前坪水库输水洞喷射混凝土回弹量控制措施

胡玲玲，宋 歌，张 添，陈礼强，于修胜

（河南省水利第二工程局，450016，郑州）

在水利工程隧洞施工中，因岩石稳定性差， 局部可能存在塌落现象，因此采用钢筋网片加系统锚杆，再喷射混凝土来进行一期支护。 由于喷射混凝土回弹量难以控制，造成喷护周期较长、材料浪费较多，导致施工成本增加。 前坪水库输水洞洞身首段（0+019～0+130）、 尾 部及 断 层 f43、f120、f121、f41、f35 的断层破碎带位置岩体强度较低，隧洞开挖后与裂隙组合成不稳定楔形体，稳定性差，围岩类别为Ⅳ类，以上部位可能产生塑性变形，因此需采用喷射混凝土、系统锚杆加钢筋网进行支护。 为防控喷射混凝土回弹量过大，本文就喷射混凝土回弹量过大产生的末端因素及前坪水库输水洞洞身段施工中的控制技术措施进行充分的现场调查和分析，取得了良好的防控效果，也为后续施工中避免类似问题发生、加快施工进度、节约成本提供技术支持。

一、工程概述

前坪水库位于淮河流域沙颍河支流北汝河上游、河南省洛阳市汝阳县县城以西9 km 的前坪村， 水库开发任务以防洪为主，结合灌溉、供水，兼顾发电效益， 水库总库容5.84 亿m3，控制流域面积 1 325 km2。 其输水洞枢纽布置在主坝右侧，包括进水引渠段、进水塔段、洞身段、压力钢管段、电站锥阀段、尾水池段、退水闸灌溉闸段、尾水渠等部分。 进口洞底高程为361.0 m，进水塔采用分层取水型式，洞身段长约256.0 m，采用有压圆形隧洞。 主要工程量为：土石方开挖约 20.5 万 m3， 土石方回填约 4.7 万m3， 混凝土约 3.6 万 m3， 钢筋约 0.24万 t，喷射混凝土约 0.12 万 m3，锚杆约0.14 万根。

喷射混凝土回弹量过大一直是整个隧洞施工领域的难题。 在前坪水库输水洞施工中，洞身段全断面均应进行喷射混凝土支护，为了达到减少混凝土喷射回弹量的目的，防患于未然，采用头脑风暴法，通过“人、机、料、法、环”五个方面进行了分析和调查： 一是以提高施工人员思想认识、加强技术培训为主要管理措施，采取奖罚措施、 质量培训和技术交底；二是以爆破开挖、分层厚度、原材料质量为控制核心，采取控制爆破开挖平整度、 控制喷射混凝土喷层厚度、控制喷射风压、控制原材料、测定拌和物凝结时间等措施。

二、喷射混凝土回弹率过大成因分析

利用头脑风暴法对影响喷射混凝土回弹率过大的原因展开认真分析，并绘制鱼骨图（见图 1）。 经过对“人、机、料、法、环”等末端因素逐条调查、分析，得到前坪水库输水洞洞身施工过程中造成混凝土喷射回弹率过大的原因如下：

图1 影响洞室喷射混凝土回弹率控制因素分析

1.施工人员质量意识淡薄

经现场多次巡查发现，在喷射混凝土前，岩面存在的浮尘、岩屑等杂物没有采用高压风吹净后再进行喷射作业；为了省时，将10 cm 喷射混凝土层一次成型；为了省力，随意改变喷射距离和角度。 许多施工人员缺乏质量意识，这些人为因素，都会导致回弹量增大。

2.分层喷护厚度不合理

经现场检查发现，爆破后开挖面半孔率仅为41.2%， 超欠挖平均值达到15.6 cm， 平整度平均值达到 9.5 cm，严重超出规范要求。 局部超挖部位，单层喷射混凝土过厚，喷射速度较慢， 两层混凝土间隔时间较长，已喷射完层的上层混凝土已初凝，下层混凝土无法与上层混凝土有效接合，导致回弹率较大； 局部欠挖部位，单层喷射混凝土过薄，两层混凝土间隔时间较短，已喷射完层的上层混凝土还未开始初凝，受到风压、水压冲刷掉落，导致回弹率较大。

3.控制喷射风压

经现场调查发现， 喷射混凝土时，喷护工人没有对风压进行严格控制，风压基本在0.2～0.8 MPa，造成喷射混凝土不均匀。 如果风压太大，喷射速率太快，能量太大，回弹量增大；风压过小, 喷射压力有限， 混凝土的强度无法达标，容易成块脱落。

4.拌和物温度较低

喷射混凝土环境温度容许5～35℃，拌和物温度容许10～30 ℃。经多次测量洞室环境温度基本稳定在6～11℃，满足施工需求；由于冬季施工，夜间混凝土拌和物温度为 5～7 ℃，不符合拌和物容许温度， 掺有速凝剂的拌和物凝结时间加长， 导致回弹量加大。

5.粗骨料粒径不达标

根据规范要求，粗骨料粒径超径不大于5%，逊径不大于10%。 多次对粗骨料进行超逊径检测，粗骨料粒径超径在7%～11%之间，逊径在3%～5%之间。因此粗骨料粒径较大导致回弹量加大。

三、控制回弹量管理措施

1.明确目标，采取奖罚机制

对喷射混凝土作业班组开展劳动竞赛, 给作业班组下达切实可行的目标任务，采取多奖少罚的措施激励施工人员。 作业人员、班组长、质检人员要严格执行 “三检制”， 严把质量关。 对施工质量好的施工人员，给予一定奖励； 对施工质量差的施工人员， 连同班组长同时处以一定罚款；这种奖罚机制的建立，让施工人员提高了认识，也有了奋斗目标。 对班组长只罚不奖的办法，是让班组长不能仅以进度为中心， 还要增强质量意识，起到表率作用。

2.加强质量培训，下达作业指导书

由项目部建立学习交流及培训机制，对施工的各工种操作人员进行培训考核，利用业余时间学习相关规范和标准，对施工队要不断提供技术指导与帮助，加强交流，对施工中出现的问题要及时反馈并汇报改进情况。 具体需要改进的方面有：物资管理人员和试验员对原材料质量的控制、工艺参数的选择、施工操作的规范化及熟练程度等；由工程部、质检部、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。

四、控制回弹量技术措施

1.严格控制爆破开挖平整度

爆破后对开挖面进行观察， 将周边光爆孔间距由70 cm 调整为50 cm，严格控制钻孔方向，专人负责检查并进行技术指导；调整装药结构，采用不连续装药， 且相邻爆破孔装药位置应错开，对装药炮孔进行堵塞取值0.5 m；严格雷管的安装程序，按照炮孔起爆雷管分段布置进行雷管安装，并针对雷管安装向炮工进行详细的讲解，着重强调周边光爆孔必须采用相同段别的雷管，并对雷管安装进行监督。

加强人员管理，对钻机手进行岗上再教育，要求其树立责任心及质量意识，并将技术交底内容以书面形式下发给作业班组，叮嘱作业人员一定要按照技术交底进行装药和封堵，为提高爆破质量奠定基础。

通过以上方法，爆破后半孔率达到86.6%，比之前提高41.2%；超欠挖平均值达到6.0 cm， 较之前减少15.6 cm；平整度平均值达到5.5 cm，较之前减少9.5 cm；成功控制了洞室超挖、欠挖情况，提高了喷护质量。

2.控制喷射风压

在洞身0+325.5～导 0+316.7 经隐蔽验收后的基础面上，现场做风压工艺试验。 试验采用比选法， 划分为3个试验区， 每个试验区面积选定4 m2，喷射厚度选取5 cm，风压选取0.3 MPa、0.5 MPa、0.7 MPa 三种， 通过变化风压，记录回弹量。

根据喷层混凝土厚度平均值、试验区面积，计算出每一个试验区喷射混凝土方量为 0.477 m3；C25 喷射混凝土表观密度为2 385 kg/m3， 计算出0.477m3混凝土重量为1138kg。

当风压为0.3 MPa、 一次喷层厚度5 cm 时， 通过对回弹量进行称量结果为259 kg，回弹率22.8%；当风压为0.5 MPa、一次喷层厚度5 cm 时，通过对回弹量进行称量结果为146 kg， 回弹率12.8%；当风压为0.7 MPa、一次喷层厚度5 cm， 通过对回弹量进行称量结果为 245 kg，回弹率 21.5%。 因此，风压控制在0.5 MPa 为最佳分压，能降低喷射混凝土回弹量。

3.控制拌和物凝结时间

喷射混凝土分层喷射施工方法决定了拌和物凝结时间必须满足施工工艺要求。 《岩土锚固和喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50085—2015）要求：掺加正常用量的速凝剂的水泥净浆初凝时间不大于3 min，终凝时间不大于12 min，非冬季施工时均能满足规范要求。 冬季施工时，夜间混凝土拌和物温度为5～7℃，拌和物温度过低，速凝剂无法快速起到早强的作用，导致拌和物凝结时间加长，回弹量加大。 如果增加速凝剂将会大大降低混凝土后期强度，同时也增加成本。 因此在冬季施工时，采取加热拌和用水的方法提升拌和物温度，保证混凝土凝结时间满足规范要求，进一步减少喷射混凝土回弹量。

4.控制原材料质量

近年由于环保的高压态势，很多砂石骨料生产厂家停产、限产，产能满足不了施工生产的需要。 许多施工单位迫于施工进度的压力，降低了收货质量标准。 砂石含泥量超标严重，超逊径超标严重，造成施工过程喷射混凝土回弹量偏大。 这就要求物资部门和检测单位对工作认真负责，把好质量关。 根据规范和经验总结，河砂作为添加剂搅拌的混凝土有较强的黏合性， 同时应当管控砂的颗粒级配，尽可能选用中粗砂，有助于减少回弹量。 米石应选用机制破碎石，与卵碎石比较，机制石块和砂浆的黏合度更高。 另外，还应严格控制米石的超径含量，因为15 mm 以上的石块进到喷浆机中较易堵住喷浆管，并且容易和砂浆分开， 较难喷射到指定位置，导致回弹性较大，因此应严格控制原材料质量，才能控制回弹量。

五、结 语

喷射混凝土回弹量在隧洞施工和坡面防护施工中非常普遍， 要想从根本上彻底解决这一难题， 目前的施工技术、材料和设备可能还达不到，但这并不意味着回弹量不可控。 只要分析出施工过程中的各个环节， 结合工程特点，从多方面因素进行综合分析、论证，在结构设计、材料选择、喷射厚度等方面遵循科学标准和方法， 就能在很大程度上防控回弹量的产生。