西山一号隧道喷射混凝土施工技术

岳雯溪

(中铁二十局集团第六工程有限公司，陕西西安 710032)

1 工程概况

西山一号隧道位于漾水河左岸谷坡地带，穿越黄土梁，隧道轴线最高海拔1 747 m，最大埋深107 m，采用分离式双线双洞，其中:左线起点桩号ZK654+675 m，终点桩号ZK655+675 m，进口位于R=980 m的圆曲线上，出口位于R=1 400的圆曲线上，隧道长度1 000 m。西山一号隧道左线隧道由马兰黄土、泥岩组成，属极软岩，岩体较破碎，综合评定洞身段围岩级别Ⅴ级。隧道初期支护由工字钢拱架、径向锚杆、钢筋网、喷射混凝土共同组成。钢拱架之间用纵向钢筋连接，与围岩密贴，形成承载结构，其中喷射混凝土标号采用C25，厚度26 cm，采用湿喷工艺。

2 总体工艺介绍

隧道初期支护喷射混凝土施工是使用混凝土喷射机和压缩空气，按一定比例和混合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土喷射到岩壁表面上，迅速凝结硬化为一层结构层的工法;该结构层与围岩密贴，可对围岩起到有效的支护作用。西山一号隧道施工现场采用湿喷工艺。湿喷是将集料、水泥和水按设计比例拌合均匀后，用湿式喷射机借助压缩空气将其压送到喷嘴处，再将喷头上添加速凝剂后喷向围岩表面的喷射工艺。其工艺流程见图1。施工步骤及说明:1)混凝土拌合及运输:采用混凝土拌合机拌制，混凝土罐车运输;2)启动湿喷机:先送风、后开机、再给料。待混凝土从喷嘴喷出时，再供给速凝剂;3)湿喷机初喷:先墙后拱、分层、分区进行，首层着重填平、补齐，S形运动、螺旋状喷射;4)湿喷机复喷:S形运动、螺旋状喷射，钢架与壁面之间的间隙用喷射混凝土充填密实，喷射混凝土由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖;5)关闭湿喷机:湿喷作业结束时，先关闭速凝剂量计量泵，之后停止供料，待喷嘴残留的少量混凝土和速凝剂完全吹净后，再停风。

图1 喷射混凝土湿喷施工工艺流程图

3 湿喷混凝土施工工艺

3.1 施工准备工作

1)材料方面。对水泥、砂、石、速凝剂、水等的质量要进行检验。砂、石均应过筛，并应事先清洗干净。砂、石含水率应符合要求;为控制砂、石含水率，砂石应储存在封闭的料仓内，拌制混凝土时，应根据砂的实际含水量确定施工配合比。

2)机械设备、管路方面。湿喷机、混凝土搅拌机、皮带运输机等设备使用前均必须完好，满足施工要求，就位前要进行检查及试运转。管路及接头要保持良好，要求风管无漏风现象，水管无漏水现象，且沿风、水管路每隔40 m～50 m处必须装阀门接头，便于喷射机移动时风、水管的连接。

3)试验方面。试验室应在施工前完成材料试验、混凝土配合比的设计，湿喷混凝土的坍落度应控制在80 mm～120 mm之间。喷射混凝土配合比应通过试验确定并满足设计强度和湿喷工艺的要求。

4)其他方面。检查开挖断面，通过全站仪、水准仪、断面仪对开挖断面进行检查、量测，欠挖处要补凿至满足设计要求。喷射混凝土施作前还应对断面敲帮找顶、清除浮石，清除干净附着于岩面的泥污，泥污清除采用冲洗方式，每次冲洗长度以10 m～20 m为宜。当岩面有渗水现象时，先引排处理。对于局部渗水量较大处，采用凿槽、预埋透水管并设置树枝状排水盲沟等措施，将积水引导疏出后再喷射混凝土。不良地质处应事先采取措施处理，如增设临时支撑、加强监控量测、加强支护参数(如加强锚杆、钢筋网、金属支架、拱架等设计参数)，待不良地质段围岩变化趋于稳定后施作喷射混凝土。施工前应准确安装设计及施工要求的预埋件，且注意埋设控制喷射混凝土厚度的标志，若利用系统锚杆预留一定长度作标记时，应及时将多余长度锯掉，端头安装锚杆帽，以免喷射后露在外面。喷射作业面必须有充足的照明亮度，照明灯上应罩上铁丝网，线路高架，以免回弹物打坏照明灯或将线路覆盖。若喷头距喷射机距离超过30 m时，宜设置电铃、信号灯或于施工人员配备对讲机，以作为通信联络信号。施工前必须作好回弹物的回收及利用的准备，喷射前应于喷混凝土地段铺设薄铁板、防水板或其他易于回收回弹物的材料，回弹物回收后可将其用于垫层施工。

3.2 喷射混凝土作业的基本要求

1)喷射混凝土的拌合。喷射混凝土由设于隧道洞外的混凝土拌合站集中拌合，喷射混凝土中可根据试验结果增添外加剂以确保喷射混凝土质量。试验员在拌合站对每车混凝土的和易性、坍落度进行检测，符合设计要求后再放行出站，用混凝土搅拌车运输至洞内施工现场，将混凝土罐车溜槽及湿喷机料斗湿润后直接将料卸入湿喷机料斗内。

2)湿喷机风压的控制。喷射作业时所需的风压与喷料输送距离、喷射高度、管道的数量、管道弯曲半径、拌合料施工配合比、砂石种类、级配、含水率等均有关系。为保证喷射混凝土质量、降低其回弹率且减少作业区空气污染，喷射作业时应结合以上现场各因素适当调整压力，要求风压调整时逐渐变化，最终趋于稳定。

3)喷射混凝土水灰比的控制。合适的水灰比是保证喷射混凝土强度、施工质量、降低回弹率和减少作业区空气污染的重要控制因素。由于喷射混凝土施工工艺的特点，其水灰比目前只能凭借现场实际情况、现场试验及作业过程中喷射手的经验目测进行控制。若喷射的拌合料宜粘着，回弹小，表面湿润光泽，则说明混凝土水量合适;若表面无光泽、回弹物增大，则说明混凝土水量较小;若拌合料表面塑性大或出现面积、幅度较大流淌、滑动现象，则说明混凝土水量较大。现场试验及技术人员应根据以上情况按照要求及时调整混凝土坍落度。

4)喷射作业角度及距离。一般情况下喷头与岩面的角度应垂直于岩面，但喷射边墙时，应将喷头略向下俯，角度约10°，使混凝土束喷射在较厚混凝土顶端(见图2)，其原因为混凝土束喷射在呈黏稠性状态的混凝土上，可避免料束中的粗集料直接与岩面撞击，从而减少回弹量，节约成本。喷射距离应以喷混凝土最小的回弹和最高的喷射压力综合确定。现场施工原则上以能看清岩面喷射情况，使料束集中，回弹量小为宜;同时也需要根据喷头出口压力的大小调整距离。一般情况下距离控制为0.6 m～1.2 m，最佳距离为0.8 m～1 m。喷射手应视现场具体情况，选用适当的喷射距离。

图2 喷射角度与喷射距离示意图

5)一次喷射作业厚度标准。一次喷射的厚度主要由喷射混凝土颗粒之间的粘聚力和喷射层与受喷面之间的粘结力确定。厚度过薄会使回弹率增大;厚度过大会使混凝土颗粒之间的粘聚力减弱，同时可能会引起大片混凝土坍落或混凝土与岩面脱离的现象。一次适宜的喷射厚度就是混凝土层在不错裂、不脱落且回弹率小的情况下达到的最大厚度。分层喷射厚度和喷射的部位有关，可参照表1执行。

表1 不同喷射部位其喷射厚度表

6)分层喷射的时间间隔标准。分层喷射的合理间隔时间与水泥品种及速凝剂的掺量有关，同时与施工现场温度、速凝剂种类及水灰比大小有关，则喷射作业时应结合现场实际情况合理控制间隔时间，且分层喷射间隔时间不宜过短。若前一层喷射混凝土终凝后1 h若喷层表面已蒙上粉尘，后一层喷射作业前对混凝土表面做适当凿毛处理，并且用高压水、风清理受喷面。

7)喷射作业顺序。喷射前应先用压缩空气或压力水将所有待喷面吹净，吹除待喷面上的松散杂质或尘埃，用水适当喷洒岩面，以便使喷射出的混凝土和岩面达到有效、最佳的粘结。喷射的顺序应先墙后拱，自下而上。若受喷面凹凸不平，应先喷凹处找平后向上喷射。喷射时喷头料束应呈旋转轨迹运动，一圈搭接半圈，纵向似蛇形进行。转动半径一般为15 cm左右，每次蛇形长度3 m～4 m或根据混凝土凝结效果而定。待第一行凝结情况符合要求时则开始喷射纵向第二行，喷射时要依顺序从第一行的起点处开始，行与行之间应搭接2 cm～3 cm，依次类推。料束旋转速度原则上要均匀，不宜太慢或太快。喷射区段划分和喷头活动顺序见图3。喷射完成后可在喷射混凝土表面再喷射一层同强度等级的水泥砂浆以保证其外观质量。其喷射顺序与喷射混凝土相反，为自上而下，喷头料束呈横扫方式运动，不能旋转或停留，以使表面平整、光滑。

图3 喷射区段划分和喷头活动顺序图

8)喷射厚度的控制。可通过标桩法设置标桩对喷射混凝土厚度进行测量和控制。如安设锚杆，则可利用锚杆外漏长度作为标桩，如不安设锚杆，则可在较平整的岩面上用速凝砂浆固定一些铁钉(如用φ6 mm的圆钢制成“U”形钉)，其长度比要求的喷射厚度长1 cm～2 cm，每平方米约埋设1根。待喷射混凝土强度达到要求后及时对外漏锚杆或标桩进行切割、清除。

9)初喷。根据设计文件，首先应对开挖断面进行3 cm～5 cm的初喷混凝土。若开挖断面有漏、滴、渗水现象时，应予以及时处理，采取堵、截、排等手段，使喷射面无淋水、滴水现象，以保证混凝土与岩面的粘结，见图4。

图4 初喷混凝土

10)复喷。待初喷混凝土达到相关要求后，按照设计要求安装钢拱架、钢筋网、软式透水半圆管等。铺设钢筋网时应做到钢筋使用前清除污锈。钢拱架安装时若与初喷混凝土面不能密贴时，应按规范增加垫块，确保拱架能立即受力，并在继续喷混凝土时，从型钢拱架两侧向内喷实。根据开挖方式的不同，针对拱架处应增加临时垫板或纵向托梁，并对拱脚处进行喷实，以增大拱脚受力面积及基础的承载力，控制过大沉降。安装软式透水半圆管应根据设计文件要求进行安装，复喷时具体操作要求同初喷的操作要求、标准一致。

11)喷射混凝土养护。喷射混凝土终凝2 h后，应喷水养护，于隧道内水管阀门处连接水管进行养护。

养护时间不得少于7 d;隧道内环境温度低于5℃时，不得喷水养护。冬季施工时，喷射混凝土作业区的温度不应低于5℃，混合料进入喷射机的温度不应低于5℃，在结冰的岩面上不得进行喷射混凝土作业。混凝土强度未达到6 MPa前不得受冻。

12)其他。作业完毕或因故间断时，喷射机和输料管内的积料，必须及时清除干净，防止堵管。若在喷射过程中因停电等原因造成无法继续喷射时应用高压水枪对未达到喷射质量要求的部位进行彻底冲洗或用人工进行清理干净。施工全过程应严格按照制定的安全技术方案执行。

3.3 喷射混凝土相关质量验收标准

1)(钢纤维)喷射混凝土支护实测项目见表2。

表2 (钢纤维)喷射混凝土支护实测项目

2)外观鉴定。

无漏喷、离鼓、裂缝、钢筋网外露现象，不符合要求应返工处理。

4 结语

喷射混凝土在隧道初期支护施工中应用已非常广泛，但其初支结构受力、防护、耐久性等直接受喷射混凝土施工质量影响，所以对喷射混凝土全过程施工必须按质量控制系统的要求执行，通过各种措施提高、强化现场作业、管理人员质量意识，制定严格、合理的操作规程，加强质量管理、过程控制，使喷射混凝土在隧道支护中发挥越来越重要的作用。

［1］杨林德.公路施工手册——隧道［M］.北京：人民交通出版社，2011：7.

［2］关宝树.隧道工程施工要点集［M］.北京：人民交通出版社，2011：7.

［3］土建工程/交通部公路科学研究院.公路工程质量检验评定标准第一册土建工程［M］.北京：人民交通出版社，2004：11(2007.11 重印).