隧道喷射混凝土超耗原因分析及控制措施

隧道喷射混凝土超耗原因分析及控制措施

李佳

中铁九局集团有限公司大连分公司

摘要：随着基础设施建设进度的不断加快以及施工工艺的不断改进公路、铁路建设过程中隧道工程占比会越来越大而混凝土作为隧道工程的主要组成材料不仅关乎结构安全也控制着施工成本ꎮ隧道混凝土超耗作为隧道施工成本控制的主要因素亟待解决。以某隧道工程为例，针对项目中混凝土超耗现状，从线性超挖、喷射混凝土回弹等角度对喷射混凝土超耗原因进行分析，并结合现场施工经验，总结出相应的控制措施，为同类项目施工提供实践经验。

关键词：隧道;喷射混凝土;超耗

引言

喷射混凝土是用喷射机以适当的压力将掺有速凝剂的粗细骨料混凝土高速喷射到隧道岩壁表面或混凝土的表面而形成。喷射混凝土工艺中，受诸多因素的影响，在喷射施工中经常发生混凝土超耗、回弹率高、喷射厚度不均匀等问题，不仅增加施工成本，同时还会影响工程的整体施工质量。

1工程概况

某隧道工程全长5.321km，其中左线Z2K195+577-Z2K198+245，全长2668m;右线K195+594-K198+247，全长2653m。根据水文地质勘察结果显示，该处地质多为Ⅳ级围岩，隧道地下涌水多且地质情况较复杂，最大涌水量约为5176.7m3/d，不良地质为岩溶、危岩落石、高地温等，无特殊岩土。根据统计数据显示，在当年3月31日—4月30日施工期间，该隧道左线设计喷射混凝土用量为1690．20m3，实际混凝土用量为5070．60m3，超耗量为3380．40m3;右线设计喷射混凝土用量为1870．64m3，实际混凝土用量为2677．92m3，超耗量为2414．28m3。

2隧道喷射混凝土超耗原因

2.1线性超挖

2.1.1测量放样

由于测量人员在测量放样时，只是测量隧道开挖轮廓线和周边眼位置，并未对内圈眼位置进行标识，加上钻孔作业人员操作随意，导致内圈眼形状未形成轮廓，光爆层厚度不均匀，容易出现线性超挖。同时爆破完成后，测量人员未及时对开挖断面进行测量，不能为线性超挖分析提供必要的数据支撑。

2.1.2钻孔作业

周边眼间距设计为40～50cm，但在此次钻孔作业时，施工人员未严格控制周边眼间距，甚至个别达到60～70cm，远远超过设计要求;以及开挖台架设计等原因，使得隧道的辅助眼不能形成平顺圆弧，不利于控制线性超挖。同时，操作过程中，在施工现场操作空间以及作业人员操作水平的影响下，掏槽眼角度、钻孔外插角等不严格，钻孔眼底深浅不一，出现比较严重的隧道超欠挖现象。

2.2喷射混凝土回弹

2.2.1原材料质量

喷射混凝土是由水泥、砂、碎石、水以及外加剂等材料，按照一定比例组成的混合料。材料的性能对混凝土回弹量的影响具有差异性，其中速凝剂和机制砂的影响较大。①速凝剂的影响:在确定速凝剂掺量时，应充分考虑初、终凝时间以及速凝剂与水泥的相容性问题。在本次隧道喷射施工中，由于配合比中速凝剂与水泥的融合性较差，导致喷射施工中混凝土回弹量较大。②机制砂的影响:根据原配合比可知，机制砂细度模数为3.2，偏粗，且机制砂中的石粉含量为3%～4%，含量较低，严重影响机制砂性能，进而影响喷射混凝土的弹性模量，增加喷射混凝土的回弹量。

2.2.2配合比设计

根据原配合比设计方案可知，并未掺加减水剂，影响混凝土的性能。在喷射过程中存在加水现象，降低了混凝土的强度。加上机制砂中的石粉含量较低，导致喷射混凝土回弹率达15%左右，造成混凝土材料严重浪费。

2.2.3混凝土拌合质量

由于混凝土生产期间拌合站对原材料管理工作未落实到位，混仓现象时有发生，混凝土拌合存在质量问题。加上混凝土出厂时质量检查不严格以及运输途中温度散失等因素，导致喷射现场的混凝土工作性能不合格。

3控制措施

3.1控制线性超挖

3.1.1加强测量工作

根据隧道地质及掌子面围岩情况，确定开挖轮廓线和炮孔位置，并准确标识隧道中线、水平线、开挖轮廓线和逐个周边眼的位置。同时还应准确标出内圈眼孔位，确保光爆层厚度均匀，避免出现线性超挖。此外，爆破完成后，测量人员应及时采用全站仪或三维激光扫描仪对开挖断面进行测量，统计并分析隧道超欠挖情况，为喷射混凝土超耗分析提供可靠数据依据。

3.1.2严格控制钻孔质量

在钻孔作业前，施工人员不仅要熟悉炮眼布置，同时还不得随意改动周边眼和掏槽眼的位置、间距及数量，严格按照设计要求进行钻孔。钻孔作业时，要做到“准、直、齐”，钻孔位置误差应不大于5cm。当周边眼眼深3m时，钻孔外插角小于3°，并严格按照周边眼、掏槽眼—临近周边眼的一圈辅助眼—剩余辅助眼—其他炮眼的顺序进行钻孔，避免钻孔眼底深浅不一，提高钻孔质量。

3.1.3严格控制装药和爆破

根据围岩情况合理选择爆破方式，本次隧道工程采用光面爆破法。周边眼采取间隔装药，并采用PVC管准确定位装药，药量随掌子面围岩的变化及时进行动态调整，有效控制隧道线性超挖。爆破时，使用水炮泥封堵周边眼、掏槽孔、辅助孔的孔口，降低爆破振动强度及烟尘含量。

3.2控制喷射混凝土回弹量

3.2.1严把材料质量关

由于原配合比中使用的速凝剂与水泥的融合性较差，因此需要更换另一品牌的速凝剂，与水泥具有良好的融合性。同时更换后的速凝剂满足初凝时间不大于5min、终凝时间不大于10min的要求。调整机制砂的参数，将其细度模数控制在2．8，石粉含量控制在5%～7%，通过实践证明，喷射混凝土回弹得到明显改善。粗骨料选用粒径在15mm以内的碎石，可有效降低喷射混凝土的回弹量，提高喷射混凝土支护强度，同时还能解决喷射管道堵塞的问题。

3.2.2优化配合比

通过反复试验、调整配合比，本次隧道喷射混凝土选定的混凝土等级为C25，配合比参数为:P·O42.5水泥、机制砂、粒径为5～10mm的碎石、减水剂以及速凝剂，混凝土工作性能最佳。从试验段施工情况来看，优化配合比后的混凝土综合性能得到显著提升，不仅喷射混凝土强度得到提高，喷射混凝土回弹量也大幅度下降。

3.3强化现场管理

为强化现场管理，应建立健全线性超挖和喷射混凝土超耗专项治理组织架构，根据工作内容，明确各方职责。根据隧道地质条件、设备配置、围岩情况等选择合理的施工方法，并编制详细的施工方案，逐级做好技术交底工作，使操作人员掌握施工技术要点及施工流程，规范作业，降低混凝土的回弹率。根据监控量测结论随时调整隧道预留变形量，实现动态管理，降低喷射混凝土超耗。在爆破结束后，安排专人监督检查机械排险工作，避免因责任意识差、方法不当等造成局部线性超挖，增加喷射混凝土超耗。

4加强工艺要点管理

针对上述喷射工艺缺陷，要想降低喷射混凝土回弹率，就必须加强工艺要点管理。主要从以下几个方面着手。1)分层喷射厚度控制。混凝土黏结在拱顶岩面的黏结力不足以抵消混凝土自身的重力而出现脱落现象。因此，需要结合不同喷射部位混凝土的下坠力不同的特点，合理调整速凝剂掺量，通常情况下拱顶速凝剂掺量要大于拱脚、拱肩速凝剂掺量。根据设计要求，每层厚度控制在5cm以内，喷嘴绕受喷岩面做椭圆形运动，先进行拱脚处理，然后开展边墙和拱腰处理，最后喷射拱顶部分，相邻区域间隔时间不得低于3min，避免在喷射压力的作用下，导致混凝土脱落。2)喷射角控制。根据上文论述，喷嘴与隧道弧面切线的角度宜控制为90°，以降低回弹率。但是，在喷射边墙结构时，应将喷嘴适当向下倾斜10°左右，这样才能确保喷射的混凝土束可以落在厚度较大的混凝土顶端区域，减少回弹量。3)风压管理。在喷射过程中，喷射风压宜控制在0．8～0.9MPa，避免因喷射风压过低，影响混凝土的受压实力，使喷射的混凝土不能与受喷面黏结密实，造成混凝土脱落，增大回弹率。同时还应合理控制喷嘴与受喷面的距离，因距离过大而导致喷射密实度不足，最终导致混凝土脱落。

结束语

喷射混凝土是隧道施工中的重要环节，如果发生喷射混凝土超耗问题，不仅影响施工成本，还会对隧道支护效果造成影响，因此必须采取有效措施来控制喷射混凝土超耗。

参考文献

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［2］余隆友．研究隧道喷射混凝土回弹量的降低方法及应用实践［J］．黑龙江交通科技，2019，42(4):171－172．

［3］段长高．隧道工程混凝土喷射施工技术及质量控制分析［J］．交通世界，2019(20):114－115．