浅析水工引水隧洞喷射混凝土的质量控制

孙晓亮

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030000）

1 工程概况

混凝土喷射支护的类型，应根据施工围岩类别和洞室尺寸来选择。根据某引水隧洞工程施工实践，分析隧洞喷射混凝土施工工艺的质量控制。该隧洞洞室开挖断面4 m×5 m，围岩结构分别为III类、IV类、V类围岩，一次支护紧跟开挖面进行。围岩类别不同，采用的支护方式也不同，V类围岩采用钢拱架支护，结合全断面挂网，顶拱布设系统锚杆，喷射C20混凝土厚度12 cm；IV类围岩采用全断面喷射C20混凝土，厚度10 cm，局部破碎地带采用V类围岩支护方式；III类围岩采用全断面喷射C20混凝土，厚度8 cm。

2 喷射混凝土施工工艺

喷射混凝土是将砂石骨料、水泥、水、外加剂等进行拌合，采用压缩气体作为喷射动力，通过喷射机及管道，将混凝土喷射到岩层表面，形成高强度的支护混凝土。喷射混凝土起强后，在隧洞支护中起到支撑、填平、补强围岩，阻止围岩松动的作用，并通过喷层把外力传给锚杆、钢拱架等，使支护结构的受力均匀分配。喷射混凝土的优点如下：

一是工序简单，应用较普遍。在施工中，喷射混凝土有的需要单面模板，有的甚至不需要模板，提高了施工效率及经济效益。灵活性高，可通过软管，在隧洞或极其狭窄的工作面向各方位喷射作业，减小了安全隐患，保证了施工安全。

二是质量保证，具有好的耐久性和强度。喷射混凝土一般使用比较小的水灰比，在砂石骨料及水泥拌合时掺入指定外加剂，利用喷射时水泥和骨料的反复撞击使混凝土密实。喷射过程中回弹少、粉尘少，对作业人员身体危害轻。

3 喷射混凝土质量控制

3.1 原材料质量要求

（1）水泥：满足设计所需要的强度、保水性好、凝结硬化快等要求。首选普通硅酸盐水泥，也可选用矿渣硅酸盐水泥，标号不得低于42.5，围岩破碎不稳时应选用早强水泥。存放时严禁受潮、结块，严禁把不同厂家、标号、规格的水泥混合使用。

（2）砂石骨料：混凝土的强度，取决于骨料的强度及水泥浆与骨料的粘结强度，表面越粗糙，粘结强度就越高，因此一般选用碎石骨料。一定范围内骨料粒径越小，分布越均匀，混凝土强度越高。为保证施工混凝土强度及管道通畅，减少回弹量及作业粉尘，粗骨料应选取小于15 mm，细骨料应使用中、粗砂，含水控制在6%左右，细度模数大于2.5。

（3）水：水质应符合《水工混凝土施工规范》（SL 677-2014）中拌合用水的有关标准。严禁使用污水、pH小于4的酸性水和硫酸盐含量超1%的水。

（4）外加剂：为了最大限度地降低回弹率和粉尘率，保证喷射混凝土早凝早强，需使用符合质量要求并经试验室检验合格的速凝剂，应有厂家的质量证明书，按国家和行业标准进行试验鉴定，初凝时间不应超过5 min，终凝时间不应超过10 min。

3.2 隧洞喷射混凝土施工工艺相关参数控制

3.2.1 施工准备

为保证隧洞施工安全，一次支护紧跟开挖工作面进行。先对掌子面附近进行初喷，以便于封闭裂隙，然后在主喷区按设计厚度分层喷射；再次喷射时，需在第一次喷射的混凝土终凝后进行。喷射混凝土作业前，应先做好作业面的检查和清理，包括清除松动岩块和杂物，安设工作平台及喷射混凝土厚度的标志，对风、水、电线线路检查和试运行。严重漏水、渗水地段，喷射作业之前，应先做好排水、治水工作。

3.2.2 混凝土拌合

拌合前，首先要检查设备能否正常运行，各种计量器具是否完好，配套设施是否准备完善，否则不予进行开机搅拌。各种原材料均按质量计量，砂石料允许的偏差值为±3%，水泥和外加剂允许偏差值为±2%。采用强制式搅拌机拌合，时间不小于1 min，采用自落式或滚筒式搅拌机，拌合时间不小于2 min，混合料应随伴随用。运输、存放过程中，应防雨防尘。

3.2.3 混凝土喷射作业

施工时，喷射机及喷射手操作是个重要环节，混凝土的厚度、均匀性、密实程度以及回弹等，都与正确的操作技术密不可分。

根据喷射机的输送距离，将喷射机安设于受喷面附近，喷射机正常运转后，先注水送风，保证机筒和管路通畅，同时对受喷面进行清洗。混凝土运送至洞内喷射机旁，根据作业面和已喷射的混凝土情况，调整水量，保证混凝土易粘着、回弹少，表面有湿润的光泽度。施工时喷嘴略向下倾斜10°左右，使喷头与受喷面垂直，并保持0.6～1.0 m的距离，喷嘴附近压力约0.1 MPa，供水压力约0.2 MPa，使水均匀地与混合料混合后，喷射在较厚的混凝土顶端，避免粗骨料直接与岩面接触，减少回弹量。

喷射应采用分段、分片依次进行，喷射顺序自下而上。对于岩面不平整部位，先凹后凸进行找平。喷射必须分层进行，一次厚度约5 cm，后一层应在前一层终凝后进行。若终凝1 h后再喷射，需重新清理受喷面，将乳膜、浮尘及杂物等冲洗干净，再进行后一层喷射。喷射混凝土表面应平整，误差应控制在10 cm以内，喷射过程中还应控制好回弹率，边墙不应大于15%，顶拱不应大于25%。

喷射时必须保证供料的连续性，保持工作风压稳定，因故中断或完成喷射后，应将喷射机和管路内的积料清理干净。为避免水泥产生预先水化反应，拌合料应在30 min内用完。

3.2.4 混凝土养护

养护是保证喷射混凝土质量的重要环节，必须按照规范要求进行养护，加强质量管理，强化质量意识，保证喷射混凝土在隧洞一次支护时发挥重要作用。

在不破坏内部结构及粘结基层的前提下，当喷射的混凝土初凝后，及时进行刮抹修平。终凝2 h后，应喷水养护，14 d内保持湿润，以防干裂影响衬砌体的质量。当气温低于-5℃时，不得喷水养护。

3.2.5 质量检查

喷射混凝土的质量评价，要检查28 d龄期抗压强度，须在施工时采取喷大板（450 mm×350 mm×200 mm）的取样方法进行；有特殊要求时，应采用现场取芯（金刚石钻头钻机钻取3块，并切割成高度与直径相同的试块）的方法进行。每种材料或每一配合比，喷1 000 m2取样一组，不足1 000 m2的单项工程取样一组；取样位置应包括具有代表性的侧墙和顶拱。喷层厚度，应采用针探或钻孔方法检查，每隔20～50 m检查一个断面，每个断面测点不少于5点，顶拱不少于3点。

4 结语

喷射混凝土在水利工程引水隧洞施工中的应用非常广泛，质量直接影响着支护体的耐久性及后期的开挖等情况。因此，喷射混凝土质量必须严格按照规范及质量控制系统的要求，通过各种组织、技术措施强化质量管理意识，保证喷射混凝土在隧洞支护中发挥作用。