隧道工程喷射混凝土施工探讨

隧道工程喷射混凝土施工探讨

倪志超

鲲鹏建设集团有限公司310000

摘要：通过对隧道工程喷射混凝土施工过程中的回弹量、厚度、检测等问题的探讨，结合施工实际对隧道工程喷射混凝土施工提出建议。

关键词：喷射混凝土回弹量厚度

随着国家交通基础建设投资力度的加大，隧道工程建设呈现较大增长趋势。据有关资料显示，我国已建成铁路隧道5300余座，总长度约4000km；公路隧道1800余座，总长度约750km，是世界上隧道工程最多的国家。现如今隧道施工大多采用新奥法施工，新奥法施工是开挖可一次或分布完成，开挖后装设拱架、锚杆和喷射混凝土作为第一次支护，通过量测，待岩体形变稳定后，距开挖面一定的距离，装设防水层及进行第二次支护，主要是混凝土衬砌。可见新奥法施工是以拱架和系统锚杆，配合喷射混泥土做为主要支护手段的。因此，喷射混凝土在现在的隧道施工中是非常关键的一道工序。

一、喷射混凝土在隧道工程复合支护中的作用

目前隧道工程复合支护中普遍采用的是喷射混凝土或喷射钢纤维混凝土，喷射方式主要有干喷和湿喷。喷射混凝土具有支护及时、强度高、密实性强、操作简单、灵活性大等优点，特别是在软弱围岩地质条件下，配合钢拱架和系统锚杆作为联合支护，其优点更为明显。当喷射混凝土具有一定强度后，可把钢拱架、系统锚杆和喷射混凝土组成的支护体系看作钢性结构，用来控制围岩变形，达到保护和发挥围岩自承能力的效果。

二、喷射混凝土施工的关键技术

（一）喷射混凝土的回弹量控制

目前隧道工程喷射混凝土施工，为保护环境和维护工人健康。大多采用潮喷，其回弹量普遍较大，平均在30%以上，损失较大。一般隧道工程的利润主要来自开挖和初期支护的喷射混凝土。如何通过技术改进和加强管理来降低喷射混凝土的回弹量，笔者通过对多座隧道工程、多个施工队伍施工情况的分析比较，认为做好以下几点可以将回弹量控制在15%～24%的范围。（1）分段分块喷射。分段长度不超过6m，分块大小不超过2m×2m，严格接先墙后拱、先下后上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落。

1.计算：Ap=2.5AL（1）

式中：△p――增加的风压值，N/cm2；

△L――输料管增加的长度，m。

喷射混凝土的水压一般控制在稍高于风压即可，施工现场可以按水压高于输料管风压10～15N/cm2进行控制，其目的是为了保证高压水能够从喷枪混合室（喷头处）内壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌合均匀。喷射料的水灰比控制是比较困难的。熟练的喷射手通过喷射混凝土表面的光滑度可判定水灰比的大小。理论上讲，0.45～0.50的水灰比对喷射混凝土的回弹量和质量是有利的。

2.控制喷嘴距离（喷射距离）和角度。喷射距离在0.6～1.2m时，混凝土回弹量较小，喷射距离过大或过小都会增加回弹量。喷头长度一般只有0.5～0.6m，喷射手因存在骨料反弹的恐惧心理，要将喷射距离控制在0.6～1.2m较困难。解?11?任小平：隧道工程喷射混凝土施工的探讨决的办法可将喷头加长到1.2～1.5m，这样喷射手站在距离喷岩面2.0m左右即可进行喷射。喷嘴与喷岩面应尽量垂直，并偏向刚喷射部位（倾斜角控制在10°内），这样不仅回弹量少，而且喷射效果和质量更好。

3.严格控制风压、水压和水灰比。过大的风压会造成喷射速度太快，加大骨料的反弹，从而加大回弹量，但混凝土密实性较好；风压过小，会使喷射力减弱，造成混凝土密实性较差，甚至达不到设计和规范要求。总结实践经验，当输料管长度为20m时，合适的风压为100～130N/cm2。

4.控制一次喷层厚度和分层喷射的间隔时间。

（二）喷射混凝土厚度的控制

1.喷射混凝土的厚度应达到设计厚度和规范允许的误差范围。从施工现场的情况看，个别隧道存在喷射混凝土普遍偏薄的现象，这是有风险的。因为初期支护将会和围岩共同控制同岩变形的释放，保证下道工序施工安全和隧道结构的稳定，是主要受力者。若喷射混凝土出现裂缝，原则上也应及时进行补喷和采取其他补强措施，以控制围岩变形在适度范畴，而不是任其释放。有人说，“初期支护喷层厚度不够，可以利用二次衬砌混凝土进行补充”，这种说法只是从隧道总体结构尺寸满足了要求，但从新奥法施工原理和结构受力机理而言，却是一大误区。

2.在有钢拱架作为初期支护的情况下，往往出现钢拱架处喷层厚，两钢拱架间喷层薄，形成纵向波浪型。这种情况将会产生如下后果：（1）在围岩变形较大或局部存在松动围岩时，可能由于喷层厚度不够，无法提供足够抗力而导致喷层出现裂缝甚至掉块；（2）在铺设防水板后浇筑二次衬砌混凝土时，容易将防水板挤破，也可能在初期支护和二次衬砌间形成空洞区。要解决这个问题，重点应放在喷射过程中，要求喷射手在全断面螺旋喷射完成后，及时对钢拱架间进行补喷；或者在挂防水板前对喷射混凝土表面进行检查，严重不够的必须及时进行补喷，否则二次衬砌混凝土浇筑后再通过打孔（或预埋钢管）注浆填充来处理两层间的空洞，不仅费时费工，而且还会破坏防水板，造成漏水现象。

3.对局部喷射混凝土过厚的情况，在挂防水板前一定要将突出部分混凝土剔除。因为这种情况有可能顶破防水板，更有可能在初期支护和二次衬砌之间形成点接触，造成局部应力集中而导致二次衬砌表面开裂。

（三）喷射混凝土的回弹量控制

目前隧道工程喷射混凝土施工，大多采用干喷，其回弹量普遍较大，平均在30％以上，损失较大。一般隧道工程的利润主要来自开挖和初期支护的喷射混凝土。如何通过技术改进和加强管理来降低喷射混凝土的回弹量，通过对多座隧道工程、多个施工队伍施工情况的分析比较，认为做好以下几点可以将回弹量控制在15％～25％的范围。分段分块喷射。分段长度不超过6m，分块大小不超过2m×2m，严格接先墙后拱、先下后上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落。

1.喷射混凝土的水压一般控制在稍高于风压即可，目的是为了保证高压水能够从喷枪混合室（喷头处）内壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌合均匀。喷射料的水灰比控制是比较困难的。熟练的喷射手通过喷射混凝土表面的光滑度可判定水灰比的大小。

2．控制喷嘴距离（喷射距离）和角度。喷射距离在0.6～1.2m时，混凝土回弹量较小，喷射距离过大或过小都会增加回弹量。喷头长度一般只有0.5～0.6m，喷射手因存在骨料反弹的恐惧心理，要将喷射距离控制在0.6～1.2m较困难。隧道工程喷射混凝土施工中可将喷头加长到1.2～1.5m，这样喷射手站在距离喷岩面2.0m左右即可进行喷射。喷嘴与喷岩面应尽量垂直，并偏向刚喷射部位（控制一定的倾斜角），这样不仅回弹量少，而且喷射效果和质量更好。

3．严格控制风压、水压和水灰比。过大的风压会造成喷射速度太快，加大骨料的反弹，从而加大回弹量，但混凝土密实性较好；风压过小，会使喷射力减弱，造成混凝土密实性较差，甚至达不到设计和规范要求。

4．控制一次喷层厚度和分层喷射的间隔时间。原则上，初喷厚度不得小于4-6cm。

（四）喷射混凝土厚度的控制

1．喷射混凝土的厚度应达到设计厚度和规范允许的误差范围。从施工现场的情况看，个别隧道存在喷射混凝土普遍偏薄的现象，这是不符合设计及规范，而且是有风险的。因为初期支护将会和围岩共同保证下道工序施工安全和隧道结构的稳定，是主要受力者。若喷射混凝土出现裂缝，原则上也应及时进行补喷和采取其他补强措施，以控制围岩变形在适度范围，而不是任其释放。有人说，“初期支护喷层厚度不够，可以利用二次衬砌混凝土进行补充”，这种说法只是从隧道总体结构尺寸满足了要求，但从新奥法施工原理和结构受力方面来讲，却是不行的。

2．在有钢拱架作为初期支护的情况下，往往出现钢拱架处喷层厚，两钢拱架间喷层薄，形成“排骨”。这种情况将会产生如下后果：（1）在围岩变形较大或局部存在松动围岩时，可能由于喷层厚度不够，无法提供足够抗力而导致喷层出现裂缝甚至掉块；（2）在铺设防水板后浇筑二次衬砌混凝土时，容易将防水板挤破，也可能在初期支护和二次衬砌间形成空洞区。要解决这个问题，重点应放在喷射过程中，要求喷射手及时对钢拱架间进行补喷；或者在挂防水板前对喷射混凝土表面进行检查，严重不够的必须及时进行补喷，否则二次衬砌混凝土浇筑后再通过打孔（或预埋钢管）注浆填充来处理两层间的空洞，不仅费时费工，而且还会破坏防水板，造成漏水现象。

3．对局部喷射混凝土过厚和不平顺的情况，在挂防水板前一定要将突出部分混凝土凿平顺。因为这种情况有可能顶破防水板，更有可能在初期支护和二次衬砌之间形成点接触，造成局部应力集中而导致二次衬砌表面开裂。

（五）喷射混凝土施工应该注意的几点

1.喷射混凝土之前，要用高压风或水将岩面的粉尘和杂物冲干净

2.喷射前及时将岩面的危岩和挡住喷射的岩石清除干净

3.冬季施工时，喷射的岩面温度不能过低，结冰的层面不能喷射。

4.喷射混凝土作业要紧跟开挖面，下次爆破作业距喷射完成时间不得少于4小时。

三、几点建议

1.重视混凝土的喷射方式，积极推广湿喷技术的运用。在湿喷过程中，事先可将包括水在内的各种材料正确计量，0.45～0.50的水灰比容易控制，从而容易达到减少回弹量和粉尘的目的。

2.加强喷射混凝土配合比的调整和控制，骨料尽量采用连续级配。施工应重点控制好骨料的级配，这除了要求工地实验室定期定量检测外，还要求加强骨料加工和采集，采取多种措施保证骨料的连续级配。譬如，骨料粉尘量过大时，就应该在加工场骨料出口安置抽风机，在材料源头进行控制和处理。

3.做好光面爆破设计，保证光面爆破质量。光面爆破应针对不同等级围岩单独设计，要考虑到炮眼布置、深度和角度、单孔装药量和装药结构、起爆顺序等，通过光面爆破参数的改变和修正，保证不同围岩地段光面爆破轮廓圆顺，保证开挖质量。圆顺的开挖轮廓既有利于保证喷射混凝土的质量，更有利于减少喷射混凝土的回弹量。

四、结语

在全国公路和铁路迅速发展、路网等级不断提高和环境保护意识日益加强的今天，隧道工程施工更要理论结合实际，各道工序步步为营，质量层层把关，消除隐患，保证施工顺利进行和效益不断增长。隧道修建技术的进步为长隧道的发展和开发利用地下空间奠定了基础，同时，大规模的地下工程建设也必将对隧道的修建技术提出新的更高的要求。为了适应今后隧道工程更大规模的发展要求，展望隧道工程的发展，要求我们加强对新技术的研究和利用，提高每道工序效率，要用现代的管理方式，确保工程质量和施工安全。这是缩小我国与国外隧道技术差距的重要方面，也是我们隧道施工人员的努力方向。

参考文献：

[1]JTG/TF60-2009《公路隧道施工技术细则》

[2]JTGF60-2009《公路隧道施工技术规范》

[3]史鹏飞、张永奎、高寒地区隧道冬季混凝土施工理论与实践