對隧道噴射混凝土幾種工藝的比較

付文鳳

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100107）

目前，國內隧道噴射混凝土施工工藝有干噴、潮噴、濕噴3種方法，而現行設計文件、工業衛生條件改善、成本的控制、工程質量方面都要求濕噴。

1 隧道噴射混凝土支護的原理

1.1 固結與阻止或延緩風化的原理

在高壓風（水）的作用下，混凝土以很高的速度及壓力快速與圍巖結合，瞬間填滿裂隙，提高了圍巖本體的黏結力和內摩擦角，從而提高了圍巖的強度。由于包裹圍巖，能夠阻止或延緩外部環境造成的巖體繼續變形或破壞。

1.2 改善巖體應力狀態原理

噴射混凝土將開挖后凸起或凹陷的巖石封閉成較為平順、均勻的一體，從而在一定程度上消除了開挖面本身的應力集中，減少了對圍巖的破壞。同時，這也改變了周邊圍巖空間的受力狀態，提高了圍巖的強度。

1.3 柔性支護結構原理

噴射混凝土具有很強的黏結力，能與圍巖高效黏結，并一起受力。此外，由于噴層較薄，兼有一定的柔韌性，所以可與圍巖共同發生形變產生徑向位移，因而形成了一定范圍的非彈性區域，故而圍巖的自支承能力得到充分發揮，噴層本身的受力狀態也得到改善。

1.4 組合拱原理

被節理裂隙切割形成的塊狀結構圍巖中，巖塊間靠相互嵌擠、互鎖、咬合作用而保持穩定。爆破開挖后的圍巖因震動或破壞了原有的穩定結構，經常會有掉落或松動的石塊，但由于巖體本身的關聯作用，鄰近的石塊也會因此不斷喪失穩定而墜落，進而造成較大范圍的塌方。爆破開挖后，如果能迅速噴射一層混凝土，當噴層與圍巖共同作用足以抵抗圍巖的局部破壞時，就能有效防止個別松動危石的滑移或墜落，則巖石間的關聯咬合作用就能得以保持。這樣，不但能保持圍巖自身的穩定，而且與噴層構成共同承載的整體結榴彈——組合拱。

2 干噴（潮噴）、濕噴混凝土的工藝區別

（1）噴射混凝土施工工藝框圖，如圖1所示。

（2）噴射混凝土材料在洞外由砼拌和站拌好，輸送車向洞內送料，空壓機供風（和高壓水）。濕噴射混凝土施工程序詳見圖2；干噴混凝土施工程序詳見圖3。

（3）干噴與濕噴混凝土施工工藝的區別主要表現在機型、混凝土拌和料、速凝劑及添加方式等方面，具體見表1和表2。

圖1 噴射混凝土施工工藝框圖

圖2 濕噴射砼施工程序圖

圖3 干噴射砼施工程序圖

表1 干噴與濕噴混凝土施工工藝比較

表2 噴射機性能比較

3 干、濕噴混凝土效果比較

干噴混凝土粉塵大、回彈量大、混凝土密實性差，因此質量難保證，濕噴工藝則很好地解決了這些問題，其比較見表3。

表3 干、濕噴混凝土效果比較

說明：（1）回彈量及粉塵濃度：回彈意味著粗骨料損失，而粉塵則意味著微細顆粒的損失。這兩者對附著的噴混凝土質量都具有重要的影響。

（2）《錨桿噴射混凝土支護技術規范》（GB50086），回彈率邊墻不大于15%，拱部不大于25%，粉塵濃度小于10mg/m3。《鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業指南》（TZ231—2007）中規定，噴射混凝土時粉塵含量不得大于2mg/m3。

（3）回彈量與噴漿操作水平有直接關系。一般要領：①控制適當噴射風壓。如果噴設風壓過大，會導致噴射速度增大，從而混凝土回彈量增加；如果噴射風壓過小，會使得噴射速度太小，壓實力偏小，影響噴混凝土強度。②保持適當噴射距離，噴射時要注意盡可能保證噴嘴至巖面的距離，距離宜為1.5～2.0m。此外，要盡可能保證噴嘴與受噴面接近垂直，因為這樣既可以保證最大壓實，又可達到最少回彈的效果。噴射作業時，應連續、緩慢作橫向環行移動，重疊搭接，噴嘴所畫的環形圈，橫向50 cm左右、高18 cm左右為宜。若受噴面有鋼架、網片等支撐物時，噴射角度可適當調整，宜大于70°。

4 從成本和操作方面分析比較干、濕噴混凝土

（1）以蘭渝鐵路某工程局2010年8月份干、濕噴成本比較見表4。

（2）干、濕噴混凝土其他方面對比分析見表5。

表5 干濕混凝土其他方面對比分析

5 結論

通過近年來隧道工程應用實踐表明，濕噴具有以下優點：

5.1 環保健康

粉塵濃度大幅降低，洞內空氣質量明顯提升，極大地改善了隧洞內的施工環境，保護了作業工人的身體健康，具有極好的社會效益。

5.2 高效率

（1）濕噴機（手）機械化程度高，節約勞動力。

（2）噴射速度快，回彈率低，縮短作業時間，提高了生產效率。

（3）一次噴射厚度大，減少重復噴射次數，縮短工序循環時間。這最大程度地體現了隧道施工的時間價值。

5.3 質量可靠、安全性高

噴射混凝土外加劑計量準確，添加方便，拌合及水化作用充分，噴射密實度大。同時，由于一次噴層厚度比干噴大幅度提高,客觀上容易達到設計噴層厚度、強度要求。此外，由于濕噴混凝土早期強度明顯提高,同時噴射速度快，快速封閉圍巖可及早發生作用，尤其在破碎危險地段，可以實現遠距離噴射，這些都有效地防止了洞頂塌方等安全、質量事故的發生。

表4 干、濕噴成本比較

5.4 經濟效果好

（1）濕噴回彈率低，節約大量材料，節省時間。因此，濕噴技術除上述優點外，還會帶來直接的經濟效益。

（2）近幾年，伴隨著高鐵的迅猛發展和科技的進步，工程領域在混凝土摻合料方面有了較大的進步與變化，各種外加劑的有效摻入和計量的精確，大大改善了混凝土的性能。總之，從計量控制精度、操作過程等方面來看，與干噴相比，濕噴更有益于很多成熟技術的應用。

（3）濕噴的經濟效果還體現在高效率、環保健康、節約時間等方面。

總之，濕噴工藝是一種科技進步的體現，是資源型、環保健康型的工藝。濕噴的根本意義在于：通過濕噴工藝手段來解決以往傳統的干噴工藝中難以克服的粉塵量大、污染嚴重、回彈率高、混凝土品質難保證等關鍵技術問題。混凝土濕噴技術恰恰可以為解決在隧道施工中混凝土干（潮）噴時的均質性差、強度低、回彈率高、粉塵大等問題開辟了一種新的途徑。

隨著科學技術的發展和人類文明程度的提高，本著節約資源、實現可持續發展的態度，從質量、環境衛生、職業健康條件的改善，與世界先進技術接軌等方面來分析，濕噴工藝都優越于干噴工藝。因此，建議今后的隧道施工中要強制性推廣濕噴工藝，使濕噴工藝變為標準的習慣性操作，使這個行業的參與者都能夠認可、接受這種工藝，使這種工藝真正得到推廣和應用。