隧道工程初支濕噴混凝土回彈率控制施工技術研究

熊小鋒

摘要：目前隧道施工隨著施工技術、設備機具及施工理念的發展和改進，隧道初支濕噴混凝土施工工藝具有綜合成本低、社會效益好、環境污染小的特點，契合以人為本、構建和諧社會的現代發展理念，極大的改善了隧道施工環境， 得到了越來越多的推廣和應用，甚至成為隧道初支混凝土施工的規范性選擇，但由于濕噴混凝土不可避免的會產生回彈現象，造成濕噴混凝土浪費，施工成本增加，因此控制隧道初支濕噴混凝土回彈率就成為了隧道施工成本控制的首要工作，本文就隧道初支濕噴混凝土回彈產生的過程和原因進行了分析和研究，確定了控制回彈率的幾個主要因素，為以后隧道初支濕噴混凝土施工回彈率控制提供參考和借鑒。

Abstract： At present， with the development and improvement of construction technology， equipment and tools， and construction concepts for tunnel construction， the wet sprayed concrete construction technology for the initial support of tunnels has the characteristics of low comprehensive cost， good social benefits， and small environmental pollution， which is suitable for ?the modern development concept of people-oriented and building a harmonious society， has greatly improved the tunnel construction environment， and has been more and more popularized and applied. It has even become the normative choice for the initial construction of tunnel concrete. However， due to the inevitable rebound phenomenon of wet sprayed concrete， wet sprayed concrete is wasted and the construction cost increases. Therefore， controlling the rebound rate of the wet shotcrete in the initial support of the tunnel has become the primary work of controlling the construction cost of the tunnel. This paper analyzes and studies the process and cause of springback of the tunnel's initial support wet shotcrete， and determines several main factors to control the rebound rate to provide reference for the rebound rate control of the initial support wet sprayed concrete construction of the tunnel.

關鍵詞：隧道;初支;濕噴;回彈率

Key words： tunnel;initial support;wet spray;rebound rate

中圖分類號：U454 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0148-03

0 ?引言

隨著隧道施工“新奧法”革命性的出現，根據其以錨桿、噴射混凝土為主要支護方法，通過監測控制圍巖的變形，動態修正設計參數和變動施工方法的施工理念，初支混凝土作為永久襯砌的一部分，越來越被重視和研究。

目前混凝土噴射技術主要有干噴和濕噴兩種。干噴過程中水灰比控制不嚴格，混凝土回彈率高，粉塵飛揚、施工環境惡化，嚴重影響施工人員身體健康，干噴施工工藝近年來被逐漸淘汰。改進的濕噴施工工藝成為必然趨勢，得到了廣泛的推廣和應用。濕噴工藝控制水灰比比較嚴格，粉塵污染程度低、回彈率低，有明顯的技術優勢，但仍然有一定程度的回彈導致了混凝土材料的浪費。因此，需要采用技術方法來降低濕噴回彈率，是隧道施工成本管控的極其重要的方面。

1 ?回彈機理分析

根據動量守恒原理，噴射混凝土回彈問題實質上是混凝土顆粒與噴射面的碰撞問題，假設混凝土顆粒被噴射撞擊一個完全剛性噴射面后，且不考慮重力的影響，則沒有動量損失，混凝土顆粒將被噴射面全部彈回，分析有下式：

由此，要想控制回彈率，就必須減少回彈質量，而增加在噴射面上的混凝土動量損失是控制噴射混凝土的有效手段，而控制增加在噴射面上的混凝土動量損失的措施為控制噴射混凝土性能、速凝劑摻量、噴射層厚、風壓、濕噴角度、濕噴距離及施工人員的施工熟練程度等，進行控制隧道初支濕噴混凝土回彈率。

2 ?隧道濕噴工藝性試驗

工藝性試驗方案：

本文以改建鐵路成都至昆明線峨眉至米易段擴能工程老鼻山隧道施工為依托，根據《隧道濕噴混凝土工藝性試驗施工方案》[1]及隧道濕噴混凝土工藝性試驗總體部署和要求，確定老鼻山隧道3號橫洞作為試驗段，通過現場實際施工過程和相關理論為依據，根據《鐵路隧道工程施工技術指南》[2]，基礎試驗參數選定噴射距離0.6～1.8m，隧道拱部和邊墻分開進行進行工藝性試驗，試驗過程中逐步調試噴射距離;噴射角度確定為90°。

初支噴射混凝土采用濕噴工藝，現場濕噴混凝土設備采用大型機械手濕噴機進行施工。

試驗分次進行，試驗采用單一影響因素方式進行，在測試某一參數時，其他因素均采用經驗參數設定，通過收集回收回彈混凝土比重進行統計試驗數據。

3 ?濕噴回彈率影響因素分析

經過多次現場試驗，通過回收和對試驗參數的統計，形成統計結果如下：

綜合分析，可以得出以下幾個方面的結論。

3.1 濕噴混凝土性能

在試驗過程中，混凝土性能主要考慮坍落度、水灰比及粗細骨料配比因素的影響，對比試驗數據分析，噴射混凝土到達施工現場的坍落度宜控制在100mm左右;水灰比宜控制在0.45左右，宜小不宜大;粗細骨料比宜控制在45%。

另外由于現場施工存在不確定因素較多，單就濕噴工藝而言，因其使用專用設備和工藝，對噴射混凝土的性能提出了較高的要求，尤其是到達現場的坍落度的控制，過大噴射后掉塊嚴重，且回彈高，過小不易噴射甚至設備堵管;其次是水灰比，主要是水泥用量，通過數據分析，水泥用量達到要求后再增加對噴射混凝土性能改變不大，綜合考慮成本因素，在滿足要求的情況下的水泥用量即可;再次是粗細骨料配比，設計配比一般是50%，但實際施工過程中，細骨料宜稍多5%控制，有利于噴射和增強混凝土的粘結力;最后骨料的質量也是較為重要的，主要是級配和骨料形狀，級配不好或針片狀骨料太多都會影響混凝土性能和噴射效果。

3.2 速凝劑摻量

速凝劑摻量是控制濕噴混凝土效果的又一重要因素，主要起到噴射后快速凝固減少回彈率的作用，經過試驗統計，速凝劑摻量宜控制在6%左右，現場可根據實際情況適當調整。

同時，速凝劑的性能尤為重要，速凝劑越靈敏，摻量越小，速凝劑效果越差，摻量越大，成本越高。

3.3 一次噴射厚度

濕噴混凝土施工按《鐵路隧道工程施工技術指南》要求，須分層、分區域分別進行噴射施工，且要有一定的時間間隔，此事件間隔根據試驗室確定的濕噴混凝土初凝時間和終凝時間綜合考慮確定，間隔時間太長影響施工效率，太短又無法保證濕噴混凝土的穩定性導致材料浪費和功效降低。單次、單區域濕噴混凝土的厚度以受噴面噴混凝土不掉落為判斷依據。邊墻部分單次、單區域噴射混凝土厚度控制在7～9cm，單次、單區域拱部控制在6～7cm，并保證噴射混凝土表面平整和厚度均勻。

3.4 噴射風壓

隧道初支濕噴混凝土工藝是利用空氣壓縮機提供的風壓充當混凝土噴出動力，噴射風壓要匹配噴射速度，以利于控制噴射混凝土的密實度。風壓過大導致噴射速度過快，噴射混凝土回彈率增加;風壓過小導致噴射速度過慢，造成噴混凝土密實度差而影響混凝土強度。施工時注意開始風壓達到0.5MPa后，才能開始噴射混凝土施工，并據隧道初支受噴面的回彈情況適時調整風壓。根據現場工藝試驗結果，邊墻風壓控制在0.35～0.55MPa，拱部風壓控制在0.45～0.7MPa。

3.5 噴嘴與受噴面的角度和距離

根據現場工藝性試驗過程及反映的實際效果情況來看，噴嘴與受噴面的角度盡可能的控制在90°效果最佳，實際在拱部施工過程中，由于拱部空間及現場其他因素的影響，導致濕噴角度難以達到垂直噴射，導致濕噴混凝土回彈量增加。因此，實際施工時應盡量保證垂直噴射。噴射距離方面，噴嘴與受噴面的距離控制在1.0m，距離太大導致噴射出的混凝土到達受噴面速度太小而影響密實度，距離太小導致噴射出的混凝土到達受噴面的速度太大而增加回彈量，造成成本浪費。

3.6 施工人員的熟練程度

施工人員的熟練程度能很大程度上決定了濕噴混凝土的回彈率的大小和外觀質量的好壞。隧道初支噴射混凝土施工時，應按照分段、分部、分層逐步進行施工，噴射時先將低洼處大致噴平后自下而上順序分層、往復噴射，分段長度不宜大于3m。

4 ?濕噴回彈率控制要點

通過老鼻山隧道3號橫洞多次試驗、實踐和分析總結，在施工過程中除了上述影響因素外，現場不同階段的其他不確定的影響因素依然很多，均不同程度的影響濕噴混凝土的回彈率和施工質量。

4.1 施工準備階段

噴射混凝土前，對受噴巖面進行不利因素處理完成后再噴射混凝土，噴射混凝土施工過程應連續進行，并做好以下幾個方面的準備工作：

①清理受噴面的巖渣、石屑及其他異物，保證噴射混凝土與背后圍巖粘結牢固，讓噴射混凝土形成的初支與圍巖共同受力。

②施工前對機具設備和風、水、電等管線路進行完好性檢查，并進行試運轉，保證施工時正常運轉。

③按照劃定的區域分拱部和邊墻部分，采用標有刻度的鋼筋頭作為噴層厚度的參照標志，邊墻部分單次、單區域噴射混凝土厚度控制在7～9cm，單次、單區域拱部控制在6～7cm，標志間距為環縱向1×1m設置。

④如掌子面圍巖有涌水、滲水或潮濕情況時，施工前應按不同方法先處理后施工：

1）掌子面或者受噴面有股水時按照先睹后排、排堵結合的方式將股水引流，集中抽排，不得影響現場施工安全和噴射混凝土施工質量。

2）掌子面或者受噴面大面積潮濕時，采用混凝土粘結性強的配合比配制噴射混凝土，增強混凝土與受噴巖面的粘結性;另外也可在混凝土中摻入高效減水劑或提高減水劑摻量，以求混凝土噴出后能快速凝結。

4.2 攪拌運輸階段

對混凝土進場原材料進行嚴格檢測，確保原材料滿足質量驗收標準要求，對原材料的實際含水量及各項質量控制指標進行嚴格檢測，拌制濕噴混凝土時嚴格按照設計、施工配合比進行拌合，確保噴射混凝土的使用及質量性能?；炷列阅苤饕紤]坍落度、水灰比及粗細骨料配比因素的影響，對比試驗數據分析，噴射混凝土到達施工現場的坍落度宜控制在100mm左右;水灰比宜控制在0.45左右，宜小不宜大;粗細骨料比宜控制在45%。

混凝土運輸時應加強施工組織和工序交接，確?；炷吝B續供應，盡量避免因組織失誤或銜接不暢導致斷料的情況，造成混凝土浪費或濕噴機械堵管。

4.3 施工階段

噴射混凝土施工時，應按照分段、分部、分層逐步進行施工，噴射時先將低洼處大致噴平后自下而上順序分層、往復噴射，分段長度不宜大于3m;速凝劑摻量宜控制在6%左右，現場可根據實際情況適當調整;邊墻風壓控制在0.35～0.55MPa，拱部風壓控制在0.45～0.7MPa;噴嘴與受噴面的角度盡可能的控制在90°;噴嘴與受噴面的距離控制在1.0m;邊墻部分單次、單區域噴射混凝土厚度控制在7～9cm，單次、單區域拱部控制在6～7cm，并保證噴射混凝土表面平整和厚度均勻。

4.4 進行試驗段和總結

由于每個項目或工點實際情況不一樣，不同的影響因素對濕噴混凝土效果影響程度也不同，紛繁復雜。因此，濕噴混凝土在大面積施工前，應逐個工點進行工藝性試驗，總結出一套適合現場施工的技術參數，將濕噴混凝土的回彈率控制在最佳的程度。

5 ?結束語

隧道初支濕噴混凝土是一種全新的施工工藝和施工方法，根據《鐵路隧道工程施工技術指南》和《鐵路隧道工程施工質量驗收標準》[3]，對于濕噴混凝土只給出了相關因素的范圍，有些因素還規定的范圍比較寬泛，且影響因素眾多，現場施工難以控制，為更好的控制濕噴混凝土回彈率，控制施工成本，唯有不斷的進行工藝性試驗和總結，確定一套符合現場實際情況的最佳技術參數，不斷優化，動態修正，多方論證，精心計算，合理部署，嚴格施工，方能達到最佳效果。

參考文獻：

[1]中鐵十二局老鼻山隧道3號橫洞初支濕噴混凝土工藝性試驗方案[G].

[2]鐵路隧道工程施工技術指南.TZ 204—2008[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[3]鐵路隧道工程施工質量驗收標準.TB 10417—2008[S].北京：中國鐵道出版社，2016.