浅谈湿喷混凝土在隧道中施工应用

陈传健

大成工程建设有限公司（361000）

浅谈湿喷混凝土在隧道中施工应用

陈传健

大成工程建设有限公司（361000）

结合丹坑隧道湿喷施工为例，论述了隧道初期支护湿喷混凝土施工工艺流程及质量控制要点，并针对性地论述了特殊部位的施工要点。

隧道；混凝土；湿喷

随着科学技术的发展，大量的新材料、新工艺、新设备、新技术不断应用于工程中，同时，隧道施工技术也在超长、大跨度、防水、穿过不良地层等方面取得了长足的进步，涌现出了大量的科技成果。锚喷构筑法在技术上有速度较快、支护及时、支护质量较好、强度高、密实度好、防水性能较好、施工灵活性很大、满足工作设计与要求等优点。混凝土湿喷工艺由于其“综合成本低、社会效益好、环境污染小”的优点在隧道施工中逐步占据了主导趋势。混凝土湿喷施工能极大地改善隧道施工作业环境，缩短喷射混凝土的作业循环，更为重要的是通过湿喷工艺建立喷射混凝土质量保证体系，使喷射混凝土质量稳定可靠。

1 工程概况

工程项目起于厦门与漳州的交界处龙海市东园镇仓里村西侧，该合同段为厦门至漳州高速公路扩建工程ZA5标段，起于YK499+672.5终于K503+450.5，全长3.76 km。标段内设隧道一座，特大桥两座，丹坑隧道右线为全长858 m，左线全长871 m。隧道为分离式双洞隧道（进口段为小间距隧道），其单洞建筑限界（三车道）:净高5.0 m，净宽15.25 m，设计最小平曲线半径为1 200 m，最大为2 000 m，设计最大纵坡为1.605%，最小纵坡为0.3%。地形地貌及地质概况:隧道场区地质构造条件相对稳定，节理裂隙发育，组节理裂隙与隧道小角度相交，对隧道围岩的完整性影响较大，全隧初期支护喷射混凝土采用湿喷工艺进行施工。

2 初期支护湿喷混凝土施工

喷射混凝土施工工艺流程见图1。

2.1 设备选用

丹坑隧道初期支护喷射混凝土施工采用岩峰TK-500型喷射机，该机是TK系列转子活塞式湿喷机。

图1 喷射混凝土施工工艺流程框图

2.2 原材料的控制及配合比优化

细集料采用级配合理且细度模数在2.5～3.2之间的中粗砂或机制砂。粗集料选择5～10 mm的碎石。宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其与混凝土设计标号相适应，且其技术指标符合规定。根据现场施工经验，湿喷混凝土的坍落度宜控制在80～120 mm，坍落度过小易出现堵管现象，坍落度过大喷射时混凝土难以自稳、易塌落、回弹量较大，同时速凝剂的用量增大,混凝土强度也得不到保证。喷射混凝土配合比应通过试验确定并满足设计强度和喷射工艺的要求。

2.3 喷射面检查处理

首先应测量受喷围岩的基本尺寸，并要求隧洞外轮廓较为光顺，对欠挖部位应进行补凿及清除浮石，之后用高压水或气将受喷面上的污泥、灰尘及细岩清除干净。若隧洞存在漏水地段，应查明水源并做好防排水措施，必要时采用凿岩机钻孔对周边围岩排水，以防止喷射混凝土与围岩间的水阻碍混凝土的黏结及延缓混凝土强度提高。

2.4 喷射手培训及湿喷操作要点

应加强对喷射手的培训，使其熟练掌握湿喷机的性能和操作要领。理解湿喷工艺是一个动态的施工过程。应根据现场实际调整混凝土的塌落度、风压、喷射角度及喷射距离。施作时软管长度不宜大于20 m，隧道拱顶作业时风压宜控制在0.15～0.3 MPa，边墙湿喷作业时风压宜控制在0.1～0.2 MPa。

2.4.1 喷射角及距离

作业时喷嘴一般应垂直于喷射面，边墙喷射则宜将喷嘴下俯5°～15°左右以使混凝土束较厚的喷射在混凝土顶端，避免喷嘴和喷射面间角度过小导致混凝土物料在受喷面上滚动而产生凹凸不平的波形喷面，增加回弹量。喷射距离应根据混凝土最小回弹和最高强度确定，一般喷嘴至受喷面距离在0.6～1.2 m范围内为宜,并以能看清喷射情况并使料束集中，回弹量最小为宜。

2.4.2 喷射方法

施工中采用分层喷射方法,一次喷射厚度在40～60 mm范围内。第一层喷射前在设计确定的断面位置埋设厚度测量组件。前一层喷射后硬化达到一定强度后方可喷射下层，最终每层以不出现坠落并达到所需厚度后方可前移。若在喷射下层混凝土时前一层已经蒙上粉尘，则应用高压气体或水对表面进行清洗。喷射过程中应避免一次喷射厚度太薄骨料发生回弹，或一次喷射过厚出现喷层下坠流淌现象。若喷层与岩面间存在空鼓现象，则每次喷射厚度不得小于骨料粒径的2倍，以减小回弹率。

2.4.3 喷射顺序及时间间隔

隧道内的喷射顺序为先墙后拱,自上而下分段、分片进行，施工中按照纵向1.5 m为一段，分片宽度约为2 m，每片均应自下部起水平方向旋转移动往返一次喷射后方可向上移行。当岩面存在较大凹洼部位则应先将其喷平。喷射过程中喷头应先找平凹处之后将喷头成螺旋形或S形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈,绕圈直径一般控制在30 cm左右，每次的喷射长度应根据混凝土速凝效果决定，以求喷出的面层平顺光滑。两层的喷射时间间隔一般控制在15～20 min，在下层喷射前应保证上层达到一定强度。

图2 喷射顺序及时间间隔

2.4.4 回弹量调整

喷射过程中由于岩面、钢筋或骨料相互碰撞而从受喷面上弹落下来的拌合物称为回弹量，其根据喷射位置、空气压力、水泥用量、水灰比及骨料最大粒径和级配等决定。喷射初期回弹量较大，当其形成塑性层后粗骨料易嵌入，回弹量则会减小，因此应调整喷射厚度来控制回弹量。同时由于回弹料中水泥含量小且主要为粗骨料，因此其不宜用于重新使用而影响最终的喷射质量。

2.4.5 整平

对喷射层进行整平对提高结构强度及耐久性均有利，但对其进一步追加振动平整则会产生负面影响，即可损坏混凝土与钢筋间的黏结并易在混凝土内部产生裂缝，但依靠喷射自然形成的面层则过于粗糙并对后期二衬防水板的铺设产生影响，因此施工中在喷射混凝土初凝后用刮刀将多余混凝土刮掉，之后用喷浆或抹灰浆对其找平。

2.4.6 速凝剂参量调节和使用

液体速凝剂的掺量应在试验室确定最佳掺量的基础上，考虑到差异性、敏感性和施工中的损耗，进行综合确定，严禁采用粉体速凝剂。原则上在满足凝结要求的基础上尽量少掺。实际施工中液体速凝剂的掺量只能通过调整喷射机自带的计量泵流量来控制。速凝剂流量及计量泵螺杆示数按下式计算:Y=(Q×Wc×K)/(rs×P)，式中Q为湿喷机生产率，m3/ h；Wc为每方混凝土的水泥用量，kg/m3；K为速凝剂的掺量，%；rs为速凝剂的容重，kg/L;P为计量泵的最大流量L/h；Y为计量泵上计量螺杆刻度值。以丹坑隧道所使用的TK-500型喷射机及Vc围岩所采用的C25喷射混凝土配合比为例，取Q=4 m3/h，Wc=486 kg/m3，K=4.2%，rs=1.4 kg/L，P=12 L/h；经计算得Y=4.8。

2.5 养护

由于湿喷混凝土的表面较为粗糙，对其进行良好的养护非常必要，同时由于拌合物内水泥用量和砂率较高，因此为使水泥充分水化以减少和防止混凝土不正常收缩裂缝的产生，在其终凝后则应进行养护。养护时应采用洒水养护的方式，养护时间不少于7 d以保证后续强度的发展，隧道内环境温度低于+5℃时，不得喷水养护。

2.6 特殊部位处理

2.6.1 拱顶光滑岩面的处理

当围岩较好，岩体整体性较完整，开挖时光面爆破控制较好的情况下，拱顶段的岩面通常较为光滑,喷射混凝土时底层混凝土和岩面通常难以黏结。为保证喷射混凝土同岩面的黏结牢固，应在拱顶光滑岩面正式喷射前在光滑岩面扫喷一层厚约2 cm的1:2～2.5的水泥砂浆，并可适当加大速凝剂用量,以实现其在喷射2～3 min后即可达到终凝，进而进行喷射混凝土至设计厚度。

2.6.2 对滴、渗水部位喷射

应在该部位围岩表面喷射混凝土，其喷射混凝土的凝结时间应随喷射面渗水量的大小而进行调整。

2.6.3 钢架间的混凝土喷射

为确保初期支护安全、可靠，对于Ⅴ类围岩通常都采用I20以上钢架进行支护,钢架间距在0.7 m。钢架背后设置20 cm×20 cm钢筋网片。这就提高了对喷射混凝土的要求。因此宜采用低风压、近距离、变换喷射角度的方式进行。风压宜控制在0.1～0.15 MPa，喷嘴距离岩面在0.6～1.2 m为宜。先调整角度将拱架背后喷密实，在喷实钢筋网背后，最后恢复正常湿喷方式喷实拱架之间的间隙。钢架与壁面之间的间隙用混凝土填实，喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖，保证将其背面喷射填满，黏结良好。拱脚基础喷射混凝土要密实，严禁悬空。否则在钢架和钢筋网表面会形成一个混凝土壳，而钢筋网背后、钢架背后易形成空洞。

2.7 工程实例

丹坑隧道整个湿喷施工过程中的经验表明，当砂子细度模数控制在2.5～3.2之间、石子粒径控制在5～10 mm(最大粒径不大于13.2 mm)、混凝土坍落度控制在80～120 mm，TK-500湿喷机速凝剂计量泵流量调节螺杆示数调至5.0左右时，复喷一次喷射厚度拱顶不得大于100 mm,其喷射速度和喷射效果都较好。正常喷射情况下实际生产率能达到4方/h（该机的额定生产率为5方/h），喷射混凝土的7 d、28 d强度均能满足设计及规范要求。回弹量在8%～10%，远小于干喷施工回弹量的30%，极大地降低了施工成本。

图3 丹坑隧道喷射混凝土密实，外观平整，线形圆顺

3 结语

隧道施工初期支护湿喷混凝土喷射工艺因其高效、环保、高能等优点而被广泛应用，但其在使用中仍存在一定问题（如喷射混凝土时占用罐车时间长，施工成本大，耽误施工进度，因此对其进行深入研究，不断优化工艺是当前需解决的实际问题。我们应在工作中不断积累和总结，并结合实际的工程进行分析和探讨，才能建设好公路工程。

[1]易丽萍.现代隧道设计与施工[M].北京:中国铁道出版社, 1997.

[2]傅鹤林,等.隧道安全施工技术手册[M].人民交通出版社, 2010.