噴射混凝土在隧道施工中的應用

劉鴻森

（東莞市天仁混凝土有限公司，廣東東莞 523000）

0 前言

噴射混凝土屬于隧道工程施工核心部分，涉及的技術(shù)內(nèi)容相對較多，復雜性較為突出。因而，綜合分析隧道施工實踐中噴射混凝土的有效應用，有著一定的現(xiàn)實意義和價值。

1 項目工況

某項目隧道工程所在區(qū)域呈較大地形起伏狀態(tài)。隧道上部分地表有棕紅色與褐黃色土壤，是相對致密的結(jié)構(gòu)。因圍巖受地質(zhì)構(gòu)造層面影響，發(fā)育了眾多裂隙，地下水較為豐富。施工作業(yè)期間，內(nèi)部豐富的裂隙水逐漸滲透至洞身，影響隧道施工作業(yè)。對此，本文以該隧道項目工程為例，進行隧道施工實踐中噴射混凝土的實例分析。

2 實踐應用

該項目距離混凝土公司約16km，攪拌車運輸時間約40min，綜合運輸線路及項目周邊的具體情況，對原材料選擇、配合比設(shè)計進行反復驗證。

2.1 在選定材料選層面

（1）在膠凝類型材料層面。選定華潤水泥廠生產(chǎn)的水泥，為42.5R潤豐牌普通的硅酸鹽類型水泥，表1是水泥相關(guān)性能指標。

（2）礦物摻合料，選用沙角電廠的粉煤灰，表2為性能指標。

（3）在選定粗骨料層面。選定連續(xù)性級配碎石，公稱最大10mm粒徑，0.5%的含泥量，泥塊含量0.2%，針片狀的顆粒含量10%。

（4）在選定細骨層面。Ⅱ區(qū)的天然中砂，2.6的細度模數(shù)，泥含量1.4%，泥塊含量0.2%。

（5）外加劑采用紅墻新材料公司生產(chǎn)的CSP-11型高效減水劑。速凝劑：無堿速凝劑。

（6）拌合用水為自來水。

2.2 配合比設(shè)計

（1）配合比計算和確定。結(jié)合原材料的檢驗結(jié)果及相關(guān)標準規(guī)范，求得噴射混凝土的配制強度為33.3MPa，水膠比W/B為0.46。

結(jié)合試驗操作減水劑的1.7%摻量，185kg/m3的用水量，粉煤灰13%摻量，砂率50%，2330kg/m3密度。實施驗算后，試拌配比確定是粉煤灰:水泥:外加劑:水:砂：石=52:350:6.83:185:872:871。

在上述配合比的基礎(chǔ)上，另外選擇兩個進行對比試驗配合比，其中一個增加0.05的水膠比，砂率減少1%，用水量不變；另一個減少0.05水膠比，增加1%的砂率，用水量不變。

表3 原材料的配合比量 單位：kg/m3

經(jīng)過試驗，適應性驗證三個配合比，均滿足噴射混凝土施工要求，最終確定水膠比0.46的配合比為本項目使用設(shè)計配比。

經(jīng)過生產(chǎn)線驗證，生產(chǎn)的混凝土坍落度170～175mm，滿足設(shè)計要求。

表1 水泥性能指標

表2 粉煤灰性能指標

（2）速凝劑：摻無堿速凝劑摻量8%。噴射施工時摻加。

3 噴射施工

3.1 噴射前準備工作

做好作業(yè)區(qū)內(nèi)的通風，保持足夠的光線。作業(yè)區(qū)及附近周邊可使用高壓水或者壓縮空氣對碎石、巖渣、黏土堆積物等進行清理。由于面層遇水容易泥化，所以應采用壓縮空氣進行清掃工作。針對泥質(zhì)或者砂質(zhì)巖面的面層，需要掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，用錨釘固定。基底出現(xiàn)滲水的部位用導管或排水過濾材料等輔助措施進行排水處理。

3.2 噴射施工

施工前，噴射手先進行試噴，混凝土性能合格后才進行噴射操作。噴射過程按分片、分段，自下而上的順序，厚度過大（厚度大于100mm）時作分層噴射，噴射完畢及時保濕養(yǎng)護。混凝土終凝后養(yǎng)護時間14d。

4 經(jīng)驗總結(jié)

通過與施工方的密切配合，該項目的噴射混凝土施工取得了完滿的成功，總結(jié)該項目的經(jīng)驗，有以下幾點體會：

4.1 原材料和配合比選擇

原材料選擇：針對隧道施工的特殊性，噴射混凝土所用的水泥應選擇C3A和C3S含量高的，與速凝劑拌和后適應性好，凝結(jié)時間快；摻料選擇Ⅱ級的粉煤灰，細度不超過30%，燒失量不超過5%；細骨料以細度2.5～3.0模數(shù)中砂為宜，含泥量不超過2.0%，泥塊含量不超過1.0%，300μm方孔篩類型顆粒量不超過15%。粗骨料以連續(xù)級配類型碎石為宜，公稱最大粒徑是10mm，含泥量的適宜比例是1.0%，泥塊的含量以0.5%為宜，針片狀的顆粒實際含量為12%，石子過大和針片狀含量過高都會影響混凝土的工作性，造成拌合物骨料堆積，回彈增大，易產(chǎn)生脈沖。

配合比設(shè)計：①水膠比方面。水膠比對于噴射同強度影響大。通過實施試驗操作，水膠比最佳應是0.40～0.50范圍。噴射作業(yè)后，噴層表面會呈光澤水亮狀態(tài)，強粘性、無塌落及流動；②用水量方面。水膠比確定后，用水量的大小對混凝土工作有很大影響，要對用水量合理控制，一般在180～200kg/m3時能獲得較好的拌合物性能。過大用水量，噴射至巖石表面混凝土會出現(xiàn)跌漿、剝落現(xiàn)象，一次性的噴射厚度會有所減少，回彈量變大；用水量過少，料束呈偏干狀態(tài)，不能保證良好的黏聚性，也增加回彈；③砂率方面。砂率以45%～55%為宜，砂率太小粘聚性差易造成骨料堆積，混凝土回彈率增大。通常砂子的細度模數(shù)越大，砂率取上限；細度模數(shù)小，則砂率取下限；④在速凝劑方面，摻量務必把控至其膠凝材料的質(zhì)量10%范圍。摻加較多量，混凝土后期會有較大強度損失；速凝劑添加過程，應確保連續(xù)均勻。

4.2 噴射準備和施工作業(yè)期間

4.2.1 風壓與噴射距離層面

隧道工程中噴射混凝土過程中，風壓對回彈量有較大影響。

把控好風壓極為關(guān)鍵，如果風壓過大，那粗骨料容易回彈，如果風壓過小，導致粗骨料噴射不到。應以低風壓式近距離的噴射為主，人工噴射時通常距噴射面1.0～1.5m為最佳噴距。

4.2.2 噴射手實操水平層面

噴射時噴射角度、距離、一次性的噴射厚度等均借助噴射手以往實踐經(jīng)驗，實現(xiàn)有效控制及調(diào)節(jié)。噴射質(zhì)量及其回彈量，與噴射技術(shù)員的技術(shù)實操熟練度有關(guān)，需把控好工作風壓、噴射面及噴嘴間隔距離。

4.2.3 噴射實操注意要點

厚度倘若不小于100mm，以分層噴射為宜；分層噴射實操期間，二次噴射務必于一次噴射混凝土終凝后實施。把握間隔時間，倘若超過1h，需借助壓縮空氣亦或高壓水，清洗混凝土噴層表面。在速凝劑方面，由于速凝劑是噴漿裝置上料期間摻入，應有相應的流量計量裝置，確保速凝劑可連續(xù)均勻摻入。

4.3 防排水有效處理層面

①對于噴射表面要檢查有無松動巖塊、巖碴，如果存在這些雜質(zhì)應選擇高壓風將其清除；②若在狹小范圍內(nèi)或在巖層裂縫中有地下水涌出，出現(xiàn)這種情況，若可集中水源到相同位置，借助排水管及鉆孔排水實現(xiàn)有效排水；若難以集中水源，需選定半圓形式導水管疏導處理，再對其表面實施混凝土噴射作業(yè)；③在涌水量、涌水范圍大的情況下，需先鋪設(shè)帶導流的水槽防水板鋪，再實施混凝土噴射作業(yè)。

4.4 噴射混凝土有效養(yǎng)護措施

噴射混凝土水泥用量大、砂率大、用水量大，還摻加了速凝劑，其收縮變形比普通混凝土大。鑒于以上原因，混凝土的養(yǎng)護相對而言要求更高，它屬于噴射混凝土施工作業(yè)中較關(guān)鍵的節(jié)點，為最后實操內(nèi)容。正常養(yǎng)護情況下，混凝土強度通常伴隨其齡期延長不斷變大，大部分因膠凝性的材料水斷和水化。在一定程度上，水化的速度與環(huán)境中溫濕度關(guān)系十分密切，受通風不良的影響，隧道內(nèi)溫升高，噴射混凝土周邊空氣處于干燥狀態(tài)之中，且水化熱引發(fā)混凝土內(nèi)部的溫度驟然升高，使水分快速蒸發(fā)。由于噴射混凝土內(nèi)部水泥和水的接觸時間相對較短，和普通混凝土比較起來，水泥處于較低水化程度狀態(tài)。噴射混凝土凝結(jié)整個過程，屬于水泥實現(xiàn)進一步的水化反應過程。在一定程度上，水泥通常處于有水環(huán)境下才產(chǎn)生水化反應，水泥水化大部分是因水泥石內(nèi)部水分匱乏無法持續(xù)反應，由于毛細管產(chǎn)生引力作用，使混凝土產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，而噴射混凝土此時的強度呈較低狀態(tài)，因收縮雖誘發(fā)拉應力會導致混凝土開裂，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對混凝土自身強度持續(xù)增長起一定的促進作用，水化停止后，水化物無法進一步對水泥石內(nèi)部毛細孔實施填充處理，對混凝土自身抗?jié)B性影響極大。

3 結(jié)語

從總體上來說，隧道項目工程施工建設(shè)期間，噴射混凝土屬于重點施工內(nèi)容，需廣大技術(shù)人員結(jié)合項目實情及需求，從原材料選定、混凝土配合比設(shè)計、噴射施工、防排水有效處理、噴射混凝土有效養(yǎng)護等各個節(jié)點入手，開展標準化噴射混凝土施工作業(yè)，保證隧道項目工程總體施工建設(shè)順利完成。