論無堿速凝劑噴射混凝土施工

陳黎立，李明建，張德方

（1.北京中鐵誠業工程建設監理有限公司，北京100077；2.昆明鐵路局集團滇南鐵路有限責任公司，昆明650000）

1 工程概況

本次試驗隧道采用復合式襯砌，初期支護采用噴錨支護，噴混凝土采用機械手濕噴工藝。該試驗段施作部位為拱墻（Ⅳb），厚度25cm，設計強度C25。

2 施工準備

施工準備包括以下幾方面：

1）技術交底。組織施工人員、監理人員進行技術交底，對參加施工人員進行崗前技術培訓，強調施工中控制重點及各工種的配合工作，并對相關工作進行部署。

2）機械儀器設備配置。挖機1 臺，空壓機4 臺，混凝土罐車2 臺，濕噴機械手CHP25B 1 臺，溫度測試儀1 臺，全站儀1 臺，坍落度筒2 套，大板試模10 組，貫入儀1 臺。

3）人員配置。現場監理1 人，試驗監理2 人，施工單位管理人員1 人，技術人員2 人，測量2 人，質檢員1 人，安全員1 人，試驗員4 人，電工1 人，施工工人8 人。

4）施工作業面檢查。施工作業面檢查包括：（1）檢查機具設備和風、水、電等管線路，并試運轉，確保作業區內有良好的通風及照明；（2）清除松動巖塊和墻腳巖渣、堆積物，并向料斗加水沖洗受噴面（當巖面受水容易潮解、泥化時，只能用高壓風清掃）；必須從頂部工作面往下清潔；（3）檢查開挖斷面凈空尺寸；進行超欠挖處理；（4）檢查綜合接地（接錨桿）是否符合設計要求；（5）設置控制噴射混凝土厚度的標志；（6）巖面如有滲漏水必須予妥善處理[1～3]。

5）噴射混凝土配合比。噴射混凝土理論配合比（速凝劑摻量6%）原材料包括：P·O42.5、機制砂粗砂、5～10mm 碎石、灰巖、PCA-I 緩凝型、SBT-RMA（III）、無堿、SBT-N（I）。理論配合比（質量比kg）：水泥∶細骨料∶粗骨料∶減水劑∶防腐劑∶水∶速凝劑=500∶999∶79∶5∶30∶147：30。

3 施工過程及控制

3.1 開挖斷面檢測

對開挖斷面平整度、開挖厚度等進行檢查，使用斷面儀檢測開挖斷面是否滿足要求，上臺階DK304+016.4～DK304+018.8 立架2 榀，進尺2.4m，整體超挖較小，右側邊墻局部超挖約50cm。

3.2 拌和站原材料檢測

水泥使用普通硅酸鹽水泥，檢測其比表面積、安定性，凝結時間、3d 強度均滿足鐵路驗標要求；細骨料采用機制砂，經檢測細度模數3.1，Ⅱ區粗砂，石粉含量5.4%，有機物含量、輕物質、壓碎值均滿足鐵路驗標要求；粗骨料采用級配良好的5～10mm 碎石，含泥量0.8%，表觀密度、緊密密度滿足、泥塊含量均滿足鐵路驗標要求；速凝劑采用SBT-N 型（I）無堿速凝劑凝結時間、抗壓強度比、均滿足鐵路驗標要求；減水劑采用PCAI（T）型聚羧酸系緩凝型高性能減水劑減水率28%，泌水率比、坍落度經時損失、抗壓強度比均滿足驗標要求。

3.3 施工配合比

根據現場測試砂、石含水率計算施工配合比，水泥∶細骨料∶粗骨料∶減水劑∶防腐劑∶水∶速凝劑=500∶1071∶738∶5∶30∶66∶30，因速凝劑在施工現場摻入，可根據噴射部位不同進行適當調整[4]。

3.4 混凝土拌和物性能測試

2019 年7 月5 日21：27 第一車混凝土攪拌完成，在拌和站完成出機坍落度試驗，現場實測坍落度為210mm，21：45 第一車混凝土到達施工現場，進場坍落度試驗，現場實測坍落度為195mm（設計坍落度160～200mm），符合設計要求，第一車噴射部位主要位置為線路右側邊墻至拱腰部分，雖到現場時拌和物性能能滿足施工要求，但坍損稍大，通知拌和站進行調整。

22：38 第二車混凝土攪拌完成，在拌和站完成坍落度試驗，現場實測坍落度為205mm，23：05 第二車混凝土到達施工現場，進場坍落度試驗，現場實測坍落度為190mm，和易性良好，符合設計要求，第二車噴射部位主要位置為線路左側邊墻至拱腰部分，因第二車噴射后基本進入拱頂部分，通知拌和站調整坍落度。

22：49 第三車混凝土攪拌完成，在拌和站完成坍落度試驗，現場實測坍落度為200mm，23：25 第三車混凝土到達施工現場，進場坍落度試驗，現場實測坍落度為185mm，和易性良好，符合設計要求，第三車噴射部位主要位置為拱腰至拱頂部分。

3.5 施工機具選擇及噴射施工

3.5.1 噴射混凝土機械手及操作手

本次噴射混凝土選用濕噴機械手，生產廠家：中鐵五新，型號：CHP25B，速凝劑摻量為數控數顯，操作手對機械手操作熟練，性能熟悉，對噴射作業熟練掌握。本次機械手選型對于普通濕噴機的優勢在于速凝劑摻量智能化，普通濕噴機以公式計算刻度代表速凝劑摻量（刻度為在0～8，摻量有時未能達到所需速凝劑摻量）；混凝土濕噴機械手作業時，施工人員少（3 人）且人員可站在初期支護完成部位，利用遙控裝置對噴射進行控制，提高了施工安全性。另一方面，目前新配置的濕噴機械手噴射速度快，噴射混凝土能夠快速凝固并形成穩定的支護體系，有效地保證了初支施工的安全。

3.5.2 施工噴射作業控制

1）噴射順序與一次噴射厚度

試驗前用高壓風水沖洗受噴面，埋設鋼筋頭控制噴砼厚度。噴射作業分段、分片、分層，由下而上、由內自外進行，分段長度不宜超過6m，如有較大凹洼處，應先噴射填平。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的黏結力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持噴層厚度均勻[5]。

2）風壓與噴嘴角度

噴射速度要適當，以利于混凝土的壓實。風壓過大，噴射速度增大，回彈增加；風壓過小，噴射速度過小，壓實力小，影響噴混凝土強度。因此，在開機后要注意觀察風壓，起始風壓達到0.5MPa 后，才能開始操作，并據噴嘴出料情況調整風壓。一般工作風壓：邊墻0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。

噴射時使噴嘴與受噴面間保持適當距離，噴射角度盡可能接近90°，以使獲得最大壓實和最小回彈。噴嘴與受噴面間距宜為1.5～2.0m；噴嘴應連續、緩慢作橫向環行移動，一圈壓半圈，噴射手所畫的環形圈，橫向40～60cm，高15～20cm；若受噴面被鋼架、鋼筋網覆蓋時，可將噴嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果噴嘴與受噴面的角度大小，會形成混凝土物料在受噴面上的滾動，產生出凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響噴混凝土的質量。本次噴射混凝土厚度為25mm，噴射完成時，操作手利用噴嘴風壓對噴射面平整度進行修整。整個過程噴射混凝土30m3，共噴射3 車。

3）速凝劑摻量控制

邊墻噴射時因其噴射面較垂直，混凝土受自重或地球引力較小，速凝劑摻量約3%～4%；而邊墻至起拱線部位速凝劑摻量約4%～5%，拱頂混凝土噴射因混凝土受自重或地球引力較大，易掉落，為防止混凝土回彈量大導致混凝土強度不足，噴射厚度不足，因此，起拱線至拱頂速凝劑摻量約5%～7%。

3.5.3 回彈量收集

噴射前邊墻下鋪設彩條布以收集混凝土回彈料。整個噴射過程設備運轉正常，出料順暢，無異常現象。噴射混凝土總方量為30.0m3（73 200kg），收集現場回彈料為9 516kg，計算得出回彈量為13.0%，滿足規范設計要求。

4 工藝試驗結果檢測

工藝試驗結果檢測包括：（1）混凝土強度檢測。通過試驗，噴射混凝土1d 強度為11.7MPa，大于10MPa，滿足要求。留置的C25 噴射混凝土試件，7d 強度為23.8MPa，14d 強度為34.0MPa，28d 強度分別為37.9MPa，滿足設計要求。通過本次試驗，使用無堿速凝劑噴射混凝土后期強度較高，7d 強度達到設計強度的95.2%，14d 強度達到設計強度的136%，28d 強度達到設計強度的151.6%。（2）噴射混凝土厚度、平整度檢測。通過初支檢測打孔驗證噴射混凝土無脫空，厚度滿足要求。

5 工藝試驗效果

5.1 無堿速凝劑對初期支護混凝土的作用

使用無堿速凝劑噴射混凝土，噴射過程中粉塵濃度較高堿速凝劑混凝土低，能見度較好，且對作業工人損害比高堿速凝劑混凝土小，且使用機械手提高作業效率，工人施工的積極性得到提高，有利于提高隧道施工進度，且因無堿速凝劑混凝土后期強度較高，確保初期支護混凝土強度。

5.2 機械設備配套對初期支護混凝土的作用

使用合適的機械設備（如機械手），不僅能提高工作效率，較普通濕噴機需要的工人人數少，且遠距離操作，對作業人員的身體損害稍低；速凝劑摻量的數控數顯，有效控制其摻量等。有效選擇施工設備不僅節約成本，提高工人效率，有效地加快施工進度，確保工程實體質量。

5.3 強有力的管理，協調工作到位

任何項目的根本在管理，管理者的意識及管理協調能力主導整個項目的成敗。本次試驗段的成功，管理者對技術交底到位、各項作業協調統一起到了至關重要的作用。

6 結語

本次初期支護無堿速凝劑噴射混凝土試驗段，原材料、混凝土拌和物性能、強度、回彈量、厚度、平整度等均符合設計及規范要求。根據初支混凝土現狀，需持續保持試驗段時的各項作業配合及管理者持續管理，確保混凝土質量。