隧道工程噴射混凝土施工技術及質量控制

韓奎 李云順

【摘要】隧道工程在我國鐵路運輸和公路運輸中非常常見，隧道建設需要采用支護措施，噴射混凝土施工技術在隧道工程中經常會使用到，本文重點對隧道工程噴射混凝土施工技術及質量控制進行了詳細的分析，供相關技術人員參考。

【關鍵詞】隧道工程；噴射混凝土；施工技術；質量

引言 噴射混凝土施工技術是隧道開挖初期支護的重要內容，它是借助于噴射設備，利用壓縮空氣將預先拌合好混凝土噴射到支護面上，混凝土迅速凝結硬化而形成隧道的圍護結構。噴射混凝土施工技術水平的高低，直接影響到隧道支護質量和施工安全。

一、噴射混凝土在隧道工程復合支護中的作用

噴射混凝土主要用于充填裂隙、填補凹穴、加固巖層。

噴射混凝土能將張開的裂隙、節理、層縫充填一部分，并能起到黏結作用，使許多巖塊黏結在一起，成為整體，以阻止巖塊的松動，而且噴射混凝土又能填補凹穴，噴射混凝土能填補凹穴，避免應力集中，從而加固了圍巖，提高圍巖的抗滲漏性能和巖層自身的穩定性，發揮圍巖的承載能力。

噴射混凝土可封閉圍巖，防止風化。噴射混凝土后隔絕了巖層與空氣的接觸，可以阻止巖層節理和節理裂隙的滲水，防止水和空氣對圍巖的破壞，越易風化的巖層越要及時進行封閉，如泥巖、泥質頁巖，遇吸潮后膨脹軟化、泥化，應及時進行封閉，可防止風化，減少巖石膨脹變形。

目前隧道工程復合支護中普遍采用的是噴射混凝土或鋼纖維噴射混凝土，噴射方式主要有干噴和濕噴。噴射混凝土具有支護及時、強度高、密實性強、操作簡單、靈活性大等優點，特別是在軟弱圍巖地質條件下，配合鋼拱架和系統錨桿作為聯合支護，其優點更為明顯。當噴射混凝土具有一定強度后，可把鋼拱架、系統錨桿和噴射混凝土組成的支護體系看作鋼性結構，用來控制圍巖變形，達到保護和發揮圍巖自承能力的效果。

二、噴射混凝土施工的關鍵技術

1、噴射混凝土的回彈量控制

目前隧道工程噴射混凝土施工，為保護環境和維護工人健康。大多采用潮噴，其回彈量普遍較大，平均在30%以上，損失較大。一般隧道工程的利潤主要來自開挖和初期支護的噴射混凝土。如何通過技術改進和加強管理來降低噴射混凝土的回彈量是目前有待解決的問題。通過對多座隧道工程、多個施工隊伍施工情況的分析比較，總結出以下幾點可以將回彈量控制在15%～24%的范圍。

（1）分段分塊噴射。分段長度不超過6m，分塊大小不超過2m×2m，嚴格按照先墻后拱、先下后上的順序進行噴射，以減少混凝土因重力而滑動或脫落。

（2）噴射混凝土的水壓一般控制在稍高于風壓即可，施工現場可以按水壓高于輸料管風壓10～15N/cm2進行控制，其目的是為了保證高壓水能夠從噴槍混合室（噴頭處）內壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌合均勻。噴射料的水灰比控制是比較困難的。熟練的噴射手通過噴射混凝土表面的光滑度可判定水灰比的大小。理論上講，0.45～0.50的水灰比對噴射混凝土的回彈量和質量是有利的。

（3）控制噴嘴距離（噴射距離）和角度。噴射距離在0.6～1.2m時，混凝土回彈量較小，噴射距離過大或過小都會增加回彈量。噴頭長度一般只有0.5～0.6m，噴射手因存在骨料反彈的恐懼心理，要將噴射距離控制在0.6～1.2m較困難。根據任小平的研究結果，隧道工程噴射混凝土施工的探討決的辦法可將噴頭加長到1.2～1.5m，這樣噴射手站在距離噴巖面2.0m左右即可進行噴射。噴嘴與噴巖面應盡量垂直，并偏向剛噴射部位（傾斜角控制在10°內），這樣不僅回彈量少，而且噴射效果和質量更好。

2、嚴格控制風壓、水壓和水灰比。過大的風壓會造成噴射速度太快，加大骨料的反彈，從而加大回彈量，但混凝土密實性較好；風壓過小，會使噴射力減弱，造成混凝土密實性較差，甚至達不到設計和規范要求。總結實踐經驗，當輸料管長度為20m時，合適的風壓為100～130N/cm2。

3、控制一次噴層厚度和分層噴射的間隔時間。

4、噴射混凝土厚度的控制

噴射混凝土的厚度應達到設計厚度和規范允許的誤差范圍。從施工現場的情況看，個別隧道存在噴射混凝土普遍偏薄的現象，這是有風險的。因為初期支護將會和圍巖共同控制同巖變形的釋放，保證下道工序施工安全和隧道結構的穩定，是主要受力者。若噴射混凝土出現裂縫，原則上也應及時進行補噴和采取其他補強措施，以控制圍巖變形在適度范疇，而不是任其釋放。有人說，“初期支護噴層厚度不夠，可以利用二次襯砌混凝土進行補充”，這種說法只是從隧道總體結構尺寸滿足了要求，但從新奧法施工原理和結構受力機理而言，卻是一大誤區。 要解決這個問題，重點應放在噴射過程中，要求噴射手在全斷面螺旋噴射完成后，及時對鋼拱架間進行補噴；或者在掛防水板前對噴射混凝土表面進行檢查，嚴重不夠的必須及時進行補噴，否則二次襯砌混凝土澆筑后再通過打孔（或預埋鋼管）注漿填充來處理兩層間的空洞，不僅費時費工，而且還會破壞防水板，造成漏水現象。

對局部噴射混凝土過厚的情況，在掛防水板前一定要將突出部分混凝土剔除。因為這種情況有可能頂破防水板，更有可能在初期支護和二次襯砌之間形成點接觸，造成局部應力集中而導致二次襯砌表面開裂。

三、對噴射混凝土在隧道工程施工中的幾點建議

在實際的隧道工程施工過程中，根據以往文獻記載，筆者總結出以下幾點需要注意的建議：

1、重視混凝土的噴射方式，積極推廣濕噴技術的運用。在濕噴過程中，事先可將包括水在內的各種材料正確計量，0.45～0.50的水灰比容易控制，從而容易達到減少回彈量和粉塵的目的。

2、加強噴射混凝土配合比的調整和控制，骨料盡量采用連續級配。施工應重點控制好骨料的級配，這除了要求工地實驗室定期定量檢測外，還要求加強骨料加工和采集，采取多種措施保證骨料的連續級配。譬如，骨料粉塵量過大時，就應該在加工場骨料出口安置抽風機，在材料源頭進行控制和處理。

3、做好光面爆破設計，保證光面爆破質量。光面爆破應針對不同等級圍巖單獨設計，要考慮到炮眼布置、深度和角度、單孔裝藥量和裝藥結構、起爆順序等，通過光面爆破參數的改變和修正，保證不同圍巖地段光面爆破輪廓圓順，保證開挖質量。圓順的開挖輪廓既有利于保證噴射混凝土的質量，更有利于減少噴射混凝土的回彈量。

4、盡量采用大板切割的試驗檢測方法對噴射混凝土強度進行檢測。大板切割即向木板或竹夾板（板的大小根據取樣組數多少而定）上噴射13～15cm厚的混凝土并進行養護，待達到一定強度后切割取樣。這樣取得的試塊可以代表洞內噴射混凝土的實際情況，方法簡單，也不破壞支護結構。

五、結束語

綜上所述，本文重點對隧道工程中噴射混凝土的施工特點以及基本原理進行了詳細的分析，在此基礎上，針對隧道建設中，噴射混凝土的質量控制也做出了詳細的介紹，供施工人員參考。

參考文獻

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