隧道工程喷射混凝土质量控制

孙永旺 董巍

摘 要：文章结合大连至旅顺中部通道工程第五标段隧道施工实践，介绍了隧道初期支护喷射混凝土施工工艺，并对施工过程中的材料控制措施和施工控制措施进行了分析，对施工时遇到的一些质量问题提出了应对措施，保证了隧道工程喷射混凝土施工质量，取得了良好的施工效果，值得类似工程借鉴和参考。

关键词：喷射混凝土 外加剂 质量控制

1.隧道概况

大连至旅顺中部通道工程5号隧道工程在施工过程中，设计使用分幅式路基从山体穿越，南线隧道和北线隧道设计线路平面距离为25.6～45.3m，隧道总长度为761m，东侧洞口的纵坡为1.6%，西洞口0.85%，最大埋深为138.0m；北线隧道的总施工长度为790m，东洞口的纵坡为1.6%，西洞口0.85%，最大埋深138.0m。

本工程场地内主要分布第四系坡积含碎石粉质粘土，中、薄层石英岩夹板岩、薄层状板岩夹石英岩。强风化石英岩夹板岩手可折断，遇水易崩解；中风化石英岩夹板岩节理裂隙发育～较发育，岩体破裂～较完整，所夹板岩厚度变化较大，且分布无规律。本标段地层内不存在构造断裂带。

地表水主要为大气降水。本场地内地下水不发育，属潜水，主要赋存与基岩裂隙中，主要补给来源为大气降水。

2.隧道喷射混凝土质量问题

（1）在进行混凝土喷射施工时，混凝土材料中用到的胶凝材料比较多，含砂率较高，并且会加入一定的速凝剂，导致混凝土的收缩变形值相对来说比较高。

（2）隧道施工时设计的配比不合理，进场原材料不符合要求；喷射混凝土与围岩粘结不良；松动危石未清除或清理不彻底；混凝土养生不及时或时间不足；受开挖作业冲击和震动的影响；混凝土厚度不符合要求等。

3.隧道喷射混凝土质量控制

3.1喷射混凝土原材料的选择与控制

为确保喷射混凝土施工的质量，首先要确保进场原材料的质量与正确使用。

（1）水泥：施工过程中可以使用普通硅酸盐水泥，由于水泥中C3S和C3A的含量比较大，凝结速度相对来说也更快。并且使用普通硅酸盐水泥和速凝剂的相容性更佳。水泥的强度等级最好选用42.5MPa。

（2）集料：要選择耐久、坚硬的碎石或卵石作为粗集料，要求粗集料中泥块的含量要控制在0.5%内，含泥量要控制在1%内。为了防止颗粒直径过大出现堵塞管路的情况，颗粒直径要控制在16mm以内。使用耐久、坚硬的粗砂或中砂作为细集料，细度模数要保持在2.5～3.0以内。泥块的含量要控制在1%内，含泥量要控制在3%内，如果选用的速凝剂中含有碱，那么在使用集料之前需要通过试验分析碱的活性，保证混凝土不会出现碱-硅酸的反应危害。

（3）外加剂：在进行隧道喷射混凝土施工时，减水剂可以在一定程度上提升混凝土强度，并使混凝土具有良好的工作性能。速凝剂可以在短时间内提升混凝土的强度，并降低粉尘量和回弹梁，避免因重力因素导致混凝土出现剥落的情况，并且可以使喷射混凝土施工时间缩短。

（4）水：拌合用水要清洁，不能含有影响喷射混凝土性能的杂质。

原材料的选择情况见表1。

3.2喷射混凝土配合比的选用与控制

在设计喷射混凝土的配合比是，出了要求达到设计值外，还要求混凝土具有较低的回弹梁和良好的工作性能。本工程在进行设计时，严格按照现场的实际情况以及《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》中的相关要求来对水胶比、水泥使用梁、砂率、坍落度等设计参数。

（1）水泥用量：根据经验要求，水泥的使用量要保持在400～450kg/ m3，如果水泥的使用量过少，那么会导致回弹梁过大，导致混凝土初期的强度增长速度过慢，如果使用的水泥量过多，会降低喷射混凝土的回弹量，增强混凝土强度。但是如果水泥的使用量过大，还会造成施工成本变大，在施工时产生比较多的粉尘，并且混凝土出现应用时会导致收缩梁增大，所以，可以适量掺入矿粉、粉煤灰等掺合料。除了可以使成本得到降低 ，并且还可以使用混凝土的回弹梁和收缩裂缝降低，进而提升盆和混凝土的致密性和强度。

（2）砂率：通过试验分析，综合考虑喷射混凝土的力学性能和工作性能，需要将砂率保持在50%～60%之间。如果设计的砂率过小或者过大都很容易造成管道堵塞。当含砂率过大时，会降低粗集料的含量，喷射过程中会影响混凝土冲击振捣力，影响混凝土的密实度，降低混凝土的强度。当砂率含量过小时，喷射混凝土的回弹量会增加，并增强了混凝土的强度离散性。本工程用不同砂率比较混凝土状态得到数据见表2。

（3）坍落度：为保证喷射混凝土的工作性，其坍落度宜控制在90～130mm。

本工程最终选定C25喷射混凝土的配合比为：水泥﹕粉煤灰﹕细集料﹕粗集料﹕减水剂﹕速凝剂﹕水=1﹕0.25﹕2.65﹕2.45﹕0.011﹕0.038﹕0.51；其3d和28d强度分别是15.8MPa和34.2MPa。

3.3喷射混凝土施过程控制

本工程喷射混凝土均采用湿喷工艺，施工工艺流程具体如下：前期准备→洞室岩石表面清理→搅拌站布置→砂、石、水泥、水→拌合→装运喷料→加外加剂→砼喷射机→现场湿喷→综合检查→结束。

喷射混凝土在施工前应做好前期准备工作，在施工过程中更应控制好风压、喷射角度、喷射距离、喷射方法和喷射厚度等参数。经过对5号隧道喷射混凝土现场试验得到以下注意事项：

（1）在混凝土喷射施工之前，需要对危石进行处理，并使用高压风或高压水将受喷面的浮渣清除干净。

（2）在进行喷射作业时，要求风源位置工作风压保持在0.4～0.55Mpa。在拱部施工时可适当提高工作风压至0.5～0.6MPa。

（3）混凝土喷射作业的过程中，喷射的距离和角度会对混凝土的施工质量造成比较大的影响，所以在进行混凝土喷射过程中，要尽可能使受喷面和喷嘴之间的角度成90°，在拱架处喷嘴可适当倾斜避免产生空洞。受喷面和喷嘴之间的距离要控制在60～100cm，如果喷射过程中喷射角度不垂直或者喷射距离过大，那么会对混凝土密度和回弹量造成影响。

（4）混凝土喷射施工时，要分块、分部、分段开展，并按照先墙后拱、先慢后快、从下到上的顺序进行连续喷射，通过按照从下到上的顺序进行喷射，可以防止上部松散回弹料喷射过程中对下部未喷射的岩面造成污染，而且下部混凝土喷射完成后会对上部喷射的混凝土起到支撑的作用。在进行喷射作业过程中，要按照螺旋绕圈的轨迹进行喷射，每一圈要压住前面半圈，绕圈的直径控制在 40cm左右，对于出现比较大的凹洼处，则需要先将其喷平。

（5）在进行混凝土喷射作业时，需要按照设计的厚度分层进行喷射，喷射作业之前需要先将需要喷射的混凝土厚度标志设置好，边墙每次的喷射厚度控制在7～10mm，拱部位置每次的喷射厚度控制在5～6mm，如果首次的喷射厚度过薄，那么会影响粗集料黏结的牢固性，并使回弹量增加。如果首次喷射的厚度过厚，则会导致混凝土内部出现比较多的空隙，降低混凝土的结构强度。严重时在自重作用下会导致混凝土下坠而出现大面积剥落的情况。

（6）在进行混凝土喷射时，回弹料要按照废料处理，不能重新将其作为喷射材料。

（7）混凝土喷射作业完成后，需要在终凝两个小时后洒水养护，持续养护时间为7天以上，养护期间要持续保持混凝土表面湿润。

總而言之，混凝土喷射时一种新型的支护结构，凝结成的结构层会在一定程度上对围岩进行保护。在施工过程中，需要严格按照质量要求进行施工操作，保证施工质量可以达到要求，从而使混凝土隧道支护体系的作用可以充分发挥出来。

参考文献：

[1]GB 50086-2015.岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，2016.

[2]JTG/T F60-2009.公路隧道施工技术细则[S].北京：人民交通出版社，2009.