕潤，使混凝土噴射面將出現(xiàn)干裂，導(dǎo)致濕噴混凝土回彈量增大，并且混凝土強(qiáng)度大幅度降低;水壓過大時，噴射混凝土因沒有初凝從而被水流沖洗直接脫落，經(jīng)過現(xiàn)場多次施工證明，水壓應(yīng)比風(fēng)壓高出0.1～0.15 MPa，噴射噴射效果最好。

3.3.3 時間間隔

在施工過程中，因各噴層時間間隔控制不好導(dǎo)致混凝土回彈量增大。一種情況是時間間隔短，導(dǎo)致噴射混凝土未初凝而被風(fēng)壓水壓沖擊而脫落，造成回彈量增大;另一種情況是時間間隔太長，導(dǎo)致噴射混凝土已經(jīng)初凝，第二次噴射時骨料不能鑲嵌到混凝土面而造成混凝土回彈量增大。所以在噴射過程中應(yīng)該按照濕噴混凝土的初凝時間和是否添加速凝劑而控制噴層的時間間隔。

3.3.4 速凝劑種類

老鼻山隧道出口前期使用有堿速凝劑，噴射混凝土回彈量較大，經(jīng)過改進(jìn)，調(diào)整為無堿速凝劑，無堿速凝劑有著凝結(jié)時間短、粘結(jié)性好、后期強(qiáng)度保存率高、無堿骨料反應(yīng)、水泥適應(yīng)性好、大幅度改善施工作業(yè)環(huán)境、噴射混凝土回彈率低及施工功效高的特點[3]。

現(xiàn)場經(jīng)過多次試驗，使用有堿速凝劑噴混凝土回彈率平均為20.5%，使用無堿速凝劑噴混凝土回彈率平均為6%～8%，一般不超過8%，無堿速凝劑回彈率明顯低于有堿速凝劑（如表1，圖3所示）。

4 經(jīng)濟(jì)效益與社會效益

現(xiàn)場通過對老鼻山隧道超欠挖控制、選擇機(jī)械手濕噴機(jī)、優(yōu)化濕噴工藝及選擇無堿速凝劑等方法對混凝土超方進(jìn)行控制，通過現(xiàn)場實際施工證明，濕噴混凝土超方問題得到了很好的解決。

濕噴混凝土超方量大大減小，保證了施工進(jìn)度，減少了工程投資，濕噴混凝土原材料成本每方約260元，通過控制措施，隧道每延米超方減少0.5 m3，老鼻山隧道長度13 579 m，節(jié)約成本費用：13 579×0.5×332=225.41萬元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時節(jié)約了水泥、砂石等原材料，減少了材料浪費，節(jié)約了社會能源，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益，今后隧道濕噴混凝土超方控制具有一定借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉俊巒.隧道噴射混凝土回彈率控制措施[J].交通世界（下旬刊），2017（10）：126-127.

[2] 王俊，琚元元，周洋.混凝土濕噴機(jī)械手在長大隧道中的應(yīng)用[J].建設(shè)科技，2015（15）：181-182.

[3] 韓立中.濕噴機(jī)械手施工技術(shù)在鐵路單線隧道中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（3）：823-824.

Analysis of Over-square Causes and Control Measures of Wet Sshotcrete in Tunnel

ZHAO Yangyang

（China Railway 12th Bureau Group No.1 Engineering Co.， Ltd.， Xi'an? Shaanxi? 710038）

Abstract： Taking the EMZQ-3 bid Laobishan tunnel project from Emei to Miyi section in Chengdu–Kunming Railway as an example， this paper expounds the causes of over-prescription of wet shotcrete in Laobishan tunnel， and formulates the control measures according to the causes， as well as the economic and social benefits， it provides a feasible scheme for reducing the cost of tunnel construction， and has certain reference significance for the over-square control of wet shotcrete in the future.

Keywords： tunnel; wet shotcrete; cause; control measures

收稿日期：2021-11-12

作者簡介：趙洋洋（1987—），男，吉林公主嶺人，本科，工程師，研究方向：隧道工程。