隧道初支喷射混凝土超耗原因分析及降耗措施研究

摘  要：目前隧道初支混凝土施工普遍采用喷射混凝土方法，研究表明喷射混凝土超耗对隧道施工成本影响巨大，因此隧道工程喷射混凝土超方量控制是每个隧道施工企业都会面临的重要难题。本文依托桂林至柳城高速公路段在建隧道施工工程，研究隧道工程初支施工中影响喷射混凝土损耗的主要因素，并结合相关试验提出具体降耗措施。以期为工程应用提供参考。

关键词：隧道;喷射混凝土;超耗;配合比;周边眼

中图分类号：U455.7 文献标识码：A  文章编号：2096-6903（2020）03-0000-00

1 工程概况

桂林至柳城高速公路既是“纵5”桂林经柳州至南宁第二通道的重要组成部分，也是“横2支线”桂林至河池高速公路的重要组成部分。本项目采用双向四车道高速公路技术标准建设，设计速度100 Km/h。隧道设计为高速公路双向四车道分离式隧道。其中永福屯隧道全长5643.5m。

2 现状调查

目前，从隧道已施工段情况来看，初支超耗情况严重，永福屯隧道出口右线K66+399.1-K66+341.3超耗率达在64.84%，隧道超耗控制刻不容缓。

3 因素分析

隧道喷射砼超耗主要是由隧道洞身超挖、喷射砼回弹率偏高两方面造成。具体原因如下：

3.1 喷射砼回弹量超标的原因分析

通过对试验室、拌合站以及现场喷砼作业过程进行监督，发现以下导致弹量超标的原因：

（1）由于原材料不合格，砂的细度模数偏高、含泥量偏高，粗集料的级配、压碎值等指标超标，导致回弹量偏高。

（2）施工工艺及技术水平有待提高，现场操作人员不固定，技术水平参差不齐。现场施工过程中喷射角度、距离控制不准，随意调整。

（3）喷射设备的水压、风压及速凝剂添加量无仪器监控，无法实现精准控制。

（4）试验室未根据隧道洞身实际水文地质情况及时调整配合比，导致设计配合比在实际施工中应用效果不佳。

3.2 隧道洞身超挖原因分析

每循环开挖完成后由测量组对开挖轮廓线进行扫描发现，隧道开挖轮廓线比设计轮廓线普遍超出30cm～50cm，超挖现象极为严重。经过现场考察和讨论分析得出以下导致隧道洞身超挖的原因：

（1）开挖预沉量控制不严，导致洞身超挖超过设计、规范允许值。

（2）隧道洞身开挖每循环进尺过长，超出规范允许最大值进尺深度。由于周边眼带有一定的外插角，导致洞身径向超挖过大。

（3）隧道洞身开挖时周边眼的角度、间距、深度、线装药密度及药卷直径未严格把控，缺乏自检，造成洞身光面爆破效果不佳。

4 拟采取的降耗措施

4.1 针对喷射砼回弹量超标拟采取的降耗措施

（1）由物资部联合实验室规范物质材料采购品质及进场验收流程，严禁使用不合格材料。

（2）严格执行技术交底，对隧道司钻人员和喷射混凝土设备操作人员等进行定人定岗，加强岗位培训与技术交底，提高各工种的熟练程度。

（3）根据隧道现有机械进行设备改良。在干喷机上增加计量设备，保证速凝剂的准确添加;在喷嘴处的高压风管上增加压力表，可调整喷射风压;在喷嘴处高压水管上增加压力表，可有效控制加水量。

（4）调研几种速凝剂，通过凝结试验对比，得到每种速凝剂初凝时间、终凝时间，确定出效果最佳速凝剂。通过常规配合比设计及现场试喷调整配合比，最终调配出既能保证强度，又能适应施工的配合比[1]。

4.2 针对隧道洞身超挖拟采取的降耗措施

（1）认真分析监控量测数据，及时把握围岩变形趋势。根据监控量测结果及时调整预沉量值，将预沉量值控制在规范允许的范围内。

（2）隧道每循环进尺过长不但造成洞身超挖，而且容易引起塌方冒顶等生产安全事故，因此应严格按规范要求的单次围岩进尺长度开挖。

（3）掌子面炮孔的设计是一个动态调整和不断优化的过程，通过对每排炮孔进行爆破分析，进行阶段总结和改进，确定出不同级别围岩下的最佳炮孔布置形式、最佳装药量、最佳爆破方式等[2]。

5 施工现场验证

5.1 施工现场针对喷射砼回弹量超标实际情况开展工作

（1）原材料选择方面规范采购品质优良及规范进场验收流程，从源头上保证材料品质。水泥选用硅酸盐水泥;砂选用中硬耐久的中砂或粗砂，细度模数2.3～3.0，含水率宜控制在5%～7%，含泥量不得大于3%;粗集料选用粒径不大于15mm的碎石，压碎值小于30%。

（2）对设备操作人员等进行定人定岗，严格执行技术交底，提高各工种的工作熟练程度。经现场喷射试验得出以下施工技术指标：喷射角度要尽量与喷射面垂直，喷嘴与受喷面的距离控制在0.8～1.2m;有钢拱架或格栅拱架的地段以一榀拱架为一个喷射单元，无钢拱架的地段以宽度1.0～2.0m为一个喷射单元，分层分段分片喷射，先墙后拱，自下而上，横向扫射;拱部喷射厚度每层为5～7cm，墙部喷射厚度每层为7～10cm，每一段初凝后再复喷。

（3）喷射混凝土施工时，工作风压对回弹量的影响显著。通过对喷浆机的微改，在高压风管上增加压力表，能够调整喷射风压，有效控制喷射混凝土回弹量;经现场喷射试验得出当喷嘴与受喷面的距离控制在0.8～1.2m范围内时，喷射风压控制在5.5～6.5MPa时回弹量最低。

（4）喷射混凝土施工时，工作水压对回弹量的影响也很显著。通过对喷浆机的微改，在高压水管上增加压力表，能夠调整喷射水压，有效控制喷射混凝土回弹量;经现场喷射试验得出喷嘴处水压应控制在比输料管风压高0.1～0.2Mpa，且喷射作业区的系统水压应大于0.5Mpa，此时喷射混凝土效果最好。

（5）速凝剂的添加量直接影响着喷射混凝土的凝结时间，对回弹量的影响显著，通过对喷浆机的微改，在喷浆机上增加速凝剂计量设备，保证了速凝剂的准确添加。通过试验室配合比适配及现场喷射试验确定了本隧道选用的速凝剂为江苏苏博特生产的无碱一等品，添加量为5%，此时喷射混凝土的强度及凝结时间等指标符合规范要求，同时回弹量最低。

（6）试验室通过常规配合比设计得出基準配合比，然后通过现场试喷调配出了三组既能保证喷射混凝土强度及凝结时间又能适应施工现场的配合比;具体配合比参数如下：

①水泥：水：砂：石：速凝剂=480：240：806：745：28.8;

②水泥：水：砂：石：速凝剂=452：240：822：759：27.1;

③水泥：水：砂：石：速凝剂=510：240：790：730：30.6;

目前现场采用的施工配合比为第一组，选用的水泥为兴安海螺水泥普通硅酸盐水泥PO42.5水泥。

5.2 施工现场针对隧道洞身超挖实际开展的工作

（1）认真分析监控量测数据，及时把握围岩变形趋势。根据监控量测结果及时调整预沉量值，将预沉量值控制在规范允许的范围内。

（2）对隧道司钻人员进行定人定岗培训、严格执行技术交底，提高各工种的操作熟练程度。并采取以下技术措施：①测量放样及时准确，每次司钻前由测量人员用红漆标好隧道设计开挖轮廓线;②将周边眼位置均收至设计开挖轮廓线以内5～10cm，针对每个周边眼位置进行标注;③根据地质围岩条件及时调整布孔及装药量等爆破技术参数。

（3）隧道每循环进尺过长不但造成洞身超挖，而且容易引起塌方冒顶等生产安全事故。现场严格按照规范要求的单次围岩进尺长度进行开挖。

（4）掌子面炮孔的设计是一个动态调整和不断优化的过程，为了获得不同围岩及地质情况下合理的爆破参数，项目部在永福屯隧道出口右洞处，通过对周边眼数量、间距的调整来分析超欠挖，得出如下结论：目前右洞围岩等级为Ⅳb，局部存在水平层，周边眼数量从44个逐步调整为38个，布眼平均间距从45.7cm逐步调整为53.2cm;在一定范围内，随着周边眼的数量的递减、平均间距的增大，超挖平均值呈递减趋势。超挖面积从6.99m2减小到4.3m2，超挖量呈递减趋势。炮眼数量等于或者超过44个，平均间距小于或等于45.7cm，该类围岩爆破后超挖值发生急剧的增加;炮眼数量介于43个至38个，平均间距介于47.2cm～53.2cm间，该类围岩爆破后超挖值变化不大、基本稳定，介于4.3m2～4.4m2。

6 成果反馈

通过对隧道初支喷射混凝土降耗的研究，找出了喷砼超耗的具体原因，同时也为本项目喷射混凝土超耗控制指明了方向。后期永福屯隧道出口右线K66+341.3～K66+273.3段的喷射混凝土超耗率降为31.71%，喷砼超耗率得到了显著降低，取得了较好的经济效益。

参考文献

[1]任文光，周鹏.隧道初支喷砼超耗原因分析及降耗措施[J].江西建材，2017（13）：171-172.

[2]徐朝峰.长大隧道喷射混凝土超耗分析及控制技术研究[J].居舍，2019（5）：69+170.

收稿日期：2020-02-20

作者简介：刘天浩（1985—），男，湖南长沙人，本科，工程师，研究方向：桥梁隧道施工。