濕噴混凝土在隧道支護(hù)施工中的應(yīng)用

杜 慶 宏

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

在隧道施工中，隧道混凝土噴射是保障隧道施工安全的基礎(chǔ)，是隧道工程都會面臨的重點課題。噴射混凝土的施工質(zhì)量容易得到保障。近年來，濕噴工藝逐步取代干噴工藝，成為公路、鐵路、水工隧道施工主要噴射工藝。

在濕噴作業(yè)中，傳統(tǒng)的小型濕噴機械生產(chǎn)效率低，工人勞動強度大，骨料的反彈及噴射產(chǎn)生的粉塵對施工人員健康有極大危害，且噴射質(zhì)量主要靠工人的技術(shù)水平進(jìn)行控制，混凝土回彈率高。隨著機械化程度的不斷提高及對施工質(zhì)量和效率的要求，采用噴射速度快、機械化程度高、回彈率低的大型噴射混凝土機械手將成為隧道施工的發(fā)展方向。機械手濕噴混凝土具有施工作業(yè)環(huán)境好、回彈小、可精確控制水灰比和外加劑、施工質(zhì)量優(yōu)、施工效率高等特點。

1 概述

隧道濕噴的目的在于為整個隧道工程施工提供初期支護(hù)能力，確保后續(xù)施工安全，特別對于大斷面特長公路隧道工程尤為重要。大型專業(yè)機械化配套組織施工有效解決了傳統(tǒng)小型濕噴機不能滿足長大隧道混凝土噴射的不足，較大改善了隧道內(nèi)噴射施工人員的工作條件(見圖1，圖2)，增進(jìn)了施工效率，減少了混凝土消耗量，切實確保施工品質(zhì)，符合綠色環(huán)保的施工理念。

采用機械手進(jìn)行濕噴混凝土在于實現(xiàn)了混凝土噴射的全過程電腦自動控制。在使用機械手濕噴過程中，先按施工配比將拌和均勻的含有水泥、骨料、添加劑等的混合料運至施工現(xiàn)場，再加入專用噴射機將其泵送至噴頭處進(jìn)行與速凝劑的均勻混合，最后使用高壓空氣噴射至受噴面(見圖3)。

機械手噴射混凝土的附著力好、密實度高，質(zhì)量可控性高、強度較干噴混凝土高出20%左右，噴射后的混凝土表面平順性好。噴射回彈率低，回彈率可控制在15%以內(nèi)，傳統(tǒng)濕噴的回彈率高達(dá)30%～40%。施工機械手濕噴工藝的施工速度快，機械化程度高，操作人員勞動強度低。作業(yè)環(huán)境好，也較安全。適用性廣，可用于鐵路、公路及水工隧道噴射混凝土施工。

2 原材料質(zhì)量控制

噴射混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)之一在于原材料質(zhì)量。在施工中，做好原材料質(zhì)量控制，須嚴(yán)格堅持先質(zhì)檢合格后使用的原則進(jìn)行。

1)水泥。要求采用強度等級不小于42.5 MPa的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。進(jìn)場后按規(guī)定頻率進(jìn)行抽檢，使用前須確保質(zhì)量檢測合格。

2)粗骨料。采用的碎石應(yīng)堅硬耐久。為確保拌和后混凝土的粘附性、流動性及可噴射性，要求使用的連續(xù)級配碎石的最大粒徑應(yīng)控制在15 mm以內(nèi)，其中的含泥量按1%以內(nèi)進(jìn)行控制。

在進(jìn)行碎石選擇時，須注意對具有潛在堿活性碎石須嚴(yán)格禁止選用。還須注意，對于使用的速凝劑為堿性時，石料中含有活性二氧化硅的不得使用。

3)細(xì)骨料。采用的中砂或粗砂須堅硬耐久，要求具有2.5以上的細(xì)度模數(shù)，將含水率按5%～7%范圍進(jìn)行控制。將粒徑在0.075 mm以下顆粒控制在20%以內(nèi)。其中的含泥量按3%以下進(jìn)行控制，泥塊含量不應(yīng)大于1%。

4)速凝劑。宜采用液體速凝劑，做好摻量的嚴(yán)格控制。速凝劑應(yīng)妥善保管，防止受潮變質(zhì)。

速凝劑須進(jìn)行凝結(jié)效果試驗確定初終凝時間。要求采用的速凝劑初凝時間應(yīng)在5 min以內(nèi)，終凝時間在10 min以內(nèi)。

5)水。進(jìn)行質(zhì)量檢測，確保不含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)，一般普通自來水即可。

3 施工工藝

在某隧道施工中，該隧道施工段落長2 630 m，地質(zhì)以Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級圍巖為主，工期壓力大。采用大型專業(yè)機械化配套組織初期支護(hù)施工，容易發(fā)揮機械手濕噴混凝土的優(yōu)勢，確保施工質(zhì)量。

在施工設(shè)計中，要求正洞采用噴射C25混凝土作為初期支護(hù)，采用機械手濕噴工藝。在洞外集中拌合噴射的混凝土，由運輸車輸送運至噴射點，由濕式噴射機進(jìn)行初噴和復(fù)噴。即開挖后檢查無欠挖即進(jìn)行初噴，安裝好錨桿、鋼筋網(wǎng)片及鋼支撐后，進(jìn)行復(fù)噴至設(shè)計厚度。

3.1 噴射前準(zhǔn)備工作

主要進(jìn)行：組織施工人員進(jìn)行熟悉圖紙及相關(guān)規(guī)范要求工作；提前將施工材料運至現(xiàn)場后進(jìn)行質(zhì)量檢驗，確保滿足原材料各項指標(biāo)要求。預(yù)先進(jìn)行噴射混凝土厚度控制的標(biāo)志設(shè)置，其中使用最多的是埋設(shè)鋼筋頭做標(biāo)志。進(jìn)行風(fēng)、水、電等管線路和機具設(shè)備等是否運轉(zhuǎn)正常的檢查。在進(jìn)行受噴巖面處理時，一般用高壓水沖洗受噴面后，再用高壓風(fēng)吹凈巖面，確保混凝土與受噴巖面粘結(jié)牢固。對于受噴面為泥、砂質(zhì)巖面的情況，應(yīng)將細(xì)鋼筋網(wǎng)密貼受噴面掛設(shè)并錨固，與噴射的混凝土共同作用，以確保混凝土附著力。

3.2 拌和運輸

采取具有全自動計量性能的攪拌機進(jìn)行濕噴混凝土的拌和作業(yè)，堅持做到隨用隨拌。在拌和操作中，須嚴(yán)格按施工配合比進(jìn)行，在噴射機喂料時加入速凝劑。每盤稱量的原材料允許偏差應(yīng)符合表1規(guī)定。

表1 原材料允許偏差

在施工中，須嚴(yán)格做好混合料水灰比控制，對于速凝劑的注入狀況要進(jìn)行經(jīng)常性檢查。噴射混凝土拌合物的停放時間應(yīng)控制在30 min以內(nèi)。采用運輸罐車將拌合物運至施工現(xiàn)場。在運輸途中，要采取有效措施確保混合料質(zhì)量，防止混凝土出現(xiàn)離析、水泥漿流失等。在進(jìn)行混合料噴射過程中，為實現(xiàn)不間斷濕噴，要專人組織進(jìn)行運料車的運力調(diào)度。

3.3 混凝土噴射

在隧道開挖后須及時進(jìn)行濕噴作業(yè)。

在混合料噴射作業(yè)時，噴射順序應(yīng)自下而上進(jìn)行，依據(jù)分段、分片、分層的原則連續(xù)作業(yè)，要求將分段長度控制在6 m以內(nèi)。對于低洼部位應(yīng)先大致噴平。噴錨施工順序見圖4。

進(jìn)行分段噴射作業(yè)時，應(yīng)在上次噴射的混凝土上預(yù)留一定寬度的斜面。一般將預(yù)留的斜面寬度控制在200 mm～300 mm，在斜面上噴射混凝土須使用壓力水預(yù)先進(jìn)行潤濕。進(jìn)行分片噴射作業(yè)時，應(yīng)先進(jìn)行鋼架與壁間混凝土的噴射，再進(jìn)行鋼架間混凝土的噴射。邊墻混凝土的噴射應(yīng)從墻腳開始向上噴射。

進(jìn)行分層噴射作業(yè)時，待前層噴射的混凝土終凝后方可進(jìn)行后層的噴射。每層噴射厚度須均勻，一般邊墻部位按每層7 cm～10 cm進(jìn)行控制，拱部按5 cm～6 cm進(jìn)行控制。對于進(jìn)行頂部混凝土噴射時，兩次的間隔時間應(yīng)控制在2 h～4 h。

在噴射作業(yè)中，為保證混凝土壓實度，須合理進(jìn)行風(fēng)壓控制，及時根據(jù)噴嘴出料情況進(jìn)行風(fēng)壓調(diào)整。一般邊墻風(fēng)壓控制在0.3 MPa～0.5 MPa，拱部風(fēng)壓控制在0.4 MPa～0.65 MPa。

在噴射作業(yè)過程中，為確保混凝土噴射質(zhì)量，獲得最大壓實和最小回彈，一般將噴嘴與受噴面間的距離控制在1.5 m～2.0 m，噴射角度盡可能接近90°，不得小于70°。

3.4 養(yǎng)護(hù)

當(dāng)混凝土噴射終凝2 h后，進(jìn)入灑水養(yǎng)生期。當(dāng)氣溫低于5 ℃時，不得進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。濕噴混凝土養(yǎng)生期應(yīng)不少于14 d。

在混凝土養(yǎng)生期結(jié)束后，其表面應(yīng)密實平整，無裂縫。

4 質(zhì)量控制要點

在施工中，為確保施工質(zhì)量，應(yīng)從以下方面采取措施，做好質(zhì)量控制：

1)混凝土配合比通過試驗合理確定。一般應(yīng)符合下列規(guī)定：膠骨比1∶4～1∶5，水膠比0.40～0.50，砂率50%～60%，膠凝材料用量不小于400 kg/m3。坍落度按8 cm～13 cm進(jìn)行控制，確保其具有良好的流動性。

2)在混凝土拌制前，應(yīng)進(jìn)行砂、石含水率測定，并進(jìn)行材料用量調(diào)整及施工配合比微調(diào)。

3)在噴射過程中，應(yīng)及時進(jìn)行混凝土回彈率和實際配合比檢查。側(cè)壁回彈率不應(yīng)大于15%，拱部為25%。

4)嚴(yán)格按預(yù)埋的厚度控制標(biāo)志進(jìn)行混凝土厚度控制。

5)噴射作業(yè)結(jié)束后，用錘敲擊進(jìn)行混凝土與巖面粘結(jié)情況檢查，同時測量其平整度和斷面。應(yīng)及時鑿除發(fā)現(xiàn)的空鼓、脫殼等，將鑿面濕潤后及時進(jìn)行復(fù)噴。

6)為確保混凝土噴射質(zhì)量，要求施工現(xiàn)場氣溫和混合料進(jìn)入噴射機的溫度不得低于5 ℃。在冬期施工時，濕噴作業(yè)不得在結(jié)冰層面上進(jìn)行，洞口作業(yè)須采取必要的防凍保暖措施。混凝土強度未達(dá)到6 MPa前，不得受凍。

7)按設(shè)計要求及時進(jìn)行噴射混凝土的厚度和表面平整度檢查，要求噴射的混凝土平均厚度大于設(shè)計厚度，檢查點位的最小厚度應(yīng)達(dá)到設(shè)計厚度的2/3以上，允許的表面平整度偏差應(yīng)控制在100 mm以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐友剛.淺議隧道濕噴機械手施工要點[J].工業(yè)C，2015(3):6.

[2] 汪 蒙.混凝土機械手濕噴技術(shù)在長大隧道中的應(yīng)用研究[J].工程技術(shù)(全文版)，2017(2):67-68.