隧道濕噴混凝土回彈率控制技術

康 建 榮， 羅 鵬， 呂 彩 云， 潘 新 元

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

江習高速是重慶市“三環十二射七聯線”的重要省際通道，也是重慶第四輪新千公里高速公路建設的首個項目，其建成將打通重慶西南出境通道，不僅可以促進重慶的發展，還能增強其輻射力和帶動力，對經濟的雙向發展尤為重要。作為江習高速兩個控制性工程之一的四面山特長隧道的貫通對全線通車具有舉足輕重的意義。

四面山特長隧道為雙線分離式，是江習高速公路建設全線中最長的一條隧道，其中左線長4 880 m，右線長4 875.35 m，設計平均開挖斷面尺寸為11.89 m×9.94 m，進、出口洞門分別為削竹式和端墻式，隧道穿越地層為砂巖、泥巖護層，圍巖主要類別為Ⅳ、Ⅴ級，開挖方式為臺階法、環形開挖留核心土法與CD法。采用新奧法 “少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的原則，快速地將圍巖與支護形成一個受力體系共同支護圍巖[1]，可以有效地加快開挖與支護的循環進度。在施工過程中，錨噴支護作為穩定和封閉圍巖[2]最關鍵的一環，由于濕噴混凝土回彈率大而造成濕噴混凝土的大量浪費，延長了支護作業需要的時間，不利于對工程成本與進度的控制。對此，項目部結合工程實際對如何降低濕噴混凝土回彈率進行了研究。

2 濕噴混凝土回彈率分析

項目部對四面山隧道已施工完成洞段的16個循環濕噴混凝土回彈率進行了統計，四面山隧道濕噴混凝土回彈率統計見表1。

由表1可知：濕噴混凝土平均回彈率達35.82%，遠遠大于設計值允許的20%。對此，項目部針對濕噴混凝土回彈率過大的問題在現場進行了調查，分別觀察到濕噴混凝土回彈率主要是由頂拱回彈、邊墻回彈、流態滑落、其他原因造成的，針對上述問題統計編制的四面山隧道濕噴混凝土回彈率問題調查統計表見表2。

表1 四面山隧道濕噴混凝土回彈率統計表

表2 四面山隧道濕噴混凝土回彈率問題調查統計表

由表2可以看出：頂拱回彈量大的問題占全部問題的72.7%，是四面山隧道濕噴混凝土回彈率高的主要問題。項目部對頂拱回彈量大的問題繼續進行調查分析，共檢查了21個循環，制定了四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大現狀調查統計表(表3)。為提高噴射混凝土回彈主次問題辨識度，根據表3繪制了排列圖，四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大現狀調查排列圖見圖1。

從表3和圖1可以看出，影響四面山隧道頂拱回彈率高的問題是：附著性差回彈與噴射過厚回彈占全部問題的73.6%。根據目前現有的資源和能力，若能將這兩個問題解決85%以上，則四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈率可降低至19.5%，滿足設計指標要求(19.5%<20%)，方能達到本次研究的目的。

表3 四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大現狀調查統計表

圖1 四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大現狀調查排列圖

3 濕噴混凝土回彈率高的原因分析

通過前期對濕噴混凝土回彈率高的問題進行調查，結合附著性差回彈與噴射過厚回彈兩個問題，從人、機、料、法、環、測六個方面[3]調整了濕噴混凝土前后回彈率檢測頻次，將洞內質量管控及三檢制度落實到位。噴射混凝土施工前，均對噴漿班組進行現場技術交底，對型號為PX28A的濕噴機定期進行維護保養以保證其現場運轉正常，洞內溫度平均為17 ℃，從驗證效果看，上述因素不是造成回彈率高的主要原因，只在濕噴配合比、爆破方案調整過程中出現了較大波動。濕噴混凝土配合比調查分析表見表4、爆破方案調整前后調查分析表見表5。

表4 濕噴混凝土配合比調查分析表

表5 爆破方案調整前后調查分析表

由表4得知：在不同摻量速凝劑的情況下，附著性差的回彈出現頻率最大為91.7%、最小為41.7%，具有明顯的差距。隨著摻量增加，附著性差回彈出現的頻率呈現出不規則變化，且其均在41%以上；而初凝時間的降低明顯降低了附著性差回彈出現的頻率，說明濕噴混凝土配合比的初凝時間對附著性差的回彈影響很大。

根據表5所示的試驗驗證情況，經過爆破方案調整，半孔率達64.9%時的噴射過厚回彈出現的頻率由85.7%變為36.4%，說明隨著大小風化帶及斷層交錯分布的變化爆破方案未進行實際調整對混凝土噴射過厚的回彈影響很大，半孔率的提升對噴射混凝土過厚的回彈具有良好的改善。

4 針對濕噴混凝土回彈率高采取的控制措施

4.1 濕噴混凝土配合比調整

(1)室內調整。在室內，通過控制變量法不斷調整各種材料的摻量，經過多次試拌、反復調整，逐步確定在濕噴混凝土中添加一定量的減水劑能有效改善濕噴混凝土和易性[4]，減少坍落度損失，有助于降低凝結時間。最終確定的減水劑摻量為0.6%，速凝劑摻量為6%。

(2)現場確認。采用根據室內試驗確定的濕噴混凝土配比拌制的濕噴混凝土進行施工，現場跟蹤檢查了12個循環，濕噴混凝土和易性良好，未發生堵管現象，平均坍落度損失為21 mm，濕噴混凝土平均初凝時間為77 s，調整后的濕噴混凝土情況統計表見表6。

表6 調整后的濕噴混凝土情況統計表

調整后的濕噴混凝土和易性明顯改善，初凝時間達到優良水平，可以保證濕噴混凝土快速施工，對洞身初期支護安全、質量及進度起到了較大的促進作用。

4.2 爆破方案的調整

(1)根據圍巖爆破循環進行了工藝性試驗調整以確定施工參數。通過現場實際踏勘，根據圍巖分布及斷層走向，將周邊孔孔距由0.6 m調整至0.5 m。根據圍巖的軟硬程度將線裝藥密度控制在100～150 g/m，嚴格控制周邊孔分段裝藥[5]。與此同時，制定了“三證五表”(鉆孔許可證、裝藥聯網許可證、爆破許可證、測量放樣成果表、鉆爆布孔分區責任表、鉆孔工序質量驗收表、裝藥聯網檢查驗收表、爆破設計表)并逐一循環執行，嚴格控制爆破開挖過程。爆破設計示意圖見圖2。

圖2 爆破設計示意圖

(2)跟蹤施工參數的實施效果及時進行調整和改進。根據工藝性試驗取得的結果對相關參數進行微調與改進。調整爆破參數后累計跟蹤檢查了13個循環，開挖后的平均平整度偏差達到8.2 cm、周邊孔半孔率平均達到70.7%，爆破參數調整后的爆破情況統計表見表7，現場爆破效果見圖3。

表7 爆破參數調整后的爆破情況統計表

圖3 現場爆破效果圖

5 工程應用情況及取得的效果

將調整后的濕噴混凝土配合比應用于施工現場，對爆破參數隨著圍巖類別、分層及走向進行動態實時調整，對調整后的后續17個濕噴混凝土循環過程中頂拱回彈量大的質量問題現狀、濕噴混凝土回彈率分別進行了統計，調整后的四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大的現狀調查統計情況見表8，調整后的四面山隧道濕噴混凝土回彈率統計情況見表9。為明確頂拱回彈量主次問題辨識度，根據表8繪制出相關排列圖，調整后的四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大的現狀調查排列情況見圖4。

表8 調整后的四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大的現狀調查統計表

圖4 調整后的四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大的現狀調查排列圖

表9 調整后的四面山隧道濕噴混凝土回彈率統計表

由表8及圖4可以看出：頂拱回彈量大的主要原因——附著性差回彈、噴射過厚回彈經采取以上控制措施后已由關鍵的少數變為次要的多數，其現狀得到了良好的改善。由調整后的四面山隧道濕噴混凝土回彈率統計表(表9)可知：濕噴混凝土回彈率已達16.44%，小于設計值20%。

6 結 語

以江習高速四面山特長隧道大斷面濕噴混凝土回彈率大的問題為例，嚴格遵循PDCA程序，以解決現場實際問題為導向，客觀事實為依據，結合室內試驗和施工情況，通過現場應用驗證了使用效果，解決了濕噴混凝土回彈率大的問題，降低了濕噴混凝土回彈帶來的成本支出，保證了四面山隧道的如期貫通，獲得了良好的社會效益，形成了關于大斷面濕噴混凝土支護施工質量控制的流程，所取得的經驗可為后期類似工程遇到同類問題提供參考。