湿喷混凝土在隧道支护施工中的应用

杜 庆 宏

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

在隧道施工中，隧道混凝土喷射是保障隧道施工安全的基础，是隧道工程都会面临的重点课题。喷射混凝土的施工质量容易得到保障。近年来，湿喷工艺逐步取代干喷工艺，成为公路、铁路、水工隧道施工主要喷射工艺。

在湿喷作业中，传统的小型湿喷机械生产效率低，工人劳动强度大，骨料的反弹及喷射产生的粉尘对施工人员健康有极大危害，且喷射质量主要靠工人的技术水平进行控制，混凝土回弹率高。随着机械化程度的不断提高及对施工质量和效率的要求，采用喷射速度快、机械化程度高、回弹率低的大型喷射混凝土机械手将成为隧道施工的发展方向。机械手湿喷混凝土具有施工作业环境好、回弹小、可精确控制水灰比和外加剂、施工质量优、施工效率高等特点。

1 概述

隧道湿喷的目的在于为整个隧道工程施工提供初期支护能力，确保后续施工安全，特别对于大断面特长公路隧道工程尤为重要。大型专业机械化配套组织施工有效解决了传统小型湿喷机不能满足长大隧道混凝土喷射的不足，较大改善了隧道内喷射施工人员的工作条件(见图1，图2)，增进了施工效率，减少了混凝土消耗量，切实确保施工品质，符合绿色环保的施工理念。

采用机械手进行湿喷混凝土在于实现了混凝土喷射的全过程电脑自动控制。在使用机械手湿喷过程中，先按施工配比将拌和均匀的含有水泥、骨料、添加剂等的混合料运至施工现场，再加入专用喷射机将其泵送至喷头处进行与速凝剂的均匀混合，最后使用高压空气喷射至受喷面(见图3)。

机械手喷射混凝土的附着力好、密实度高，质量可控性高、强度较干喷混凝土高出20%左右，喷射后的混凝土表面平顺性好。喷射回弹率低，回弹率可控制在15%以内，传统湿喷的回弹率高达30%～40%。施工机械手湿喷工艺的施工速度快，机械化程度高，操作人员劳动强度低。作业环境好，也较安全。适用性广，可用于铁路、公路及水工隧道喷射混凝土施工。

2 原材料质量控制

喷射混凝土质量的基础之一在于原材料质量。在施工中，做好原材料质量控制，须严格坚持先质检合格后使用的原则进行。

1)水泥。要求采用强度等级不小于42.5 MPa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。进场后按规定频率进行抽检，使用前须确保质量检测合格。

2)粗骨料。采用的碎石应坚硬耐久。为确保拌和后混凝土的粘附性、流动性及可喷射性，要求使用的连续级配碎石的最大粒径应控制在15 mm以内，其中的含泥量按1%以内进行控制。

在进行碎石选择时，须注意对具有潜在碱活性碎石须严格禁止选用。还须注意，对于使用的速凝剂为碱性时，石料中含有活性二氧化硅的不得使用。

3)细骨料。采用的中砂或粗砂须坚硬耐久，要求具有2.5以上的细度模数，将含水率按5%～7%范围进行控制。将粒径在0.075 mm以下颗粒控制在20%以内。其中的含泥量按3%以下进行控制，泥块含量不应大于1%。

4)速凝剂。宜采用液体速凝剂，做好掺量的严格控制。速凝剂应妥善保管，防止受潮变质。

速凝剂须进行凝结效果试验确定初终凝时间。要求采用的速凝剂初凝时间应在5 min以内，终凝时间在10 min以内。

5)水。进行质量检测，确保不含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，一般普通自来水即可。

3 施工工艺

在某隧道施工中，该隧道施工段落长2 630 m，地质以Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩为主，工期压力大。采用大型专业机械化配套组织初期支护施工，容易发挥机械手湿喷混凝土的优势，确保施工质量。

在施工设计中，要求正洞采用喷射C25混凝土作为初期支护，采用机械手湿喷工艺。在洞外集中拌合喷射的混凝土，由运输车输送运至喷射点，由湿式喷射机进行初喷和复喷。即开挖后检查无欠挖即进行初喷，安装好锚杆、钢筋网片及钢支撑后，进行复喷至设计厚度。

3.1 喷射前准备工作

主要进行：组织施工人员进行熟悉图纸及相关规范要求工作；提前将施工材料运至现场后进行质量检验，确保满足原材料各项指标要求。预先进行喷射混凝土厚度控制的标志设置，其中使用最多的是埋设钢筋头做标志。进行风、水、电等管线路和机具设备等是否运转正常的检查。在进行受喷岩面处理时，一般用高压水冲洗受喷面后，再用高压风吹净岩面，确保混凝土与受喷岩面粘结牢固。对于受喷面为泥、砂质岩面的情况，应将细钢筋网密贴受喷面挂设并锚固，与喷射的混凝土共同作用，以确保混凝土附着力。

3.2 拌和运输

采取具有全自动计量性能的搅拌机进行湿喷混凝土的拌和作业，坚持做到随用随拌。在拌和操作中，须严格按施工配合比进行，在喷射机喂料时加入速凝剂。每盘称量的原材料允许偏差应符合表1规定。

表1 原材料允许偏差

在施工中，须严格做好混合料水灰比控制，对于速凝剂的注入状况要进行经常性检查。喷射混凝土拌合物的停放时间应控制在30 min以内。采用运输罐车将拌合物运至施工现场。在运输途中，要采取有效措施确保混合料质量，防止混凝土出现离析、水泥浆流失等。在进行混合料喷射过程中，为实现不间断湿喷，要专人组织进行运料车的运力调度。

3.3 混凝土喷射

在隧道开挖后须及时进行湿喷作业。

在混合料喷射作业时，喷射顺序应自下而上进行，依据分段、分片、分层的原则连续作业，要求将分段长度控制在6 m以内。对于低洼部位应先大致喷平。喷锚施工顺序见图4。

进行分段喷射作业时，应在上次喷射的混凝土上预留一定宽度的斜面。一般将预留的斜面宽度控制在200 mm～300 mm，在斜面上喷射混凝土须使用压力水预先进行润湿。进行分片喷射作业时，应先进行钢架与壁间混凝土的喷射，再进行钢架间混凝土的喷射。边墙混凝土的喷射应从墙脚开始向上喷射。

进行分层喷射作业时，待前层喷射的混凝土终凝后方可进行后层的喷射。每层喷射厚度须均匀，一般边墙部位按每层7 cm～10 cm进行控制，拱部按5 cm～6 cm进行控制。对于进行顶部混凝土喷射时，两次的间隔时间应控制在2 h～4 h。

在喷射作业中，为保证混凝土压实度，须合理进行风压控制，及时根据喷嘴出料情况进行风压调整。一般边墙风压控制在0.3 MPa～0.5 MPa，拱部风压控制在0.4 MPa～0.65 MPa。

在喷射作业过程中，为确保混凝土喷射质量，获得最大压实和最小回弹，一般将喷嘴与受喷面间的距离控制在1.5 m～2.0 m，喷射角度尽可能接近90°，不得小于70°。

3.4 养护

当混凝土喷射终凝2 h后，进入洒水养生期。当气温低于5 ℃时，不得进行洒水养护。湿喷混凝土养生期应不少于14 d。

在混凝土养生期结束后，其表面应密实平整，无裂缝。

4 质量控制要点

在施工中，为确保施工质量，应从以下方面采取措施，做好质量控制：

1)混凝土配合比通过试验合理确定。一般应符合下列规定：胶骨比1∶4～1∶5，水胶比0.40～0.50，砂率50%～60%，胶凝材料用量不小于400 kg/m3。坍落度按8 cm～13 cm进行控制，确保其具有良好的流动性。

2)在混凝土拌制前，应进行砂、石含水率测定，并进行材料用量调整及施工配合比微调。

3)在喷射过程中，应及时进行混凝土回弹率和实际配合比检查。侧壁回弹率不应大于15%，拱部为25%。

4)严格按预埋的厚度控制标志进行混凝土厚度控制。

5)喷射作业结束后，用锤敲击进行混凝土与岩面粘结情况检查，同时测量其平整度和断面。应及时凿除发现的空鼓、脱壳等，将凿面湿润后及时进行复喷。

6)为确保混凝土喷射质量，要求施工现场气温和混合料进入喷射机的温度不得低于5 ℃。在冬期施工时，湿喷作业不得在结冰层面上进行，洞口作业须采取必要的防冻保暖措施。混凝土强度未达到6 MPa前，不得受冻。

7)按设计要求及时进行喷射混凝土的厚度和表面平整度检查，要求喷射的混凝土平均厚度大于设计厚度，检查点位的最小厚度应达到设计厚度的2/3以上，允许的表面平整度偏差应控制在100 mm以内。

参考文献：

[1] 徐友刚.浅议隧道湿喷机械手施工要点[J].工业C，2015(3):6.

[2] 汪 蒙.混凝土机械手湿喷技术在长大隧道中的应用研究[J].工程技术(全文版)，2017(2):67-68.