公路隧道高性能混凝土施工技術探討

趙建財 甘肅路橋第四公路工程有限責任公司工程師

尹吉才 甘肅路橋第四公路工程有限責任公司助理工程師

隨著我國鐵路行業的不斷發展，如今已有不少公路隧道步入施工建設期。公路隧道的質量要求非常嚴格，而且技術標準極高，對其使用年限的要求也極為苛刻，因此，對混凝土的質量及耐久性制定了更高的標準。在建設公路隧道時使用高性能混凝土技術，可有效提升其耐久性和質量，同時還有助于降低施工成本。

1 高性能混凝土概述

高性能混凝土的回彈率及粉塵率較低，而且具有極強的耐腐蝕性。在使用高性能混凝土時，應注意相關工藝的使用。混凝土施工工藝可分成3 個階段，分別為澆筑階段、硬化早期以及硬化后期，每個階段的要求都各不相同。第一階段需要具有良好的附著性、極低的回彈率和較高的黏聚性；第二階段需要具有快速凝聚等特點；第三階段需要具有高度的耐腐性、抵抗滲透性、強度以及抗碳化性。

2 高性能混凝土的材料選擇

2.1 粉煤灰

粉煤灰中的火山灰可以消耗水泥在水化時所產生的較為薄弱且是片狀結晶的Ca，因為其水化的速度比較慢，所以在后期時只能產生少量的C-S-H 凝膠。這種凝膠主要填充在水泥水化生成物之間的間隙中，使彼此聯結更為緊密，而且還具備形態效應、微骨料效應以及填充效應等。粉煤灰的等級越高，效應的影響則會越大，同時活性也會更大。在選擇粉煤灰時，應優先選擇二級灰，其含水量為0.09%，燒矢量為4.11%，堿含量為0.78%，細度為15%，需水量大概在101%。

2.2 水泥

在挑選高性能混凝土的水泥時，應優先選擇普通硅酸鹽水泥以及硅酸鹽水泥，高強度的硅酸鹽水泥的水化速度較快，因此用其澆筑混凝土會獲得更好的效果。水泥的標準稠度應該在28.4%，細度需要控制在2.8%，最初的凝固時間應該在125 min，最后的凝結時間應該在195 min。

2.3 細骨料

根據我國的相關規定，在選擇細骨料時，應優先選擇顆粒級配良好且清潔堅固的中砂，或者是平均粒徑＞0.5 mm的粗砂。含泥量應＜3%，而細度模數需要＞2.5，所以經過反復的確認后，應優先選擇中砂。中砂的含泥量在2.2%，細度模數在2.7，而云母含量則在0.07%。

2.4 拌合水

選擇攪拌水時應結合實際情況。有些公路隧道使用的攪拌水是混凝土攪拌站的井水，還有一部分則選擇的是自來水，這些攪拌水的pH 值及可溶物、不可溶物、硫酸鹽以及氯化物和堿含量都符合國家驗收的相關標準，因此在選擇攪拌水時，并沒有過于嚴格的要求，根據公路隧道的實際情況選擇即可。

2.5 粗骨料

為符合鐵道部的驗收標準，選擇粗骨料時，應選擇顆粒級配量較好、針片狀較少、壓碎值較小且較為潔凈的連續粒級碎石[1]。其中，粒徑的最大直徑不能超出16 mm，含泥量不能高于1%，應優先選擇5 mm 左右的連續級配碎石。這類碎石的含泥量在0.5%，而泥塊含量則為0.1%，其針片狀含量在6%，壓碎指標控制在12%。

2.6 外加劑

在混凝土中加入一些具有高性能的減水劑可有效提升水泥漿體的流變性能，并改變混凝土以及水泥的結構，以此改良混凝土的性能[2]。其中，新型的聚羧酸系高性能減水劑的摻量較低，且效率高，可以很好地與低堿水泥相適應，能有效減少混凝土攪拌物在工作時所產生的損失，并降低混凝土的收縮，減少其開裂的現象。另外，高性能減水劑KDSP 的含氣量在3.8%，而減水率則為26%，實際的參量控制在0.9%，因此這種減水劑對鋼筋沒有任何侵蝕危害。

3 公路隧道高性能混凝土施工技術

3.1 高性能混凝土施工流程以及施工要點

在使用高性能混凝土施工技術時，應嚴格按照其施工流程進行準備與施工，從而確保混凝土的高性能，提高公路隧道的質量。在高性能噴凝土施工工藝中，其基本流程為前期準備、施噴面修整、建設混凝土攪拌站及選擇材料等，具體流程如圖1 所示。

圖1 高性能混凝土施工工藝流程

高性能混凝土施工需注意以下幾點。

一是高性能混凝土在生產過程中對劑量的要求非常嚴格，因此在使用攪拌機對材料進行攪拌時，應精準計算材料的計量。

二是在支護前，需要對挖斷面進行檢查，同時清理墻角及供角殘留的垃圾，并針對出水點采取相應的處理措施。可以用高壓水槍沖刷受噴面，如果受噴面因為遇到水而出現泥化現象，可采用高壓風來吹干凈受噴面。

三是在澆筑過程中，噴嘴在正常情況下需要和受噴面相互垂直，噴嘴和受噴面的距離應該在1 m 左右，當澆筑點在邊墻時可以把噴嘴稍微向下傾斜10%，以此降低回彈量。

四是在公路隧道內使用高能性混凝土施工技術時，其線路一般是按照先拱后墻、自上而下的運動軌跡進行，噴嘴料束需要呈現出旋轉的運動軌跡。當前一圈澆筑完畢后，后一圈應與前一圈的澆筑范圍有30%左右的重合，在縱向澆筑時依據S 型進行澆筑，每次的澆筑范圍長度控制在1.8 m 左右，每段復噴的長度控制在6 m。在澆筑時先將凹面噴平，隨后再澆筑凸面，澆筑過程中的溫度不得低于15 ℃[3]。

五是供部的澆筑厚度在6 cm 左右，邊墻的厚度在9 cm 左右，在澆筑時需要設計其厚度，以此確保混凝土層表面平滑且均勻，當鋼架搭建完畢后禁止工作人員向內填塞石塊等其他雜物。

六是當混凝土澆筑完畢后，需要清理墻角的回彈物，同時澆筑混凝土時距離下一次的爆破時間不得低于4 h。

七是高性能混凝澆筑土作業結束后的保濕養護工作也非常重要，公路隧道內至少需要7 d 以上的濕養護，若養護工作不到位，則無法滿足最初的預期效果。

3.2 公路隧道高性能混凝土施工要點

3.2.1 做好施工準備工作

在施工前，施工部門要組織專業人員開展圖紙會審工作，做好設計文件的查看與分析，全面、準確的掌握建筑結構及平面布置等信息，還要明確混凝土結構等級、鋼筋規格等，認真復查各個專業圖紙內孔洞預留的位置、尺寸等。另外，施工人員還要全面掌握混凝土澆筑的方法、養護策略、混凝土溫控手段、保濕保溫手段及拆除方案等，為后續施工工作的有序、高效開展奠定良好的基礎。

3.2.2 攪拌混凝土

襯砌的混凝土屬于耐久性的混凝土，因此只有對襯砌鋼筋、結構尺寸及模板進行多次檢查，確認合格并有監理簽認后，才能進行混凝土拌制。在二襯混凝土中，使用自動計量的配料機進行配料，選擇強制式攪拌機進行攪拌。在攪拌過程中，應將砂、石、水泥按照順序依次放入攪拌機中，進行干式攪拌，等攪拌1 min 后，要根據劑量添加適當的水再攪拌2 min。在攪拌過程中，應最后加入外加劑，等外加劑加入攪拌機中后，應將攪拌時間延長3 min。在攪拌混凝土的過程中，不僅可以使這些材料完全且均勻地進行混合，還能提升其和易性，同時也有助于在后期澆筑時進行塑形[4]。攪拌過程對防水混凝土的功能影響較大，只有當混凝土攪拌的色澤達到一致后才可以停止攪拌并出料，同時裝入運輸混凝土車輛中。

3.2.3 運輸混凝土

當混凝土攪拌均勻出料后，應使用混凝土運輸罐車進行運輸。對于攪拌好的混凝土，在運輸過程中需要注意，混凝土罐車不可以停止轉動，避免混凝土出現因靜置而不均勻結塊等現象。另外，當攪拌均勻的混凝土裝入罐車后，其從運輸到澆筑的過程時間不能過長，應將時間控制在40 min 以內，從而避免混凝土塌落，這樣可以有效確保混凝土在入模之前的質量[5]。因此，在選擇混凝土的攪拌站時，不得與澆筑現場距離間隔過遠。另外，為了使混凝土保溫，運輸罐車可以在裝混凝土罐的外表涂保溫層。當大型的混凝土運輸車運送到澆筑現場時，應使用小型的混凝土進行分裝，并在小型混凝土運輸車的車廂內覆蓋一層薄膜，以此確保混凝土的溫度可以滿足澆筑和振搗的要求。

3.2.4 安裝模板和拱架

安裝拱架和模板的過程中，一定要嚴格控制拱架間距。為了確保隧道混凝土澆筑施工具有良好的條件，一般選取隧道寬度、襯砌厚度當作參數，并把拱架間距控制在1 ～1.5 m。施工過程中，一般選用鋼模板，此類模板具有穩固的結構和良好的剛度。為了確保模板滿足使用要求，除了要合理選擇模板，還要做好模板安裝工作。模板安裝期間，可采用試拼裝的方式，確保曲墻架和拱架能夠規范安裝。此外，相關人員要全面掌握公路隧道的施工情況，結合襯砌斷面的實際特征，實現擋頭板與圍巖壁的緊密銜接，避免出現孔隙現象，否則容易出現安全隱患。

3.2.5 混凝土的澆筑和振搗

在對隧道二襯混凝土進行施工時，應將其分成上下兩部分，將兩側墻角處當成上下的分界線，在設計拱墻面層高時將97 cm 作為標準，把上部當作拱墻襯砌的部分，而下部則為抑拱和仰拱填充的部分。為了確保兩側的澆筑屬于均勻澆筑，可以使用Y 形三通連接軟管，從而確保混凝土左右兩側屬于對稱澆筑，不會出現壓扁現象[6]。在澆筑混凝土時，應注意澆筑的厚度保持一致，且在澆筑時間不要出現結塊的現象。另外，在澆筑過程中，需要確保混凝土的供應，以免缺少而導致滯工。在混凝土的澆筑施工時，要明確混凝土的澆筑方向，合理設置管路的出口朝向，以便于開展施工作業，防止混凝土噴出破壞隧道的巖壁、模板。

在對混凝土進行振搗時，可以使用插入式振搗棒進行振搗。在振搗過程中，使用“快插慢撥”的操作進行振搗。在對混凝土進行分層灌注時，灌注的厚度不能超出振動棒的125%，同時確保振動棒插入的下層不低于5 cm，在振搗期間，每一次振搗的時間應該在20 s 左右。振搗棒在插入混凝土中進行振搗時，每次插入的距離應該相等，以確保所有的混凝土能夠均勻搗實，每兩個插入點之間的距離需要高出振搗棒半徑的一倍。振搗棒每次的振搗范圍應有一部分重疊，確保混凝土不被過度振搗或漏搗。另外，在振搗混凝土時，需要注意在振搗過程中不可以使振搗棒觸碰模板以及鋼筋。

3.2.6 混凝土的養護及脫模

當公路隧道的混凝土澆筑完結后，需確保在養護期間沒有車輛來往，所以施工單位應使用隔板等對澆筑混凝土的路段進行隔離保護。同時，施工單位需清除混凝土澆筑層表面的設備及材料等，確保混凝土澆筑層表面無任何垃圾以及其他材料，確保其表面平整。另外，在澆筑后的混凝土尚未冷卻時，不可以允許施工人員在澆筑層表面走動。除此之外，當混凝土已經完全晾干后，應根據情況對混凝土表層進行灑水工作，從而避免混凝土表面過于干燥而出現裂縫。在養護混凝土時，需要根據公路隧道內的平均溫度而定養護的時間周期，當洞內的平均溫度高于20 ℃時，應將保護期的時間定于7 d 以上，而如果隧道洞內的平均溫度低于5 ℃，則需要適當延長保護期，使本次保護期超過10 d。

在養護期間，施工方還需要定時對澆筑后的混凝土進行檢查與維護，從而確保公路隧道混凝土的質量。在拆除模板時，要結合設計方案中的強度標準及要求，做好混凝土的強度檢測與分析，一定要保證混凝土的強度達標才能夠拆除。需要注意的是，拆模期間不要損壞混凝土的構件表面、棱角等部位，否則對隧道混凝土澆筑施工的質量會產生不利影響。

4 結語

在建設公路隧道時，使用高性能混凝土技術可有效提升隧道的質量，創造更好的施工條件，以此提升施工速度。在使用高性能混凝土時，應嚴格按照工藝流程進行作業，并嚴格選擇混凝土材料，例如粗骨料、水泥、細骨料、外加劑以及粉煤灰等，從而確保此次公路隧道的質量。開展高性能混凝土作業時，需要先攪拌混凝土，隨后選擇混凝土運輸車運送到施工現場，選擇合適的振搗棒進行澆筑與振搗，在振搗過程中不能觸碰鋼筋以及模板，當完成所有的澆筑工作后，應結合實際情況對修筑的公路隧道進行養護，以此確保隧道的質量。