西安地铁暗挖区间喷射砼大量回弹问题分析与解决

西安地铁暗挖区间喷射砼大量回弹问题分析与解决

余宏阳

余宏阳

中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司四川成都610000

摘要：对影响喷射混凝土回弹量的因素进行理论分析，根据现场实际情况，结合以往施工经验，针对对喷射混凝土回弹量过大提出相应的工艺措施，解决了喷射混凝土回弹量过大的问题。

关键词：西安地铁；浅埋暗挖区间；喷射混凝土；回弹量

在建筑施工生产当中，由新奥法柔性适时支护理论发展起来的喷射砼技术在施工中得到了广泛的应用，而喷射砼回弹是困扰施工的一大难题，因为其不但造成了原材料的极大浪费，增大了施工成本，而且回弹量过大使施工现场空气中粉尘含量过高，严重威胁到施工人员的健康安全。

本文结合西安地铁三号线一期工程试验段-2标，吉祥村-小寨区间暗挖隧道的施工实践，简要地介绍在地铁暗挖隧道初期支护中应用湿喷砼技术，控制和解决喷射混凝土回弹量大的方法。

1工程概况

吉祥村-小寨区间，为地下浅埋暗挖区间，沿小寨西路东西走向，西接吉祥村车站，东接小寨车站。区间左右线两次穿越f7裂缝，右线起讫里程YDK20+352.267～YDK21+468.903，右线全长1116.636m，左线起讫里程ZDK20+352.267～ZDK21+468.903（短链0.642m），左线全长1115.994m。

左右线全部以暗挖隧道形式通过，以钢筋网、喷射混凝土和格栅钢架为初期支护，隧道结构根据线路条件和工程地质及水文地质条件，以及与周边邻近建筑物和地裂缝相互影响关系及人防工程的要求，按不同跨度、不同结构形式进行设计。

初支喷射砼采用自动配料机配料、强制式搅拌机拌料（加入水、碎石、中砂）、下料管运输、电动空压机供风、湿喷机喷射（掺加速凝剂）的机械化工艺施工。

2.喷射混凝土回弹量过大原因分析

工程伊始，喷射混凝土的回弹量高达50%，造成了原材料的极大浪费，不但严重影响了企业的经济效益，而且对施工人员的身体健康有着很大的伤害，通过一段时间的总结观察，探究出了以下几方面导致混凝土回弹量过大的原因。

2.1原材料的质量不达标

喷射混凝土原材料主要包括水泥、砂、石子、速凝剂等,提供满足质量要求的原材料是进行配合比设计的基础,也是保证喷射混凝土质量的前提，所以探究喷射混凝土回弹量过大原因，首先要从原材的质量入手，通过对原材料的自查，总结出了以下几个方面。

a.砂的细度模数过小,含水率、含泥量过大。砂细度模数过小会增加喷射混凝土干缩变形,造成回弹量增加，易产生粉尘,恶化施工环境；

b.石子的级配有间断现象，针、片状颗粒含量过大。若喷射混凝土采用缺失中间颗粒的间断级配,则混凝土拌和物易产生分离,粘滞性差,回弹率较高,抗压强度也会下降；

c.速凝剂不具有良好的流动性,凝结时间不稳定，有急凝现象发生。

2.2操作人员技术不过关喷射方法不得当

未设置专人进行喷洒，且喷洒技术不过关、方法不得当。俗话说知易行难，未经过系统的岗前培训，只看看别人的操作就草草上岗，不能很好地掌握喷洒的方法、喷砼时的工序以及注意事项，这就从根本上导致了回弹量过大，严重阻碍了项目的施工成本控制。

2.3基面处理不平整

开挖时未严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针；上台阶留置台阶及核心土尺寸不合格，区间隧道有超挖欠挖现象，开挖断面不够圆顺，开挖轮廓线未能充分考虑施工误差、预留变形和超挖等因素的影响；在对隧道净空进行量测检查时，对发现欠挖地段、凸凹不平、锚杆头外露等处基面的处理有遗漏现象，未完全满足净空及基面要求。

3喷射混凝土回弹量过大问题解决

针对上述造成混凝土回弹量过大问题的原因，依据现场施工环境，结合以往的施工经验，从以下几方面对喷射混凝土回弹量进行控制。

3.1喷射混凝土拌合料的质量控制

施工过程中要确保喷射混凝土拌和料具有良好的和易性，喷射混凝土的坍落度要严格控制。结合西安地铁现场施工实践证明，当喷射混凝土的坍落度控制在75mm～95mm的范围内时，回弹量就比较小。另外，需把喷射混凝土拌和料的温度控制在12℃～32℃范围内。

3.1.1水泥

水泥在砂浆和混凝土中起胶结作用，属于细骨料，是影响混凝土质量最重要的因素之一。因此对水泥的质量要严格控制，除水泥进场后检查水泥的出厂合格证及出厂检验报告，核对材质单上面的厂家、牌号、品种、强度等级、出厂日期、出厂编号之外，还要进行二次检测，经检测合格后，方能在施工生产中使用。由于水泥存在容易受潮结块，降低水泥强度，甚至报废等缺点，储存水泥的地点必须干燥，应尽量缩短水泥的储存期，否则应重新测定强度等级，按实测值使用。

3.1.2石

石是一种天然产物骨料，在混凝土中起骨架作用。石属于粗骨料，粒径大于4.75mm。由于在机制卵碎石的制备过程中米石反复被水冲洗，相对于卵石，机制卵碎石与砂浆的粘结更为牢固，强度也较高；另一方面，相对于碎石，由于卵碎石的外形比较圆滑，拌制的混凝土喷射料的和易性较好，其回弹也小。也就是说机制卵碎石兼备了卵石和碎石的长处。所以本工程中采用5mm～10mm连续级配机制卵碎石。经多次选料后测定，碎石的各项指标在满足以下规定的情况下，可以达到回弹量最小。

（1）卵碎石针、片状颗粒含量≤25%，且符合规范表3-1规定，

（2）卵碎石含泥量≤1.0%，且符合规范表3-2规定，

（3）卵碎石泥块含量≤0.5%，且符合规范表3-3规定。

表3-1针、片状颗粒含量

由于大于15mm的石子进入湿喷机容易堵塞喷浆管，且大于15mm的石子喷出后易与砂浆分离，不易喷附于喷锚面，造成喷锚面粗糙、回弹增大。所以，使用前应将卵碎石过15mm的筛，将过大的卵碎石筛选出去，方可使用。

3.1.3砂

砂是一种天然产物骨料，在混凝土中起填充作用。砂属于细骨料，粒径在0.15mm至4.75mm之间。采用河砂拌制的混凝土粘聚性较好，有利于降低回弹量。要控制砂的颗粒级配，本工程中使用的是渭河砂场生产的μf=3.0～2.3的中粗砂。经多次选料后测定，砂的各项指标在满足以下规定的情况下，可以达到回弹量最小。

砂的含泥量控制在≤3.0%，且符合规范表3-4规定；

泥块的含量控制在≤1.0%，且符合规范表3-5的规定。

表3-4天然砂中含泥量

3.1.4速凝剂

速凝剂是适用于喷射混凝土施工工艺的外加剂，用于喷射混凝土施工中需要的，能使水泥混凝土迅速凝结硬化的外加剂。能与水泥矿物作用生成稳定和难溶的化合物，加速凝聚结构生成。掺入速凝剂可以提高混凝土的早期强度。速凝剂的掺加要适量，这与速凝剂、水泥、砂石料材质、掺量、喷射部位甚至施工机械、喷射水平等都有关系。速凝剂的掺量过小，不但起不到早强的作用，且回弹量大，造成建筑材料的浪费；掺量过大，不但会极大地降低混凝土的后期强度，还会增大回弹量。本工程中，选择的MRT速凝剂掺量大约控制为水泥用量的3%～4%，一般为3%。

3.2机械设备的适当选择

“工欲善其事，必先利其器”。本工程区间喷锚，采用的是浙江开山压缩机股份有限公司生产的110kw、LGFD-200/8螺杆式空压机，河南省长葛市颍川机械制造有限公司生产的5.5kw、PZ-5B型混凝土喷射机。

混凝土喷射机机的工作原理是：经搅拌机搅拌好的塑性混凝土从输料管进入喷射机，在气料混合仓与高压风混合后呈稀薄液态状至喷嘴，在喷嘴部位与雾化的工程用水高压喷射到区间隧道表面；并且喷嘴采用前细后粗的形状（见图3-1），使得喷嘴附近浆料的运动速度增加，因此，喷射混凝土的密实度也增高。

图3-1喷嘴形状

从流量来看，因为Q1＝Q2，所以S1·V1＝S2·V2，所以速度V2＞V1。在等量的空气流量下，相对增大了喷嘴附近浆料的运动速度，从而增加了喷射混凝土的密实度，降低了喷射混凝土的回弹量。

在喷射混凝土的过程中，还需要注意控制管道的长度，条件允许的情况下尽量控制控制在15m之内，否则长度过大，会造成空气压力不足、堵管、密实度不够、增大回弹量等现象。

3.3正确的喷射方法

喷混前应注意对受喷面的修整，使其基本圆顺，尽量不要出现超挖的情况。在含水量较大的西安地铁浅埋暗挖隧道施工中，进行初喷十分必要，初喷的厚度不宜小于5cm。

喷混时需要专业的、高水平的喷浆手，应该在开工前对其进行专业的技术培训，且喷混时应注意以下几点：

（1）开机前检查电压是否正常，并检查压力表、安全阀是否正常，并要试运行，用高压风清理受喷面；

（2）设专人喷洒，并视混凝土表面光洁度确定喷头的移动速度，喷头移动要均匀。

（3）喷洒时，应使喷头与混凝土表面垂直，并与混凝土表面相隔1m（见图3-2喷砼示意图），过远或者过近都会造成喷射混凝土回弹量增加。

图3-2喷砼示意图

（4）喷射时，应按“之”字形喷洒，并使上下相邻两行搭接长度为５ｃｍ，均匀密实，防止漏喷。

（5）喷射时要注意厚度要均匀，过厚的地方会出现混凝土大块脱落，增加回弹量；过薄的地方会某个位置强度不够，造成渗水现象，严重影响施工质量。

（6）喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。

（7）分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层,会造成下部混凝土不密实的现象。每层喷射时喷嘴应均匀地呈螺旋形运动，喷嘴的偏转角度为-15o～15o之间。由于每次只喷射1榀钢架，即0.5m～0.75m宽，喷嘴的抖动范围不会超过25cm，故喷射时要分片进行，一般每片长3m；

（8）分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。边墙一次喷射混凝土厚度控制在4～6cm，拱部控制在2～4cm，并保持喷层厚度均匀。顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间宜为2～4h。

（9）注意控制高压风的风量和风压，喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。一般工作风压：边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。

4.总结

西安地铁三号线一期工程试验段TJSG-2标，吉祥村-小寨区间暗挖隧道现已完成喷射混凝土1035m3，从施工中逐渐摸索经验，根据现场实际情况，不断完善喷射混凝土施工工法，探索出最适合本工程的喷射混凝土施工工艺，使回弹量控制在20%之内。西安地铁暗挖区间喷射砼大量回弹问题分析与解决的叙述，为相似的地铁施工暗挖喷射混凝土施工提供有益的借鉴。

参考文献

[1]魏新江魏纲丁智城市隧道工程施工技术.

[2]GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范.

[3]JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准.

[4]GB/T50476-2008混凝土结构耐久性设计规范.

[5]GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范.

[6]GB50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范.