西山一號隧道噴射混凝土施工技術

岳雯溪

(中鐵二十局集團第六工程有限公司，陜西西安 710032)

1 工程概況

西山一號隧道位于漾水河左岸谷坡地帶，穿越黃土梁，隧道軸線最高海拔1 747 m，最大埋深107 m，采用分離式雙線雙洞，其中:左線起點樁號ZK654+675 m，終點樁號ZK655+675 m，進口位于R=980 m的圓曲線上，出口位于R=1 400的圓曲線上，隧道長度1 000 m。西山一號隧道左線隧道由馬蘭黃土、泥巖組成，屬極軟巖，巖體較破碎，綜合評定洞身段圍巖級別Ⅴ級。隧道初期支護由工字鋼拱架、徑向錨桿、鋼筋網、噴射混凝土共同組成。鋼拱架之間用縱向鋼筋連接，與圍巖密貼，形成承載結構，其中噴射混凝土標號采用C25，厚度26 cm，采用濕噴工藝。

2 總體工藝介紹

隧道初期支護噴射混凝土施工是使用混凝土噴射機和壓縮空氣，按一定比例和混合程序，將摻有速凝劑的細石混凝土噴射到巖壁表面上，迅速凝結硬化為一層結構層的工法;該結構層與圍巖密貼，可對圍巖起到有效的支護作用。西山一號隧道施工現場采用濕噴工藝。濕噴是將集料、水泥和水按設計比例拌合均勻后，用濕式噴射機借助壓縮空氣將其壓送到噴嘴處，再將噴頭上添加速凝劑后噴向圍巖表面的噴射工藝。其工藝流程見圖1。施工步驟及說明:1)混凝土拌合及運輸:采用混凝土拌合機拌制，混凝土罐車運輸;2)啟動濕噴機:先送風、后開機、再給料。待混凝土從噴嘴噴出時，再供給速凝劑;3)濕噴機初噴:先墻后拱、分層、分區進行，首層著重填平、補齊，S形運動、螺旋狀噴射;4)濕噴機復噴:S形運動、螺旋狀噴射，鋼架與壁面之間的間隙用噴射混凝土充填密實，噴射混凝土由兩側拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋;5)關閉濕噴機:濕噴作業結束時，先關閉速凝劑量計量泵，之后停止供料，待噴嘴殘留的少量混凝土和速凝劑完全吹凈后，再停風。

圖1 噴射混凝土濕噴施工工藝流程圖

3 濕噴混凝土施工工藝

3.1 施工準備工作

1)材料方面。對水泥、砂、石、速凝劑、水等的質量要進行檢驗。砂、石均應過篩，并應事先清洗干凈。砂、石含水率應符合要求;為控制砂、石含水率，砂石應儲存在封閉的料倉內，拌制混凝土時，應根據砂的實際含水量確定施工配合比。

2)機械設備、管路方面。濕噴機、混凝土攪拌機、皮帶運輸機等設備使用前均必須完好，滿足施工要求，就位前要進行檢查及試運轉。管路及接頭要保持良好，要求風管無漏風現象，水管無漏水現象，且沿風、水管路每隔40 m～50 m處必須裝閥門接頭，便于噴射機移動時風、水管的連接。

3)試驗方面。試驗室應在施工前完成材料試驗、混凝土配合比的設計，濕噴混凝土的坍落度應控制在80 mm～120 mm之間。噴射混凝土配合比應通過試驗確定并滿足設計強度和濕噴工藝的要求。

4)其他方面。檢查開挖斷面，通過全站儀、水準儀、斷面儀對開挖斷面進行檢查、量測，欠挖處要補鑿至滿足設計要求。噴射混凝土施作前還應對斷面敲幫找頂、清除浮石，清除干凈附著于巖面的泥污，泥污清除采用沖洗方式，每次沖洗長度以10 m～20 m為宜。當巖面有滲水現象時，先引排處理。對于局部滲水量較大處，采用鑿槽、預埋透水管并設置樹枝狀排水盲溝等措施，將積水引導疏出后再噴射混凝土。不良地質處應事先采取措施處理，如增設臨時支撐、加強監控量測、加強支護參數(如加強錨桿、鋼筋網、金屬支架、拱架等設計參數)，待不良地質段圍巖變化趨于穩定后施作噴射混凝土。施工前應準確安裝設計及施工要求的預埋件，且注意埋設控制噴射混凝土厚度的標志，若利用系統錨桿預留一定長度作標記時，應及時將多余長度鋸掉，端頭安裝錨桿帽，以免噴射后露在外面。噴射作業面必須有充足的照明亮度，照明燈上應罩上鐵絲網，線路高架，以免回彈物打壞照明燈或將線路覆蓋。若噴頭距噴射機距離超過30 m時，宜設置電鈴、信號燈或于施工人員配備對講機，以作為通信聯絡信號。施工前必須作好回彈物的回收及利用的準備，噴射前應于噴混凝土地段鋪設薄鐵板、防水板或其他易于回收回彈物的材料，回彈物回收后可將其用于墊層施工。

3.2 噴射混凝土作業的基本要求

1)噴射混凝土的拌合。噴射混凝土由設于隧道洞外的混凝土拌合站集中拌合，噴射混凝土中可根據試驗結果增添外加劑以確保噴射混凝土質量。試驗員在拌合站對每車混凝土的和易性、坍落度進行檢測，符合設計要求后再放行出站，用混凝土攪拌車運輸至洞內施工現場，將混凝土罐車溜槽及濕噴機料斗濕潤后直接將料卸入濕噴機料斗內。

2)濕噴機風壓的控制。噴射作業時所需的風壓與噴料輸送距離、噴射高度、管道的數量、管道彎曲半徑、拌合料施工配合比、砂石種類、級配、含水率等均有關系。為保證噴射混凝土質量、降低其回彈率且減少作業區空氣污染，噴射作業時應結合以上現場各因素適當調整壓力，要求風壓調整時逐漸變化，最終趨于穩定。

3)噴射混凝土水灰比的控制。合適的水灰比是保證噴射混凝土強度、施工質量、降低回彈率和減少作業區空氣污染的重要控制因素。由于噴射混凝土施工工藝的特點，其水灰比目前只能憑借現場實際情況、現場試驗及作業過程中噴射手的經驗目測進行控制。若噴射的拌合料宜粘著，回彈小，表面濕潤光澤，則說明混凝土水量合適;若表面無光澤、回彈物增大，則說明混凝土水量較小;若拌合料表面塑性大或出現面積、幅度較大流淌、滑動現象，則說明混凝土水量較大。現場試驗及技術人員應根據以上情況按照要求及時調整混凝土坍落度。

4)噴射作業角度及距離。一般情況下噴頭與巖面的角度應垂直于巖面，但噴射邊墻時，應將噴頭略向下俯，角度約10°，使混凝土束噴射在較厚混凝土頂端(見圖2)，其原因為混凝土束噴射在呈黏稠性狀態的混凝土上，可避免料束中的粗集料直接與巖面撞擊，從而減少回彈量，節約成本。噴射距離應以噴混凝土最小的回彈和最高的噴射壓力綜合確定。現場施工原則上以能看清巖面噴射情況，使料束集中，回彈量小為宜;同時也需要根據噴頭出口壓力的大小調整距離。一般情況下距離控制為0.6 m～1.2 m，最佳距離為0.8 m～1 m。噴射手應視現場具體情況，選用適當的噴射距離。

圖2 噴射角度與噴射距離示意圖

5)一次噴射作業厚度標準。一次噴射的厚度主要由噴射混凝土顆粒之間的粘聚力和噴射層與受噴面之間的粘結力確定。厚度過薄會使回彈率增大;厚度過大會使混凝土顆粒之間的粘聚力減弱，同時可能會引起大片混凝土坍落或混凝土與巖面脫離的現象。一次適宜的噴射厚度就是混凝土層在不錯裂、不脫落且回彈率小的情況下達到的最大厚度。分層噴射厚度和噴射的部位有關，可參照表1執行。

表1 不同噴射部位其噴射厚度表

6)分層噴射的時間間隔標準。分層噴射的合理間隔時間與水泥品種及速凝劑的摻量有關，同時與施工現場溫度、速凝劑種類及水灰比大小有關，則噴射作業時應結合現場實際情況合理控制間隔時間，且分層噴射間隔時間不宜過短。若前一層噴射混凝土終凝后1 h若噴層表面已蒙上粉塵，后一層噴射作業前對混凝土表面做適當鑿毛處理，并且用高壓水、風清理受噴面。

7)噴射作業順序。噴射前應先用壓縮空氣或壓力水將所有待噴面吹凈，吹除待噴面上的松散雜質或塵埃，用水適當噴灑巖面，以便使噴射出的混凝土和巖面達到有效、最佳的粘結。噴射的順序應先墻后拱，自下而上。若受噴面凹凸不平，應先噴凹處找平后向上噴射。噴射時噴頭料束應呈旋轉軌跡運動，一圈搭接半圈，縱向似蛇形進行。轉動半徑一般為15 cm左右，每次蛇形長度3 m～4 m或根據混凝土凝結效果而定。待第一行凝結情況符合要求時則開始噴射縱向第二行，噴射時要依順序從第一行的起點處開始，行與行之間應搭接2 cm～3 cm，依次類推。料束旋轉速度原則上要均勻，不宜太慢或太快。噴射區段劃分和噴頭活動順序見圖3。噴射完成后可在噴射混凝土表面再噴射一層同強度等級的水泥砂漿以保證其外觀質量。其噴射順序與噴射混凝土相反，為自上而下，噴頭料束呈橫掃方式運動，不能旋轉或停留，以使表面平整、光滑。

圖3 噴射區段劃分和噴頭活動順序圖

8)噴射厚度的控制。可通過標樁法設置標樁對噴射混凝土厚度進行測量和控制。如安設錨桿，則可利用錨桿外漏長度作為標樁，如不安設錨桿，則可在較平整的巖面上用速凝砂漿固定一些鐵釘(如用φ6 mm的圓鋼制成“U”形釘)，其長度比要求的噴射厚度長1 cm～2 cm，每平方米約埋設1根。待噴射混凝土強度達到要求后及時對外漏錨桿或標樁進行切割、清除。

9)初噴。根據設計文件，首先應對開挖斷面進行3 cm～5 cm的初噴混凝土。若開挖斷面有漏、滴、滲水現象時，應予以及時處理，采取堵、截、排等手段，使噴射面無淋水、滴水現象，以保證混凝土與巖面的粘結，見圖4。

圖4 初噴混凝土

10)復噴。待初噴混凝土達到相關要求后，按照設計要求安裝鋼拱架、鋼筋網、軟式透水半圓管等。鋪設鋼筋網時應做到鋼筋使用前清除污銹。鋼拱架安裝時若與初噴混凝土面不能密貼時，應按規范增加墊塊，確保拱架能立即受力，并在繼續噴混凝土時，從型鋼拱架兩側向內噴實。根據開挖方式的不同，針對拱架處應增加臨時墊板或縱向托梁，并對拱腳處進行噴實，以增大拱腳受力面積及基礎的承載力，控制過大沉降。安裝軟式透水半圓管應根據設計文件要求進行安裝，復噴時具體操作要求同初噴的操作要求、標準一致。

11)噴射混凝土養護。噴射混凝土終凝2 h后，應噴水養護，于隧道內水管閥門處連接水管進行養護。

養護時間不得少于7 d;隧道內環境溫度低于5℃時，不得噴水養護。冬季施工時，噴射混凝土作業區的溫度不應低于5℃，混合料進入噴射機的溫度不應低于5℃，在結冰的巖面上不得進行噴射混凝土作業。混凝土強度未達到6 MPa前不得受凍。

12)其他。作業完畢或因故間斷時，噴射機和輸料管內的積料，必須及時清除干凈，防止堵管。若在噴射過程中因停電等原因造成無法繼續噴射時應用高壓水槍對未達到噴射質量要求的部位進行徹底沖洗或用人工進行清理干凈。施工全過程應嚴格按照制定的安全技術方案執行。

3.3 噴射混凝土相關質量驗收標準

1)(鋼纖維)噴射混凝土支護實測項目見表2。

表2 (鋼纖維)噴射混凝土支護實測項目

2)外觀鑒定。

無漏噴、離鼓、裂縫、鋼筋網外露現象，不符合要求應返工處理。

4 結語

噴射混凝土在隧道初期支護施工中應用已非常廣泛，但其初支結構受力、防護、耐久性等直接受噴射混凝土施工質量影響，所以對噴射混凝土全過程施工必須按質量控制系統的要求執行，通過各種措施提高、強化現場作業、管理人員質量意識，制定嚴格、合理的操作規程，加強質量管理、過程控制，使噴射混凝土在隧道支護中發揮越來越重要的作用。

［1］楊林德.公路施工手冊——隧道［M］.北京：人民交通出版社，2011：7.

［2］關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京：人民交通出版社，2011：7.

［3］土建工程/交通部公路科學研究院.公路工程質量檢驗評定標準第一冊土建工程［M］.北京：人民交通出版社，2004：11(2007.11 重印).