隧道工程噴射混凝土質量控制

孫永旺 董巍

摘 要：文章結合大連至旅順中部通道工程第五標段隧道施工實踐，介紹了隧道初期支護噴射混凝土施工工藝，并對施工過程中的材料控制措施和施工控制措施進行了分析，對施工時遇到的一些質量問題提出了應對措施，保證了隧道工程噴射混凝土施工質量，取得了良好的施工效果，值得類似工程借鑒和參考。

關鍵詞：噴射混凝土 外加劑 質量控制

1.隧道概況

大連至旅順中部通道工程5號隧道工程在施工過程中，設計使用分幅式路基從山體穿越，南線隧道和北線隧道設計線路平面距離為25.6～45.3m，隧道總長度為761m，東側洞口的縱坡為1.6%，西洞口0.85%，最大埋深為138.0m；北線隧道的總施工長度為790m，東洞口的縱坡為1.6%，西洞口0.85%，最大埋深138.0m。

本工程場地內主要分布第四系坡積含碎石粉質粘土，中、薄層石英巖夾板巖、薄層狀板巖夾石英巖。強風化石英巖夾板巖手可折斷，遇水易崩解；中風化石英巖夾板巖節理裂隙發育～較發育，巖體破裂～較完整，所夾板巖厚度變化較大，且分布無規律。本標段地層內不存在構造斷裂帶。

地表水主要為大氣降水。本場地內地下水不發育，屬潛水，主要賦存與基巖裂隙中，主要補給來源為大氣降水。

2.隧道噴射混凝土質量問題

（1）在進行混凝土噴射施工時，混凝土材料中用到的膠凝材料比較多，含砂率較高，并且會加入一定的速凝劑，導致混凝土的收縮變形值相對來說比較高。

（2）隧道施工時設計的配比不合理，進場原材料不符合要求；噴射混凝土與圍巖粘結不良；松動危石未清除或清理不徹底；混凝土養生不及時或時間不足；受開挖作業沖擊和震動的影響；混凝土厚度不符合要求等。

3.隧道噴射混凝土質量控制

3.1噴射混凝土原材料的選擇與控制

為確保噴射混凝土施工的質量，首先要確保進場原材料的質量與正確使用。

（1）水泥：施工過程中可以使用普通硅酸鹽水泥，由于水泥中C3S和C3A的含量比較大，凝結速度相對來說也更快。并且使用普通硅酸鹽水泥和速凝劑的相容性更佳。水泥的強度等級最好選用42.5MPa。

（2）集料：要選擇耐久、堅硬的碎石或卵石作為粗集料，要求粗集料中泥塊的含量要控制在0.5%內，含泥量要控制在1%內。為了防止顆粒直徑過大出現堵塞管路的情況，顆粒直徑要控制在16mm以內。使用耐久、堅硬的粗砂或中砂作為細集料，細度模數要保持在2.5～3.0以內。泥塊的含量要控制在1%內，含泥量要控制在3%內，如果選用的速凝劑中含有堿，那么在使用集料之前需要通過試驗分析堿的活性，保證混凝土不會出現堿-硅酸的反應危害。

（3）外加劑：在進行隧道噴射混凝土施工時，減水劑可以在一定程度上提升混凝土強度，并使混凝土具有良好的工作性能。速凝劑可以在短時間內提升混凝土的強度，并降低粉塵量和回彈梁，避免因重力因素導致混凝土出現剝落的情況，并且可以使噴射混凝土施工時間縮短。

（4）水：拌合用水要清潔，不能含有影響噴射混凝土性能的雜質。

原材料的選擇情況見表1。

3.2噴射混凝土配合比的選用與控制

在設計噴射混凝土的配合比是，出了要求達到設計值外，還要求混凝土具有較低的回彈梁和良好的工作性能。本工程在進行設計時，嚴格按照現場的實際情況以及《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范》中的相關要求來對水膠比、水泥使用梁、砂率、坍落度等設計參數。

（1）水泥用量：根據經驗要求，水泥的使用量要保持在400～450kg/ m3，如果水泥的使用量過少，那么會導致回彈梁過大，導致混凝土初期的強度增長速度過慢，如果使用的水泥量過多，會降低噴射混凝土的回彈量，增強混凝土強度。但是如果水泥的使用量過大，還會造成施工成本變大，在施工時產生比較多的粉塵，并且混凝土出現應用時會導致收縮梁增大，所以，可以適量摻入礦粉、粉煤灰等摻合料。除了可以使成本得到降低 ，并且還可以使用混凝土的回彈梁和收縮裂縫降低，進而提升盆和混凝土的致密性和強度。

（2）砂率：通過試驗分析，綜合考慮噴射混凝土的力學性能和工作性能，需要將砂率保持在50%～60%之間。如果設計的砂率過小或者過大都很容易造成管道堵塞。當含砂率過大時，會降低粗集料的含量，噴射過程中會影響混凝土沖擊振搗力，影響混凝土的密實度，降低混凝土的強度。當砂率含量過小時，噴射混凝土的回彈量會增加，并增強了混凝土的強度離散性。本工程用不同砂率比較混凝土狀態得到數據見表2。

（3）坍落度：為保證噴射混凝土的工作性，其坍落度宜控制在90～130mm。

本工程最終選定C25噴射混凝土的配合比為：水泥﹕粉煤灰﹕細集料﹕粗集料﹕減水劑﹕速凝劑﹕水=1﹕0.25﹕2.65﹕2.45﹕0.011﹕0.038﹕0.51；其3d和28d強度分別是15.8MPa和34.2MPa。

3.3噴射混凝土施過程控制

本工程噴射混凝土均采用濕噴工藝，施工工藝流程具體如下：前期準備→洞室巖石表面清理→攪拌站布置→砂、石、水泥、水→拌合→裝運噴料→加外加劑→砼噴射機→現場濕噴→綜合檢查→結束。

噴射混凝土在施工前應做好前期準備工作，在施工過程中更應控制好風壓、噴射角度、噴射距離、噴射方法和噴射厚度等參數。經過對5號隧道噴射混凝土現場試驗得到以下注意事項：

（1）在混凝土噴射施工之前，需要對危石進行處理，并使用高壓風或高壓水將受噴面的浮渣清除干凈。

（2）在進行噴射作業時，要求風源位置工作風壓保持在0.4～0.55Mpa。在拱部施工時可適當提高工作風壓至0.5～0.6MPa。

（3）混凝土噴射作業的過程中，噴射的距離和角度會對混凝土的施工質量造成比較大的影響，所以在進行混凝土噴射過程中，要盡可能使受噴面和噴嘴之間的角度成90°，在拱架處噴嘴可適當傾斜避免產生空洞。受噴面和噴嘴之間的距離要控制在60～100cm，如果噴射過程中噴射角度不垂直或者噴射距離過大，那么會對混凝土密度和回彈量造成影響。

（4）混凝土噴射施工時，要分塊、分部、分段開展，并按照先墻后拱、先慢后快、從下到上的順序進行連續噴射，通過按照從下到上的順序進行噴射，可以防止上部松散回彈料噴射過程中對下部未噴射的巖面造成污染，而且下部混凝土噴射完成后會對上部噴射的混凝土起到支撐的作用。在進行噴射作業過程中，要按照螺旋繞圈的軌跡進行噴射，每一圈要壓住前面半圈，繞圈的直徑控制在 40cm左右，對于出現比較大的凹洼處，則需要先將其噴平。

（5）在進行混凝土噴射作業時，需要按照設計的厚度分層進行噴射，噴射作業之前需要先將需要噴射的混凝土厚度標志設置好，邊墻每次的噴射厚度控制在7～10mm，拱部位置每次的噴射厚度控制在5～6mm，如果首次的噴射厚度過薄，那么會影響粗集料黏結的牢固性，并使回彈量增加。如果首次噴射的厚度過厚，則會導致混凝土內部出現比較多的空隙，降低混凝土的結構強度。嚴重時在自重作用下會導致混凝土下墜而出現大面積剝落的情況。

（6）在進行混凝土噴射時，回彈料要按照廢料處理，不能重新將其作為噴射材料。

（7）混凝土噴射作業完成后，需要在終凝兩個小時后灑水養護，持續養護時間為7天以上，養護期間要持續保持混凝土表面濕潤。

總而言之，混凝土噴射時一種新型的支護結構，凝結成的結構層會在一定程度上對圍巖進行保護。在施工過程中，需要嚴格按照質量要求進行施工操作，保證施工質量可以達到要求，從而使混凝土隧道支護體系的作用可以充分發揮出來。

參考文獻：

[1]GB 50086-2015.巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2016.

[2]JTG/T F60-2009.公路隧道施工技術細則[S].北京：人民交通出版社，2009.