公路隧道建設中噴射混凝土支護施工工藝研究

摘要：現(xiàn)代公路隧道工程，噴射混凝土逐漸成為主流的初期支護形式，利用混凝土面層來維持隧道側(cè)壁結構穩(wěn)定狀態(tài)，預防圍巖變形失穩(wěn)等安全事故發(fā)生，對于提高隧道施工水準、保證現(xiàn)場生產(chǎn)安全有重要意義。對公路隧道工程中噴射混凝土支護施工技術要點進行分析，詳細闡述了混凝土制備、隧道側(cè)壁處理、混凝土噴射、養(yǎng)護驗收等環(huán)節(jié)的操作方法，并提出噴射混凝土支護施工階段的優(yōu)化控制措施，旨在對以后噴射混凝土支護施工技術在公路隧道工程中的具體運用提供有益經(jīng)驗與借鑒。

關鍵詞：公路隧道""噴射混凝土支護""施工工藝""注漿

Research"on"the"Construction"Technology"of"Shotcrete"Support"in"Highway"Tunnel"Construction

HU"Wei

Sichuan"Highway"Engineering"Consult"Supervision"Company，Ltd.，"Chengdu，"Sichuan"Province，"610200"China

Abstract："In"modern"highway"tunnel"engineering，"shotcrete"has"gradually"become"the"mainstream"form"of"initial"support."The"use"of"concrete"surface"layer"to"maintain"the"stability"of"tunnel"sidewall"structure"and"prevent"safety"accidents"such"as"deformation"and"instability"of"surrounding"rock"is"of"great"significance"for"improving"tunnel"construction"level"and"ensuring"on-site"production"safety."This"paper"analyzes"the"main"technical"points"of"shotcrete"support"construction"in"highway"tunnel"engineering，"elaborates"on"the"operational"methods"of"concrete"preparation，"tunnel"sidewall"treatment，"concrete"spraying，"maintenance"and"acceptance，"and"proposes"optimization"control"measures"for"the"shotcrete"support"construction"stage，"aiming"to"provide"useful"experience"and"reference"for"the"specific"application"of"shotcrete"support"construction"technology"in"highway"tunnel"engineering"in"the"future.

Key"Words："Highway"tunnel;"Shotcrete"support;"Construction"technology;"Grouting

在城市化進程中，公路隧道在城市交通建設中占據(jù)著舉足輕重的地位，對施工質(zhì)量，工期和成本的要求與日俱增。在現(xiàn)代隧道工程施工方法中，噴射混凝土支護施工技術具有施工速度較快、施工質(zhì)量較高、節(jié)省人力資源的優(yōu)點，已經(jīng)逐步成為公路隧道施工中最主要的選擇。

1"噴射混凝土支護施工技術要點

1.1""混凝土制備

1.1.1"原材料選型

混凝土由水泥、粗細集料、外加劑等原材料加水攪拌制成，根據(jù)公路隧道工程設計要求與建設標準，明確掌握全部原材料的選用標準。例如：對于水泥材料，由于混凝土面層厚度較小，無須考慮水化熱引起的溫度裂縫問題，選擇普通硅酸鹽水泥即可，水泥標號控制為42.5；對于粗集料，推薦選用連續(xù)級配碎石，碎石粒徑不得超過31.5"mm，壓碎值、含泥量與針片狀顆粒含量分別不超過20%、1%與8%；對于細集料，推薦選用潔凈河砂，河砂細度模數(shù)保持在2.5或3.0以上，粒徑控制在4.75"mm以內(nèi)，含泥量控制在3%以內(nèi)；對于外加劑，主要選用速凝劑，摻加速凝劑后的混凝土初凝時間不超過5"min、終凝時間不超過10"min，不得選用具備腐蝕性質(zhì)的速凝劑，可使用TY-S108無堿液體速凝劑[1]。

1.1.2""配合比設計

根據(jù)公路隧道初期支護需求，提前確定混凝土材料性能指標要求，按照常規(guī)配合比方案，制備少量混凝土用于制作試件，開展多項試驗，試驗內(nèi)容包括抗壓強度、抗?jié)B性能等，如果試件性能未達到使用標準，針對性修改配合比方案。正常情況下，混凝土水灰比控制在0.36，水泥、石、砂的用量比例控制為1∶1.75∶2.06，即可滿足公路隧道初期支護需求。

1.1.3"質(zhì)量檢驗

混凝土制備完畢后，全面檢查材料性能質(zhì)量，檢驗內(nèi)容包括抗壓強度等物理性能，以及坍落度、擴展度、是否分層離析、是否提前初凝在內(nèi)的材料狀態(tài)，不得把質(zhì)量不合格的劣質(zhì)材料投入使用。

1.2""隧道側(cè)壁處理

基層狀態(tài)是決定噴射混凝土支護效果的一項核心因素，如果基層狀態(tài)不佳、平整度不達標、附著灰塵污漬與存在質(zhì)量病害，則都會降低隧道結構和混凝土面層的黏結強度，后續(xù)容易出現(xiàn)面層空鼓和脫落情況，致使初期支護體系失效。對此，正式開展噴射混凝土支護作業(yè)前，施工人員必須重點處理隧道側(cè)壁，拆除作業(yè)面的全部障礙物，清理墻腳部位的巖渣堆積物與開挖面浮石，使用高壓空氣或高壓射流反復沖洗受噴面，直至完全去除表面遇水易潮解的泥化巖層，保持受噴面的潔凈和平整狀態(tài)。后續(xù)在受噴面上彈放控制線與設置厚度標志，用于控制混凝土噴射范圍和厚度。同時，重點觀察巖面是否出現(xiàn)滲水和漏水問題，開展降水、排水施工，引導地下水排放到隧道外部，盡量保持受噴面的潮濕無水狀態(tài)。在局部出水量過大情況下，額外采取埋管、鑿槽等技術措施來設置排水溝[2]。

1.3""混凝土噴射

在混凝土噴射環(huán)節(jié)，在隧道斷面開挖結束、受噴面處理后，即可組織開展混凝土噴射作業(yè)。按照從下到上順序，分段噴射混凝土面層，單次施工縱向長度保持在6"m內(nèi)，混凝土噴射作業(yè)緊跟隧道斷面開挖作業(yè)，上段混凝土噴射作業(yè)、下段隧道開挖作業(yè)的間隔時間保持在4"h以上，避免前后道工序相互干擾?？紤]到總體噴射厚度往往超過10"cm，為改善混凝土面層結構狀態(tài)，需要分多次噴射混凝土。首次噴射厚度控制在5"cm左右，根據(jù)受噴面部位來確定第二次噴射厚度，例如：隧道拱頂部位第二次噴射厚度控制在5～6"cm，隧道邊墻部位第二次噴射厚度控制在7～10"cm。以鋼拱架和拱壁間隔部位作為起始點，最后完成兩拱間混凝土噴射作業(yè)。重點控制前后層混凝土噴射時間，上層混凝土終凝后，方可繼續(xù)噴射下層混凝土，前后層混凝土進行搭接處理，搭接寬度保持在2倍厚度以上，上、下層接縫相互錯開[3]。下層混凝土噴射前，還應觀察初噴表面狀態(tài)，如果表面蒙上粉塵，則使用高壓空氣或水體把初噴表面清洗干凈。

1.4""養(yǎng)護驗收

在養(yǎng)護驗收環(huán)節(jié)，在混凝土面層噴射完畢且最后一層混凝土終凝2"h后，即可進入養(yǎng)護工序。推薦采取灑水養(yǎng)護方式，混凝土表面覆蓋一層保濕材料，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境濕度與混凝土水化進程，定期在表面灑水，精準控制單次灑水量與灑水頻率，完全滿足水化反應用水需求，灑水養(yǎng)護時間保持在7"d以上，避免面層結構干縮開裂。如果現(xiàn)場氣溫偏低，則不宜繼續(xù)采取灑水養(yǎng)護方式，重點做好保溫養(yǎng)護作業(yè)，始終把面層溫度維持在5"℃以上。面層噴射與養(yǎng)護期間，表面禁止結冰，且面層強度超過6"MPa前，禁止出現(xiàn)受凍問題[4]。直至混凝土面層完全成型、到達養(yǎng)護齡期后，細致檢查面層成型效果是否達到公路隧道初期支護質(zhì)量標準，以混凝土強度、噴射厚度、是否存在空洞病害作為檢查內(nèi)容，質(zhì)量驗收項目、方法與標準要求如表1所示。

1.5"初期支護拱部回填注漿

隧道拱部作為噴射混凝土支護體系的薄弱環(huán)節(jié)，必須開展回填注漿作業(yè)來強化支護效果，環(huán)向設置注漿孔，拱頂與邊墻部位的環(huán)向間距分別保持為2"m、3"m，按照梅花狀布設注漿孔，制備水泥漿，選用普通硅酸鹽水泥材料，水灰比控制為1∶1。完成前置工作后，即可開展注漿作業(yè)。按照注漿孔編號來確定注漿順序，首次注漿壓力保持在0.3～0.5"MPa區(qū)間，加壓壓力不得超過0.8"MPa，按照從低到高順序，連續(xù)開展注漿，盡量維持穩(wěn)定的注漿壓力，注漿壓力超標容易形成結構裂隙。注漿結束后，在注漿孔口處封填同一強度等級的水泥砂漿。

2"噴射混凝土支護施工的優(yōu)化措施

2.1"施工參數(shù)控制

噴射混凝土施工期間，支護效果主要受到工藝參數(shù)影響，包括面層厚度、噴射壓力、噴射角度、噴射順序等。正式開工前，施工單位需要挑選代表性隧道節(jié)段，開展工藝試驗，根據(jù)試驗結果，確定各項施工參數(shù)的最佳值。正常情況下，噴射風壓關乎到混凝土面層施工期間回彈率和成型質(zhì)量，確定噴射高度后，開展試噴作業(yè)，噴頭部位風壓值保持在0.1"MPa左右，中途維持風壓穩(wěn)定狀態(tài)。對于噴射順序，以隧道內(nèi)壁受噴面為例，提前找平側(cè)壁凹陷部位，按照從下到上順序，水平旋轉(zhuǎn)開展噴射作業(yè)，旋轉(zhuǎn)半徑保持在150"mm，前后圈搭接寬度控制在25"mm。噴射距離取決于風壓值，實際噴射角度控制在1.5"m左右即可。對于噴射角度，隧道邊墻等厚度較大部位噴射面層時，酌情向下傾斜一定角度，傾斜角度控制在15°左右，有利于降低骨料反彈率。而對于噴射厚度，單次噴射厚度不得小于50"mm，水平旋轉(zhuǎn)噴射期間，要求施工人員每隔2"s旋轉(zhuǎn)一次噴頭[5]。

2.2"纖維增強

早期公路隧道工程主要使用普通混凝土材料，面層結構容易出現(xiàn)開裂、滲漏等質(zhì)量病害。為了解決此項問題，可以采取纖維增強措施。混凝土制備期間，摻加適量纖維材料，用于強化面層結構抗裂性能，纖維體起到抑制裂縫發(fā)育、延緩裂縫形成時間與改善濕噴混凝土力學性能的作用。從實操層面來看，可以使用聚丙烯纖維，不宜使用易銹蝕的鋼纖維，聚丙烯纖維性能指標如表2所示，其有著密度大、抗拉強度高、適應酸堿環(huán)境與分散性好的性能優(yōu)勢，纖維摻量保持在0.1%以上，摻量過少容易降低混凝土力學性能。同步改進混凝土拌和工藝，適當延長攪拌時間，干拌時間控制在1"min，加水后濕拌時間控制在3～4"min。同時，制備少量纖維混凝土，開展回彈試驗和強度試驗在內(nèi)的多項現(xiàn)場試驗，用于確定聚丙烯纖維最佳摻量。例如：在某公路隧道工程中，聚丙烯摻量設定為0.9"kg/m3，開展回彈試驗；制作試樣板，噴射厚度控制在100"mm；普通混凝土噴射料重為485.8"kg、回彈料重為104.3"kg，回彈率為21.47%；纖維混凝土噴射料重為485.9"kg、回彈料重為56.7"kg，回彈率降低到11.67%，下降幅度約為45.65%，效果顯著。

2.3"混凝土超耗控制

超耗是噴射混凝土支護期間最為常見的施工問題，其原因包括型鋼鋼架過渡加長、鉆孔超挖、混凝土回彈率超標、材料級配不均勻與含泥量超標。對此，為把控造價成本，必須在施工方案內(nèi)并行采取多項混凝土超耗控制措施，包括動態(tài)控制預留變形量、圍巖超欠挖控制與分區(qū)分段噴射面層。以動態(tài)控制預留變形量為例，全程監(jiān)測公路隧道施工過程，按照監(jiān)測數(shù)據(jù)來調(diào)整預留變形量、收縮隧道開挖輪廓線，通過減少型鋼架過渡加長距離，間接起到節(jié)省混凝土材料用量的作用。

3"結語

綜上所述，噴射混凝土支護既是公路隧道施工體系的重要組成部分，也是質(zhì)量病害與安全隱患的高發(fā)部位。施工單位必須加強對噴射混凝土支護施工技術的研究程度，施工人員應梳理工藝流程、掌握正確工藝操作要點與技術細節(jié)，并落實參數(shù)控制、纖維增強和超耗控制3項優(yōu)化措施，為工程建設質(zhì)量與施工安全提供技術保障。

參考文獻

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• 李準，劉延輝.單線鐵路大變形隧道噴射混凝土超耗分析[J].鐵路工程技術與經(jīng)濟，2024，39（4）：15-18.
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• 李滿強.隧道初支噴射混凝土超耗原因及控制措施[J].中國高新科技，2023（22）：59-61.

[3]梁世俊.纖維噴射混凝土在隧道施工中的應用研究[J].山西交通科技，2022（3）：86-89.

[4]文一鳴，徐惠濤.高富水粉質(zhì)黏土地層地鐵聯(lián)絡通道噴射混凝土支護技術[J].云南水力發(fā)電，2023，39（11）：206-208.

[5]榮傳新，孫世成，王彬，等.改性脫硫石膏基噴射混凝土支護結構及其應用[J].廣西大學學報（自然科學版），2020，45（1）：67-74.