隧道工程喷射混凝土回弹量控制的实践与研究

2016-04-10四川路航建设工程有限责任公司成都分公司四川成都610000

四川水泥 2016年4期

关键词：速凝剂减水剂水泥

张军(四川路航建设工程有限责任公司成都分公司，四川成都 610000)

张军
(四川路航建设工程有限责任公司成都分公司，四川成都 610000)

文章通过对隧道工程喷射混凝土施工过程中的回弹量控制与研究，结合施工过程中出现的问题，对喷射混凝土回填提出合理化建议。

隧道工程；喷射混凝土；回弹量控制；实践与研究

据有关资料显示，我国已建成公路隧道1800余座，总长约750Km，铁路隧道5300余座，总长约4000Km，是世界隧道工程最多的国家。目前，隧道工程开挖支护普遍采用喷射混凝土，它具有支护及时、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，优点更为明显。

喷射混凝土在隧道施工中已广泛使用，但施工中回弹率普遍较大，平均在30%以上，不但原材料浪费较大，而且过大的回弹率使施工现场空气中粉尘含量过高，严重威胁到施工人员的健康安全，如何通过技术改进和加强管理来降低喷射混凝土的回弹率是施工企业必须面对的研究课题，为降低回弹率，提高经济效益，保障职工健康。通过技术改进和加强管理，可将喷射混凝土回弹量控制在20%以内。

一、隧道工程喷射混凝土应该优选潮喷工艺

喷射混凝土喷射形式大致有4种，第一种是干喷，第二种是湿喷，第三种是潮喷，第四种是混合喷。四种喷射方式的差别是投料次序不一样，特别是添加水与添加凝剂的时间不一样。干喷是把凝剂、水泥、物料依照要求比重充分融合、搅拌之后装到喷射机器中，通过压缩空气让干燥的集料在管道内以悬浮的状况运送到喷枪部位，在喷枪的出口处和水充分融合以后，用较快的速率喷射到有关位置。而潮喷是用一定比例的水和集料融合，让集料呈现为潮湿形状，之后加入水泥搅拌，进而让上料、搅拌与喷射过程中的粉尘数量减少。湿喷是把水、水泥、骨料依照要求比重充分搅拌，采用湿型喷射机运送到喷头的地方，之后在该位置增添速凝剂后喷射。混合喷射还叫做水泥裹沙造壳喷射法，是把一些砂和水有效融合，再添加水泥搅合，然后再次增添水和减水剂搅拌为SEC砂浆，把一些石与砂充分搅合，依托砂浆泵与干型喷射机械运送到软管混合后喷射。

上文所述4种喷射方法中，混凝土回弹数量较少的方法是湿喷，但对其喷射机械要求较高、设备昂贵、堵管频繁、机械清理和故障处理较麻烦。经操作工多年经验，采用潮喷法较为普遍，施工中广泛应用，且能较好控制回弹量。

二、控制喷射混凝土回弹量的管理措施

（一）提高思想意识

进一步强调职业健康卫生，以改善施工场所环境、保护工人身体健康和增强自我保护意识为目的；系统的分析，积极地引导，使工人从思想上意识到其他工序（比如开挖时超挖过大）对喷砼带来的影响，以及循环施工的整体经济性，由此从根本上进行原材料的控制，以降低成本费用，增加效益。

（二）明确目标，采用激励机制

开展劳动竞赛，让工人有明确的目标，并设定目标达成后的奖励措施，目标的设定应该要具备“可达成性”。项目部的质检人员要从严把关，要一切以质量、进度为中心。对质量好、进度快的施工班组进行奖励，对质量差的进度缓慢的施工班组队要进行处罚。

（三）加强培训，下达作业指导书

由项目部建立学习交流机制，对施工的具体的操作人员进行培训考核，对施工队要不断的提供技术指导与帮助，加强交流并及时反馈改进情况。具体需要改进的方面有：原材料的控制、工艺参数的选择、施工操作的规范化及熟练程度。由工程部及试验室，对各项控制数据、施工工艺、具体施工对策等进行作业指导，下达作业指导书。

三、控制喷射混凝土回弹量的材料措施

1、砂

以河砂为添加剂搅拌的混凝土有较强的粘合性，有助于减少回弹数量。应当管控砂的颗粒级配，尽可能运用中粗砂。砂的水泥比重管控在3.0个百分点以下；泥块的比例管控在0.5个百分点以下。

2、米石

因为在机制卵碎石的准备过程中米石多次在水中清洗，和卵碎石比较而言，机制石块和砂浆的粘合度更高，硬度也更大。另外，因为卵碎石的形状较为圆润、光滑，制成的混凝土喷射料的和易性比较突出，其回弹也比较有限。

因为15mm以上的石块进到湿喷机中较易堵住喷浆管，并且15mm以上的石块喷出之后容易和砂浆分开，较难喷射到指定位置，导致具有较大的回弹性，因此，运用之前，应当进行筛选，将比15mm大的石块剔除。

3、减水剂

喷射混凝土的过程中因为需要用到大量的水泥，所以对水的需求量也较大，此对提升混凝土的硬度与减小回弹数量均造成了阻碍。增添减水剂能够降低水的使用数量，提升混凝土搅拌料的流动水平，提升混凝土搅拌料的粘合性，进而减小回弹水平。因为减水剂的添加比重较小，配料时较难管控增添数量。在建设过程中，能够依照一定比重将减水剂融合到喷射料搅拌所需用到的水中，如此一方面能够管控减水剂的添加比例，另一方面能够提升作业机械化水平。

4、合成纤维

添加合成纤维，能够让喷射混凝土的开裂程度降低，进而提升硬度；另外，因为纤维的连接功能，喷射出的混凝土搅拌料有较强的粘合性，大幅减少回弹程度。

5、水泥

喷射混凝土所使用的水泥硬度级别应当在32.5MPa以上。由于一般的硅酸盐水泥体现出和速凝剂可以快速融合、早期强度大、硬化速度快、可以迅速凝结、后期强度高等特点，应当作为首选。

6、速凝剂

速凝剂是适合喷射品混凝土作业施工使用的添加剂，加入此种成分能够提升混凝土的早强。速凝剂的添加比例应当恰当，此和速凝剂、添加数量、喷射地点、作业机器、砂石料质地、喷射技术、水泥等均有很大关联。速凝剂的添加数量太少，不仅无法发挥早强功能，并且具有较大的回弹量；添加数量过多，不仅会大大减弱混凝土后期的硬度，还会让回弹水平提升。

四、控制喷射混凝土回弹量的施工措施

（一）水泥与速凝剂的适用

速凝剂与水泥适应性问题具有普遍性，既同种速凝剂与不同水泥或不同速凝剂与同种水泥之间，速凝剂的促凝效果差异较大。对于此问题可采取下述举措：1）含有较大比例石膏的水泥需要增添的速凝剂数量较多；混合材料对液态速凝剂和水泥的顺应性的影响较为明显，其本质是降低了水泥中参加早期水化矿物的比例，提升速凝剂添加数量才可以取得较为理想的凝结成效。2）在喷射混凝土作业过程中，应当尽量选用添加材料较少、C3A所占比例较大的水泥。3）提升速凝剂添加数量、减小水灰配比等举措可以改变水泥和速凝剂的顺应性，提升喷射混凝土的作业品质。

（二）喷射机和喷嘴的操控

喷射机的操控能够对混凝土的强度、物料流动性的匀称性、回弹产生一定程度的影响。应准确地管控喷射机的压力与确保喷嘴物料流动的匀称性。喷射机所在地点的风压应当依据科学的喷射速率而加以调整，如果风压太大，也就是喷射速率太大，动能太大，让回弹水平提升，如果风压过小，压实力有限，较易让混凝土的硬度无法达标，喷射机的物料流动应当匀称，来确保速凝剂和混凝土有效、充分融合。

喷嘴的操控：1）喷嘴和喷射岩面两者的角度：在喷射表面平顺的岩面时，喷嘴和岩面呈90度角，在喷射内部角落的时候，应当在2个喷射地点夹角的地方，喷嘴顺着角平分线加以喷射，伴随角落被填充为曲面以后，向2侧壁面逐步延展，之后，依照和壁面垂直的角度加以喷射，对外部角落，可以把喷嘴以90度角首先对着一个岩面加以喷射，之后再喷射角落的另外一端。2）喷嘴和岩面两者间的距离：喷嘴和受喷面两者之间的最好距离通常在0.8到1米。3）喷嘴位移：喷嘴指着一个位置的时间不应当过长，这是由于一直指着一个地点会让回弹量增加且无法得到匀称的喷射表面，最佳的喷射方法是跨过混凝土面把喷嘴稳固而全面地按照圆的形状进行移动，喷嘴按照一定的韵律进行诸多圆形移动能够构成匀称的喷射表面与最少的回弹量，施工者移动的圆形圈水平方向的距离应当在40—60cm区间内，高度应当在15—20cm区间内。

（三）调节恰当的水压，保证科学的水灰比例

保证恰当的水灰比是减小喷射混凝土回弹水平的主要举措，在以前的喷射作业中，因为风压过高，有关的水压过高，所以水灰比较大，较大的水灰配置比例通常让混凝土产生移动乃至硬度不够，一方面降低了喷射的品质，另一方面大幅提升了回弹水平。某项目将水灰配置比维持在0.4上下，如此水灰配置比不但让喷层稳固，表面光滑，一次喷射厚度较大，并且很好的减少了回弹量。

（四）各喷层时间间隔的管控

在喷射混凝土时由于各个喷层间隔时长把控不科学以致回弹率过高。其一是间隔时长过短，喷射混凝土没有完成初次凝结而受到风压、水压的冲刷而掉落，导致回弹率过大；其二是间隔时长过长，喷射混凝土已经完成初次凝结，再一次喷射集料无法与混凝土面有效融合，致使回弹率过大。所以在作业时应当依照混凝土的初次凝结时间和是否增添速凝剂而管控喷层间隔时长。

（五）喷射混凝土时应分段分块进行

喷射混凝土应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段不宜超过6m，分块大小不宜超过2m*2m，严格按照先墙后拱、自下而上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落，从而控制喷射混凝土的回弹量。

1、分段喷射混凝土施工时，上次喷的混凝土应预留斜面，斜面宽度为200-300mm，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。

2、分片喷射要自下而上进行，并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，从而降低喷射混凝土的回弹量。

3、分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。边墙一次喷射混凝土厚度控制在7-10cm，拱部控制在5-6cm，并保持喷层厚度均匀。顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间宜为2-4h，控制喷射混凝土的回弹量。

（六）岩层上的渗水处理

隧道开挖过程中，地层渗水原因，导致喷射混凝土与岩层粘结较差，喷射混凝土回弹量较大。为避免这种现象，喷射混凝土前，采取以下措施进行排水：

1、超前钻孔排水

该排水适用于地下水来源于掌子面前方，且高于设计拱顶高程以上的情况，在断层破碎带中的滞水等，一般设置于主动两侧，约低于开挖最低面，这样能有效的降低前方渗水量。该方法应遵循如下原则：

（1）钻孔的孔底低于开挖底面高程，且孔深大致为10～15米。

（2）钻孔方向可以向上倾斜，采用自排方式排水。也可乡下倾斜，采用水泵排水，具体根据探孔情况确定方案。

（3）根据水量大小及水源点情况，确定钻孔数量及部位。