濕噴混凝土在高鐵隧道施工中的應用

張宏偉

摘 要：濕噴混凝土施工技術是近些年來發展出來的一種技術，在各種工程中得到廣泛應用，尤其是在隧道施工方面，此技術突出的優點主要有：成本低，減小襯砌厚度，有效預防隧道坍塌事故，縮短隧道施工周期。因此，文章對濕噴混凝土施工技術在高鐵隧道支護中應用展開研究，以期為同類工程提供借鑒。

關鍵詞：高鐵隧道；初期支護；濕噴混凝土施工技術；應用

中圖分類號：U455·481 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0159-02

1 工程概況

合福高鐵閩贛段黃墩隧道位于福建省武夷山市，隧道全長587 m，地質概況為云母石英片巖，巖體破碎，裂隙發育；地下水主要為基巖裂隙水，較發育。其中Ⅳ、Ⅴ級圍巖共507 m，屬高風險隧道。

本隧道采用新奧法施工，Ⅳ、Ⅴ級圍巖拱墻噴射摻加素纖維的C30混凝土，設計數量為5 930 m3，采用濕噴混凝土技術。根據施工要求，現場配置一臺MEYCO Potenza輪式混凝土濕噴機。

2 技術要求

2.1 C30噴射混凝土強度要求

8 h強度不低于3 MPa，24 h強度不低于12 MPa，28 d強度達到C30。

2.2 原材料

①水泥：選用普通硅酸鹽水泥，滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB

175）規定，通過試驗比選，確定為浙江虎山牌P.O42.5水泥。

②細骨料：選用黃泥崗砂場的天然潔凈中粗河砂，含泥量≤3%。

③粗骨料：選用楊梅巖隧道出口破碎場生產的碎石，粒徑5～10 mm，母巖為隧道棄碴，云母石英片巖。

④減水劑：選用減水率≥25%的聚羧酸高性能減水劑，比選后采用山西凱迪建材有限公司的KDSP-1聚羧酸鹽高性能減水劑。

⑤速凝劑：使用液體速凝劑，凈漿凝結時間初凝≤5 min，終凝≤10 min，比選后選擇山西黃河新型化工有限公司的HJ-1型速凝劑。

⑥素纖維：要求抗拉強度≥700 MPa，彈性模量≥8.0 GPa，比重1.1 g/cm3，耐堿性。比選后采用上海羅洋新材料科技有限公司的UF500型素纖維。

2.3 配合比設計

配合比設計根據原材料性能，混凝土的技術條件和設計要求通過試驗選定，材料水膠比不大于0.5，水泥（膠凝材料）用量不宜小于400 kg/m3，經檢測強度及綜合各項指標確定試驗室配合比為：

水泥：砂：碎石：減水劑：速凝劑：水=471：777：953：4.71：14.13：179，素纖維摻量0.9 kg/m3。

2.4 其他配套設備

其他配套設備主要有：750型攪拌站以及混凝土運輸車。

3 施工應用分析

3.1 流程要點

濕噴混凝土施工時，需要嚴格按照其工藝流程來進行，并做好相關技術要點的控制，才能有效保障濕噴混凝土施工技術應用的可靠性，達到預定的目標，具體流程要點有：首先，做好噴射機的準備工作。在噴射施工前，啟動設備并試運轉，對風、水、電路檢查均能正常運行后，對水管通水，通過噴頭將水噴灑至受噴面，保證受噴面濕潤。啟動計量泵主電機振動器，將攪拌好的混凝土加入到料斗中。其次，做好噴射機風壓的調整。在開機操作時，需要對現場風壓進行密切觀察，在初始風壓超過 0.5 MPa條件下，才能進行開機；在噴射過程中，還要對噴嘴風壓進行調整，一般來說，噴嘴風壓為0.2 MPa，才能夠有效減少混凝土的回彈；同時，由于不同噴射部位會造成風壓傳送距離改變，要根據噴嘴出料情況、粘附程度等對現場風壓進行同步調整，通常來說，邊墻與拱部的工作風壓應分別控制在0.3～0.5 MPa和0.4～0.6 MPa，從而有效控制混凝土的回彈。第三，做好噴射機水壓的控制。在濕噴混凝土施工技術中，水壓也會對其施工質量產生極大的影響，在水壓控制中，噴嘴出水壓要比輸料管風壓高出0.11～0.16 MPa，作業區水壓要超過0.6 MPa。第四，做好噴射方向和距離的控制。噴射方向與噴射混凝土的密度、強度有著密切聯系，當噴射嘴與噴面之間不是垂直狀態時，就會造成混凝土回彈量的增加，降低混凝土密度和強度，進而影響噴射混凝土施工質量。因此，在噴射作業過程中，需要盡量保持噴射嘴與噴面的垂直，傾斜角不大于10 °，距離以1 m左右為宜。第五，做好噴射方法的選擇。在濕噴混凝土施工中，由于混凝土本身自重較大，滑動和掉落等現象較為容易發生，對此，需要采取先墻后拱，先下后上的噴射順序，先完成兩側邊墻的噴射，再進行拱腰噴射，最后分部、分塊的完成拱頂噴射。同時，在噴嘴移動過程中，要按照S形往返移動前進，也可以采用螺旋形移動前進，前進過程中始終保持噴嘴與受噴面的垂直，起到控制受噴面噴射混凝土回彈與厚度的作用。

3.2 質量控制

①原材料質量控制。在濕噴混凝土技術中，混凝土施工質量在很大程度上是由原材料質量決定的，因此，要做好原材料質量的控制。其中，在水泥方面，選用普通硅酸鹽水泥，同時，為加快混凝土凝結速度、降低收縮，需要在水泥中加入適量速凝劑；在砂選用方面，其含泥量不能超過3%，細度模數不能大于2.6；在骨料方面，通過選用碎石材料，粗骨料顆粒直徑不能超過10 mm。

②配合比控制。配合比是影響混凝土本身性能的重要因素，做好配合比控制是一項十分重要的工作。在配合比控制中，首先要做好水泥使用量的控制，過小會引起混凝土回彈量過高；過大則會導致混凝土硬化收縮偏大，一般來說，灰骨比應當控制在1/4以內，水泥使用量不宜超過390 kg/m3；其次，在砂使用量上，通常以50%為宜；第三，水灰比以0.4～0.45之間為宜，可以有效降低混凝土的回彈量和表面粉塵，提高表面的平整度。

③回彈量控制。在濕噴過程中，回彈量應以不超過20%為宜，具體控制方法有：一是做好噴嘴角度與噴射距離的控制，盡量使噴嘴與噴面垂直，兩者距離要在0.7～1.3 m以內；二是做好壓力控制，水壓應稍高于風壓。

④做好質量的檢查。首先，檢查混凝土強度。混凝土強度是混凝土施工質量的重要衡量指標，包括粘結強度、抗拉強度、抗壓強度以及抗疲勞強度，其中，抗壓強度是最為主要的檢查內容，反映出混凝土的耐久性和物理學性能，其檢查方法有多種，包括超聲回彈法、切割鉆芯法等，應用最為普遍的就是切割鉆芯法。在切割鉆芯法中，當混凝土凝結到一定強度時，對其進行鉆孔，制成相應試驗塊，在混凝土養護標準下養護一個月時間，測試其抗壓強度，并對結果進行分析，對于未達到規定要求的情況，需要尋找原因并加以避免。其次，檢查混凝土的厚度。濕噴混凝土施工中混凝土厚度是指其表面與圍巖接觸面的距離大小，檢查的方法主要有兩種，分別是鑿孔法和激光法。在混凝土厚度檢查中，要每隔11 m選取一個檢查點，對于拱頂中線部位，檢測間隔選擇在3.5 m為宜；如果支護采用的是鋼拱架，混凝土噴層會出現縱向波浪，厚度檢查需要在所有斷面噴射完成之后再進行。在厚度檢查后，如果沒有達到相應的要求，需要采取補噴方法解決；如果遇到裂縫、漏筋或者滲水、脫落等情況，需要先查找問題發生原因，再采取針對性措施解決。

4 結 語

通過施工過程的有效控制及施工配合比調整，此工程共噴射混凝土7 180 m3，扣除運輸等損耗，其回彈量控制到了19%，有效的節約了成本。由于噴射混凝土表面平整度較好，二襯混凝土厚度符合設計要求。

綜上所述，高鐵隧道初期支護中應用濕噴混凝土技術，掌握其工藝流程、技術要點與質控措施，對高鐵隧道建設有著重要意義。

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