隧道高地应力大变形喷射混凝土施工技术

孙林 ,方烨 ,文思 ,金涛 ,汪大海

摘要：喷射混凝土施工技术是利用专用设备在公路隧道围岩上喷射混凝土，方便有效地保护和支撑隧道结构。所以，喷射混凝土施工技术在隧道施工中的运用非常关键，如何有效地发展喷射混凝土施工技术，在隧道施工中是必须关注的部分。

基于此，本文首先分析了隧道喷射混凝土的施工流程，其次深入探讨了隧道高地应力大变形喷射混凝土的施工技术，以期提高隧道喷射混凝土施工工艺。

关键词：隧道高地；应力大变形喷射混凝土；施工技术

引言

当前的隧道工程越来越多，工程的施工质量也一直是人们所注重的。在隧道工程初期支护中，需要把混凝土喷射到围岩表面，从而达到支撑、填平和补强的效果，把围岩的稳定性增加。当前，在隧道围岩支护中，普遍使用喷射混凝土，并且和锚杆、钢筋网、钢拱架等相结合，形成初支护结构，能够保证围岩的稳定。喷射混凝土是按照比例调配好水泥、砂石、水及外加剂，然后使用喷射机，经过高压空气把混凝土喷射在围岩表面上，人工不需要振捣混就能迅速凝结硬化。因为喷射混凝土早期的强度高，所以能够对围岩的变形情况进行有效抑制，充分发挥围岩的支撑作用。

1.工程概况

火山隧道攀枝花端位于攀枝花盐边县境内，轴线在满足线路要求的前提下，充分考虑隧址区工程地质与水文地质条件、两端接线及工程造价等因素。隧道纵面线型设计综合考虑了地形、地质条件、通风、排水、施工及隧道两端的接线条件，本项目统一宁南至攀枝花方向上坡为正。

攀枝花端右线全长3675米，起讫桩号K397+915～K394+240，其中Ⅲ级围岩1487米占40.5%，IV级围岩973米占26.5%，V级围岩1215米占33%；攀枝花端左线全长3660米，起讫桩号ZK397+900～ZK394+240，其中Ⅲ级围岩1487米占39.5%，IV级围岩1015米占27.8%，V级围岩1200米占32.7%。攀枝花端设人行横通道8道，车型横通道4道，变电所1道。隧道主洞单幅净空（宽×高）11×5米，攀枝花洞门形式采用端墙式。

2.喷射混凝土质量

2.1混凝土强度抗压试验法

采用喷大板切割法或凿方切割法制作混凝土试块，标养28d，进行试验，强度必须满足要求。每10延米至少在拱部和边墙各制作一组试件，材料或配合比变化按要求增加试件。不合格要认真查找原因，凿除重喷。

2.2回弹控制

采用合适的配合比，配比中细骨料采用较细的河砂，粗骨料粒径最大控制在10mm左右，适当增加速凝剂的添加量也可减少回弹。喷射时喷枪与壁面垂直喷射，压密性好，回弹少。

2.3喷射混凝土厚度检测

喷层厚度用凿孔的方法检查，每10延米至少检查一一个断面，再从拱顶起每隔2m凿孔检查一个点，检查孔处的厚度应有60%以上不小于设计厚度，一个断面检查点处厚度的平均值不小于图纸规定的厚度，最小值不小于设计厚度的一半，但不得小于6cm。 厚度不满足必须补喷，发现有裂缝、脱落或渗漏水时，要整治后补喷。

2.4湿喷面事前处理控制

首先清除可能落下的浮石，若有涌水时，先喷一层较大速凝剂量的砂浆，安设枝Y状盲沟引流至排水沟。涌水较大时，在涌水处钻眼，埋设带堵头的钢管把水引出。并根据实际情况调整混凝土配合比，增加水泥用量，再喷射混凝土。

施工质量要求质量

1）喷射混凝土外观

无漏喷、离鼓、裂缝、钢筋网外漏等现象。

2）喷射砼质量标准

喷射砼支护施工质量标准实测项目见下表1：

表1 喷射混凝土施工质量控制标准

项次	检査项目	规定值或允许偏差	检查方法和频率
1	喷射混凝土强度（MPa）	在合格标准内	查件规范附录B.3检查
2	喷射混凝土厚度	初喷厚度：20~50mm；最小厚度≥20mm	钻孔法：初喷混凝土厚度每作业循环检查一次，每次不少于3个点
		成品厚度：平均厚度≥设计厚度；60%的检查点厚度≥设计厚度；最小厚度≥0.6倍设计厚度，且≥50mm	钻孔法、全站仪、激光断面仪：成品厚度每10m抽查2个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1点
			地质雷达：双车道隧道拱部、边墙共3条测线，三车道、四车道隧道拱部、边墙不少于5条线，连续检测，厚度判定测点，沿每条测线没 3m取一个点
3	空洞检测	无空洞，无杂物	钻孔法：每5m检查一个断面，每个断面检查不少于3个点
			地质雷达：：双车道隧道拱部、边墙共3条测线，三车道、四车道隧道拱部、边墙不少于5条线，
4	喷射混凝土支护净空	不小于设计	全站仪、激光断面仪：每10m抽查3个断面

3、隧道喷射混凝土施工流程

当前，许多类型的新工艺、新材料和新设备在隧道工程中广泛使用。锚喷构筑法作为隧道施工常用的技术之一，其获得了良好的发展，并且有以下特点：①操作简单，能够有效减少工作量，提升施工效率；②操作速度快，并且支护的质量较高，密实度较好；③施工灵活度高，在需要增加厚度时可以根据需求，分次追加喷射混凝土[1]。

喷射混凝土施工工艺流程：清除拱顶及两帮危石

→冲洗待喷岩面→喷射混凝土搅拌及运输→初喷→复喷。喷射混凝土施工工艺流程图1所示。

图1 喷射混凝土施工工艺流程

4、隧道高地应力大变形喷射混凝土施工技术

4.1喷射方法

图2、3所示，引进拱锚喷台车和智能湿喷机械进行隧道初支湿喷。进行初喷和复喷两次喷射。初喷程序要在开挖施工后及时进行，即在找顶清除危石后，岩面粉尘和杂物用水或高压风冲洗干净，喷射混凝土为3~5cm。在锚网或钢架施作完成后进行复喷工作，喷射砼至设计厚度（内层支护施工工序相同）。

图2拱锚喷台车                        图3 智能湿喷机

4.2喷射前准备工作

①按设计要求检查锚杆安装，并在发现问题后及时解决。②把施工现场的杂物清理干净，要在顶帮围岩稳定安全处安装喷浆机，并要求距离导轨的空间≥0.5m。在安装喷浆机时要注意检查风、水管路。输料管路要确保平直，把接头安装牢固，并且使用塑料管要具备抗静电的作用。③对喷浆机的状态进行检查，可以在使用之前做通电空载试运行，看有没有漏风的现象。④受喷岩面要使用高压风水进行冲洗，安设喷厚标志于巷道的拱顶和两帮处。⑤工作人员在现场操作时，应该根据操作规范佩戴劳动保护装备。

4.3喷射用混凝土材料要求及配合比

C25喷砼设计配合比如下表2：

表2喷砼施工配合比

材料名称	水泥	粗骨料	细骨料	速凝剂	水
每m³用量（kg）	435	872	872	15.23	204
质量比	1	2	2	0.035	0.47

4.3.1水泥

除满足GB175-1999技术要求外，兼顾喷射凝结和抗硫酸盐侵蚀破坏，使用C3A含量〈8%，并且和液体速凝剂相容性良好的硅酸盐水泥，或者使用普通的硅酸盐水泥。

4.3.2骨料

①砂：砂子除了要满足GB/T14684-2001的标准以外，还应该使用合理级配，且是2.5~3.2细度模数的中粗砂，其更具坚硬耐久的特性，砂的表观密度大于2.65，堆积密度不小于1450kg/m³，吸水率要低于1%，并且含泥量要低于3%。②碎石：碎石不仅要满足GB/T14685-2001的标准，还应该使用合理级配，并且为5~12mm的碎石，其更具坚硬耐久的特性，而且针片状颗粒的含量低于15%，粒形更好；石子表观密度应大于2.65，堆积密度不小于1450kg/m³，并且吸水率应该低于1%，含泥量低于1%。

4.3.3水

水符合JGJ63-89要求，并且不能含有不良杂质，不然会对水泥的正常凝结和硬化造成影响。还不能用污水、pH酸碱度低于4的酸性水，以及硫酸盐含量超过混合用水重量1%的水。

4.3.4外加剂

①减水剂：高效减水剂除符合GB8076-1997.GB8077-2000要求外，选用减水率30%以上、碱含量小于10%、氯离子含量小于0.2%的聚羧酸盐类高效减水剂[2]。②速凝剂：速凝剂采用无碱液体速凝剂，满足JC477-2005或EN196-3要求的碱含量小于1%，掺量小于8%且可泵性、分散性较好地与胶结材相容性较好的无碱液体速凝剂。

4.3.5外掺料

掺合料包括硅粉、粉煤灰、磨细矿渣等超细粉和工程纤维。超细粉是高性能喷射混凝土的必备组分，掺入水泥中除起微观填充作用外，还因其化学活性作用改善混凝土的微观结构。工程纤维能控制混凝土的早期开裂，提高混凝土的韧性，降低回弹，增大一次喷层厚度。①硅粉：符合GB/T18736-2002要求外，其SiO2含量不低于92%，比表面积不低于25000cm/g，掺量不少于5%。②粉煤灰：符合GB/T176-1996要求的I级低钙灰。③磨细矿渣：符合GB/T18046-2000要求的S95磨细矿渣。④工程纤维：能均匀分散，长度在12mm左右的聚丙烯纤维网纤维。

4.4喷射混凝土作业

4.4.1混凝土搅拌

要根据材料配比进行配料操作，在喷射机喂料的时候，把速凝剂加入，使用全自动计量强制式搅拌机进行湿喷混凝土的搅拌，

4.4.2混凝土运输

使用罐车进行混凝土的运输，并且做到随运随拌，以防混凝土在运输过程中出现离析、水泥浆流失、坍落度变化以及产生初凝等情况。在喷射混凝土的时候，需要使用多台运输车进行交替运料，从而能够及时供应湿喷混凝土。

4.4.3混凝土喷射

①混凝土喷射程序为：把速凝剂辅助风打开→把主风阀打开→把速凝剂计量泵、主电机和振动器启动→把混凝土加入料斗中。

②需要使用分段、分片和分层的方式进行喷射混凝土施工，并由下到上进行，分段长度不要多于6m。在喷射时，要先喷平低洼处，再根据由下到上的顺序进行分层和反复操作。在分段施工中，需要预留斜面，并用压力水冲洗润湿斜面后，再进行喷射混凝土工作。分片喷射应该由下到上进行，要先喷钢架与壁面之间，再喷两钢架之间，要从墙脚开始，并向上喷射边墙混凝土。在进行分层喷射中，应在前一层混凝土终凝后再进行后一层喷射[3]。以混凝土不滑移不坠落作为一次喷射混凝土厚度的标准，厚度太大会对混凝土的粘结力和凝聚力造成影响，太薄则会增大回弹量。边墙一次喷射混凝土要确保喷层厚度均匀。在顶部操作中，要避免出现混凝土堕落的情况。

4.4.4喷射速度

为确保混凝土的压实，要控制好喷射速度。如果风压太大，会增加喷射的速度，并且增加回弹。如果风压太小，会降低喷射速度，压实力则会过小，从而对混凝土的强度造成影响。所以要在开机之后注意观察风压，起始风压达到标准后，才可以操作，并且结合喷嘴出料的情况，对风压进行调整。

4.4.5喷射距离与角度

在喷射操作时，喷嘴和受喷面的距离要适当，尽可能把喷射角度接近90°，从而取得最大压实和最小回弹。如果被喷面、钢架或钢筋网覆盖时，可以稍微调整喷嘴，但是不要低于70°。如果喷嘴和受喷面的角度过小，混凝土物料会在受喷面上滚动，出现不平整的波形喷面，增加了回弹量，从而影响施工质量。

4.4.6喷射结束工作

喷射完成后，立即清理冲洗湿喷机及混凝土罐车等，检查喷射面是否符合要求，将湿喷机管道内混凝土清洗干净，将未使用完的速凝剂运至固定干燥地点存放好并覆盖，把速凝剂空袋子全部运至洞外集中堆放至垃圾桶里，将高压风水管关闭。

4.5喷射混凝土养护

在喷射混凝土最终凝固后的2小时，采用喷雾洒水的方法进行养护，养护7天，每天洒水2次。如果气温过低，不能进行喷水养护工作。

5、结语

综上所述，在隧道工程中，隧道喷射混凝土施工是非常关键的步骤，其施工质量对隧道工程的整体质量有很大的影响。并且喷射混凝土涉及多种施工技术，因此，要充分把前期准备工作做好，严格根据施工标准执行，并控制好每个环节的质量，从而有效提高隧道工程的水平。

参考文献

[1] 白琳.新型混凝土喷射机械手在隧道工程中的应用[J].工程机械与维修，2022(01)：50-51.

[2] 杨如仙，刘书程，朱志刚.铁尾砂细集料配制喷射混凝土的试验研究[J].中国港湾建设，2021，41(09)：34-38.

[3] 李超.公路隧道施工中喷射混凝土施工技术研究[J].居业，2021(09)：84-85.

通讯作者：金涛