喷射混凝土施工技术在公路隧道施工中的应用研究

喷射混凝土施工技术在公路隧道施工中的应用研究

李利，李中华，刘琦，阚彦超

吉林省金泉公路工程咨询监理有限责任公司

摘要：喷射混凝土具有良好的粘结力和抗渗性能，应用该施工技术能够有效提升围岩的整体性，降低岩面松动和风化的问题。为提升喷射混凝土施工技术的应用水平，本文以喷射混凝土施工技术为主要研究对象，着重从公路隧道工程的角度，对喷射混凝土施工技术在公路工程隧道施工中的应用情况进行了研究和分析。

关键词：喷射混凝土；混凝土施工技术；公路隧道施工

1喷射混凝土施工技术特点

公路隧道施工中喷射混凝土施工技术主要包括干法喷射与湿法喷射两种类型。干法喷射是将水泥、速凝剂、骨料等按配合比进行配置并拌和均匀，再利用喷射枪将干混合料快速喷射至公路隧道围岩岩面。该工艺操作便捷、流程简单，但混凝土喷射回弹率较大，导致公路隧道施工质量降低。湿法喷射是将水、水泥、骨料等按配合比进行配置并拌和均匀，先将混凝土混合料压送至湿式喷射机喷嘴，再将速凝剂添加在喷头，随后将其喷射至公路隧道围岩岩面。两种技术中，湿法喷射更有利于控制混凝土回弹率及施工质量，因此该工程中选用湿法喷射技术进行混凝土喷射作业。将湿法喷射技术应用于公路隧道施工的优点如下：一是强度、抗渗性、结构密度等参数明显优化，大幅度提升了公路隧道工程围岩结构的整体性；二是利于对混凝土输送、浇筑、振捣等环节进行整合，通常情况下，可节约混凝土施工成本达5%～10%；三是湿法喷射技术速度较快，终凝时间约为10min，2h、8h、16h、24h喷射混凝土结构强度可达0.25MPa、2MPa、5MPa、8MPa，3d强度可提升70%以上；四是相较于传统模筑混凝土技术，喷射混凝土在抗压强度、抗渗性能等方面均有显著提升。

2喷射混凝土施工技术在公路隧道施工中的应用

2.1原材料质量控制

水泥作为混凝土的主要胶凝材料，其质量的稳定性至关重要。应选择那些经过严格质量控制、具有稳定强度等级的水泥品种。早期强度和后期强度是衡量水泥性能的重要指标，早期强度高可以保证混凝土在短时间内形成足够的强度，支撑隧道的稳定性；而后期强度高则可以确保隧道在长期使用中的耐久性。

骨料作为混凝土的骨架，其清洁度和无害杂质的特性不容忽视。骨料中的杂质可能会与水泥发生不良反应，影响混凝土的强度和耐久性。因此，骨料在使用前必须进行严格的筛选和清洗，确保其粒径符合设计要求，以保证混凝土的密实性，防止水分和腐蚀性物质侵入，从而延长隧道的使用寿命。

速凝剂的使用是喷射混凝土施工的一大特点。速凝剂能够使混凝土在喷射后迅速凝结硬化，减少混凝土的流失和回弹，提高施工效率。然而，速凝剂的种类和掺量选择需要谨慎，过量的速凝剂可能会导致混凝土的早期强度下降，影响其性能。

水作为混凝土的重要组成部分，其质量也不容忽视。水的pH值和含盐量等参数需要定期检测，以防止酸碱度过高或含盐量过高对混凝土的性能产生负面影响，如引起混凝土的腐蚀和强度降低。

2.2混凝土配合比设计

不同的地质结构，如岩石的硬度、含水量、节理发育程度等，都会对混凝土的耐久性和稳定性产生显著影响。例如，对于软弱、破碎的围岩，可能需要选择高强度、高韧性的混凝土，以增强支护效果和防止围岩的进一步破坏。

设计强度是指导配合比设计的重要参数。设计强度是指隧道混凝土在施工和运营期间需要达到的最低强度标准，它与隧道的荷载条件、安全系数等密切相关。在满足设计强度的前提下，应尽可能降低混凝土的强度等级，以节约成本和缩短施工周期。

施工工艺也对配合比设计产生影响。不同的施工方法，如钻爆法、掘进机法、喷射混凝土法等，对混凝土的流动性、初凝时间、硬化速度等性能有不同的要求。例如，对于喷射混凝土，通常需要添加适量的速凝剂，以确保混凝土在短时间内快速硬化，形成稳定的支护层。

在确定这些参数时，通常需要通过大量的实验室试验和现场试配。例如，通过调整水灰比和砂率，可以改变混凝土的流动性，使其更容易在复杂的空间内浇筑和密实；通过调整速凝剂的掺量，可以控制混凝土的硬化速度，以适应不同的施工条件。这些试验结果将为确定最佳配合比提供科学依据。

2.3喷射工艺优化

首先，喷射枪与岩面的距离和角度是影响喷射效果的关键因素。过近的距离可能导致混凝土在接触岩面时产生过大的冲击力，造成回弹；而过远的距离则可能使混凝土在飞行过程中散落，影响其附着效果。通常，应保持在1—2米的距离，并保持45度左右的倾斜角，以达到最佳的喷射效果，同时减少回弹率，一般可以控制在10%以下。

其次，喷射过程的连续性和均匀性同样不容忽视。喷射应以稳定的速度进行，避免因喷射中断或速度变化导致混凝土在岩面上形成干斑或湿块。这些不均匀的区域会降低混凝土层的密实度，影响其结构稳定性。为了实现这一点，可能需要对混凝土的混合比例、输送泵的工作状态等进行实时监控和调整。

此外，混凝土的配合比设计也对喷射效果产生直接影响。应根据工程的具体条件，如岩石的硬度、湿度，以及施工环境的温度、湿度等因素，合理选择水泥、砂石、水以及可能的添加剂的比例，以保证混凝土在喷射过程中具有良好的流动性和可塑性。

2.4喷射层质量控制

厚度控制是保证喷射混凝土层均匀性的基础。施工过程中，应严格按照设计规范和工程标准进行，确保每一层的喷涂厚度均匀一致，避免出现局部过厚或过薄的现象。过厚可能导致结构负担过重，而过薄则可能影响其防护效果，因此，施工人员需要精确控制喷射设备，以实现理想的厚度分布。

平整度检查是确保混凝土层美观度和功能性的必要步骤。喷射后，应立即对混凝土表面进行检查，利用专业工具如水准仪或激光测距仪等，对不平整处进行精确测量，并及时进行修整。平整的混凝土层不仅在视觉上更为美观，而且能有效防止水分、气体等的渗透，从而提高结构的稳定性。

早期强度检测是评估喷射混凝土施工质量的重要指标。混凝土的早期强度反映了其在初期阶段的固化效果，包括硬度、抗压性等力学性能。通过定期进行强度检测，可以及时发现可能存在的质量问题，如混合比例不当、固化时间不足等，从而采取相应的补救措施，确保混凝土层的强度满足设计要求，以保证工程的整体质量。

2.5环境保护与安全措施

粉尘问题是喷射混凝土施工中的一大挑战。大量的粉尘不仅会降低能见度，影响工人的操作精度，长期吸入还可能导致呼吸道疾病，甚至肺部纤维化等职业病。为了解决这一问题，施工单位通常会设置喷水装置，通过持续喷洒水雾来湿润作业面，抑制粉尘的飞扬。此外，湿法喷射技术也得到了广泛应用，它通过将混凝土混合物与水混合后再进行喷射，显著减少了粉尘的产生。

加强现场安全管理同样至关重要。混凝土的高速喷射可能会导致飞溅，对工人造成意外伤害。因此，工人应穿戴防护装备，如头盔、防护眼镜和防护服，以防止飞溅的混凝土颗粒造成伤害。同时，施工现场应设置明显的警示标志，限制非作业人员进入，确保施工区域的安全。

结语：

混凝土配合比设计与喷射工艺的优化是隧道施工中的关键技术环节，它们直接影响到工程的质量、安全和效率。从地质条件的适应性、设计强度的选取，到施工工艺的精细化管理，每一个步骤都需要科学的试验和严谨的现场实践来支撑。同时，喷射层的质量控制、环境保护与安全措施的实施，更是确保工程整体质量与可持续性的重要保障。

参考文献：

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