公路隧道初期支护施工中湿喷混凝土技术的应用

龙先林

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550000）

1 工程概况

某公路分离式隧道左线起讫桩号为ZK49+180—ZK50+305，总长约1.125km，右线起讫桩号为K49+180—K50+325，总长约1.145km，双向四车道，限宽10.75m，净高5m。该隧道所在场地地质条件较为复杂且多变，初支施工及其质量控制十分重要。以开挖后揭露的围岩级别为依据，明洞长约65m、Ⅴ级围岩段长约701.691m、Ⅳ级围岩段长约1 063.509m、Ⅲ级围岩段长约439.8m。该隧道衬砌结构按新奥法基本原理设计，初支体系包含以下几部分：对于Ⅳ级和Ⅴ级围岩段，初支包括工字钢拱架、系统锚杆、钢筋网和混凝土喷射；对于Ⅲ级围岩段，初支包括钢筋网、系统锚杆与混凝土喷射。其中，钢拱架由纵向钢筋相连，同时和系统锚杆与钢筋网通过焊接形成一个整体，和隧道围岩紧密相贴，提供稳定可靠的承载结构，采用钢筋混凝土（亦可采用模筑混凝土）作为隧道二次衬砌，以形成完整的承载结构。该隧道支护参数如表1所示。

表1 隧道支护参数

2 湿喷混凝土

2.1 技术优势

相较于干喷混凝土，湿喷混凝土主要具有以下优势：

（1）对混凝土配合比的控制较为容易，根据生产工艺要求生产混凝土后，采用湿喷机直接喷射，此时混凝土配合比依然处在受控的状态，能有效保证喷射施工质量。而干喷时对混凝土质量一般难以控制，而且水灰比存在一定随意性，需要由喷射人员按照个人经验确定和调节，如果人员操作错误，将对混凝土品质造成较大影响[1]。

（2）湿喷混凝土的回弹率较低，只有15%左右，而干喷混凝土的回弹率可以达到35%～45%，这样不仅能减少资源浪费，有利于成本控制，而且还能保持环境洁净[2]。

（3）湿喷时粉尘浓度较低，不会给正常施工造成过大影响。

（4）干喷施工的生产率通常在5m3/h以内，而湿喷时的生产率最高可以达到15～18m3/h。

（5）设备与材料的磨损相对较小。虽然干喷机的结构比较简单，且体积较小，便于清洗，但其结合板容易产生磨损；而湿喷机虽然结构相对复杂，且需要采用动力设备驱动与牵引，但结合板不容易磨损[3]。

2.2 施工工艺

2.2.1 施工准备

借助检测仪对隧道的开挖断面进行检查，确认是否和相关规范与设计提出的要求相符，当检查发现欠挖现象时，应予以断面处理；当检查发现超挖现象时，应先设置钢筋网片，然后将松动的岩石清理干净。经检查确认合格后，对湿喷机进行检查，确定其各项工作参数是否正常。在现场做好喷射厚度的控制标志，若发现渗水比较严重的段落，应做好该段落的防水与排水，并对工作平台进行严格的检查，确认是否稳固，以免由于工作平台失稳发生事故。

2.2.2 混凝土搅拌

对混凝土拌制时使用的各类原材料进行严格的质量检测，确定能否达到相关规定提出的要求；以骨料的含水率和砂细度模数为依据，并结合现场实际情况对混凝土的施工配合比进行适当调整；然后严格按照施工配合比生产混凝土，使混凝土有良好的坍落度与和易性；最后使用搅拌运输车将拌制完成的混凝土运输到施工现场[4]。

2.2.3 混凝土喷射

混凝土喷射开始前，应先由现场管理人员对湿喷机进行全面检查，然后严格按照先送风、再给料、最后喷射的顺序进行操作。其中，送风时，风压按照0.3～0.5MPa的范围严格控制；送料时应注意先添加混凝土，然后再将速凝剂的计量泵开启；在喷射混凝土的过程中，应做好喷嘴和岩面之间距离与角度的控制及调整。一般先喷射边墙混凝土，再喷射拱墙，必要时可分段和分块喷射。在喷射过程中，应密切注意喷嘴部位混凝土产生的变化，若发现此处混凝土未能达到均匀或发生堵管等问题，则立即通知操作人员暂时停止喷射，并查找原因，尽快处理；故障排查时应注意，湿喷机的喷嘴不能对准人，以免管中残留混凝土突然喷出伤人[5]。

2.3 质量控制

湿喷施工时使用的混凝土，其配合比设计和工作性优化在质量控制中至关重要，对原材料质量予以严格控制是保证湿喷质量的关键。为保证料流质量，管道中混凝土不可发生离析，且喷嘴位置的混凝土不能跌浆，保证出浆的均匀性，使水泥浆完全包裹住砂石料，以确保拌和料表现出良好工作性。

在混凝土强度不断增长过程中，为防止表面蒸发或其他方面原因导致水分损失，确保混凝土的水化可以充分进行，使混凝土各项技术指标都能达到要求，并避免因干燥而出现裂缝，应高度重视并做好混凝土养护[6]。

湿喷时，需要以实际的出料情况为依据对风量进行调整，使风压保持在0.3～0.6MPa范围内；并对喷枪和喷射面之间的距离予以严格控制，一般情况下，需将喷枪和喷射面之间的距离控制在1.0～1.5m范围内，同时喷枪还应和喷射面之间达到垂直，以小圆或椭圆形进行连续且平稳的喷射，以尽可能减小混凝土回弹，保证喷射完成后混凝土的密实性。

2.4 指标控制

混凝土喷层技术指标包括强度、厚度、密实度和平整度，在实际施工中应采取有效措施加以控制，以保证混凝土喷层施工质量。

2.4.1 强度控制

（1）禁止使用干喷方法，干喷不仅无法对混凝土水灰比与速凝剂掺量进行控制，还很难保证混凝土实际强度，有很大离散性，因此应优先考虑湿喷法，引入先进湿喷设备，保证喷射后支护结构整体强度。

（2）加强原材料质量控制，做好集料含泥量检测、砂细度模量检测，以及水泥和速凝剂等技术指标检测，检测结果不符合要求时，不可在施工中使用。

（3）保证混凝土工作性。坍落度与和易性等都会给混凝土及其喷射后的强度造成很大影响，若混凝土的工作性较差，则会使强度出现很大离散性。

（4）加强作业过程管理。将混凝土喷射完成后，其强度和支护施工质量之间密切相关，在实际的喷射施工中，如果未冲洗岩面，将严重影响混凝土和围岩表面附着强度，而且包含喷射面夹角与距离等在内的各项参数也会给喷射后强度造成影响，应完善相应的质保体系，确保其理想作用效果的发挥。

（5）提高养护管理力度。为防止喷射完成的混凝土表面的水分蒸发，确保水化作用充分完成，避免因干燥而开裂，需切实做好养护工作。具体的养护方法为在隧道的高压水管上按照20m的间隔距离设置阀门，与水管相连用于洒水养护，在混凝土达到终凝2h后开始进行洒水养护。在水管无法到达的部位，可借助高压水泵来养护，每天的洒水次数一般为3～4次，如果外界气温相对较高，则需适当增加每天的洒水次数，以确保混凝土表面保持湿润为准。另外，养护过程中使用的水应保持洁净，以免对混凝土造成污染，当气温在5℃以下时，禁止进行洒水或喷水养护。

2.4.2 厚度控制

若喷射厚度未能满足设计要求，则可能导致混凝土喷射层产生裂缝或剥落，严重时将给工程安全造成很大影响。对混凝土喷射层厚度有影响的因素包括：

（1）爆破效果，当爆破效果较差时，断面轮廓线不能达到圆顺，使超挖部位喷层厚度较大，而欠挖部位喷层厚度较小。

（2）回弹率，当混凝土喷射过程中回弹率相对较大时，会使局部喷层的厚度无法达到要求，这一现象在拱部较为常见。

（3）施工管理，若施工管理不严格，如未设置标桩等对喷层厚度进行控制，则会使喷层厚度较小。因此施工中应严格按照设计要求进行标桩的设置，以严格控制喷层施工厚度，满足设计提出的要求。

（4）喷射参数，如喷射风压、喷头和受喷面之间的距离、喷射面角度与混凝土粒径等，这些除了会对喷射后喷层强度造成影响，还会影响到喷层厚度。

（5）喷层厚度检测为喷层施工质量控制重要环节之一，需按照标准提出的频率，采取合理有效的方法进行检测，进而为施工过程中和控制工作提供参考依据，在条件允许的情况下，可借助地质雷达实施高频次检测。

2.4.3 密实度控制

隧道初支背部和围岩之间往往存在空洞，导致初支难以和围岩一同发挥作用，使围岩松弛，导致支护结构出现一定弯曲应力，对支护结构造成一定损坏，减小承载力，影响隧道正常使用。如果施工中开挖工作面的超欠挖现象较为严重，则也会导致密实度较差等问题。另外，在实际施工与控制过程中，应注意以下几点：

（1）当隧道围岩发生明显变形时，应立即对围岩支护参数进行调整。

（2）在喷射作业开始前应将受喷面上存在的粉尘和杂物清理干净，对有涌水的部位应加强排水，如果受喷面有很强的吸水性，则需要在喷射混凝土前进行洒水，以免混凝土和受喷面之间无法良好结合。

（3）混凝土喷射开始前需清除所有遮挡物，确保混凝土喷射顺利完成，以保证喷射完成后的混凝土达到密实，以免产生空洞。

（4）在有拱架的部位进行混凝土喷射施工时，应注意对喷射角度的控制，使拱脚背后喷射的混凝土达到均匀。

（5）喷射过程中密切注意风压、喷射角度与速度，防止钢筋网的孔眼被堵塞，在必要的情况下可对钢筋网孔眼尺寸进行适当的调整。

（6）加强施工质量控制力度，提高施工人员自身质量意识，当产生超挖的现象时，应立即采用模筑的方法进行处理，回填时注意不可使用其他物质进行，将超挖的部分回填密实后，才可以进行初支施工。

2.4.4 平整度控制

喷层表面平整度和之后防水板铺设施工质量及二衬施工质量直接相关，根据相关规范提出的要求，喷层平整度应达到以下要求：拱顶处相邻两个凸面的深度与凹面距离比值不超过1/8，边墙处相邻两个凸面的深度与凹面距离比值不超过1/6。导致喷层平整度无法达到要求的原因包括：

（1）围岩质量较差或爆破效果不佳使开挖轮廓线出现严重的超欠挖现象，且未能对欠挖的部位予以及时处理。因此，保证爆破效果是确保喷层平整度达到要求的关键，必须引起相关人员的高度重视。

（2）在实际的混凝土喷射施工中，应对岩面上面积较大的凹坑采用初喷的方法将其找平。

（3）在实际喷射施工中，未采取有效措施对厚度进行严格控制，导致喷层厚度不足或不均匀，使完成施工后的喷层平整度较差，在喷射施工中必须做好喷层厚度控制。

3 结论

（1）根据该工程施工实践，完成湿喷施工后，混凝土强度可以达到29.61MPa，达到设计提出的不低于25MPa的要求，同时标准差和变异系数都很低，完成喷射的混凝土可达到饱满和密实。

（2）湿喷混凝土时，混凝土必须有良好的工作性，包括强度、和易性与坍落度，施工中应引起足够重视，加以严格控制。

（3）喷射施工中，应对各项工作参数进行优化，包括风压、喷枪和喷射面之间的距离与角度等，以减少回弹，保证质量。

（4）对于湿喷回弹率，边墙为9.1%，拱顶为18.8%，均小于干喷，能在保证质量和经济性的基础上，确保施工安全。