MMB30噴射混凝土施工技術研究

張慶祎

（中交一公局集團有限公司，北京 100024）

0 引言

噴射混凝土并不只是一種材料，它既是澆筑過程的代名詞，又是一種施工方式，其有著悠久的歷史、巨大的創新潛力和良好的應用前景。噴射混凝土材料的配合比設計是按照使用要求和規定的參數來進行的。噴射混凝土于1914 年開始應用，隨著工程設計和材料的應用變化，相關技術一直在不斷創新。本文以黑山南北高速公路工程為背景，對MMB30 噴射混凝土配合比設計和施工工藝進行了探討。

1 工程概況

黑山南北高速公路是黑山首條高速公路建設項目，主干道全長約180km，擬分五段建設，是黑山歷史上首條高速公路，被譽為“世紀工程”，也是中國企業在歐洲實施的海拔最高、地質條件最復雜、橋隧比最高、施工難度最大的高速公路項目。中國路橋承建的南北高速公路優先段，是項目的一期工程，全長約41km，橋隧比高達60%，合同額約8 億歐元。項目于2015 年5 月11 日正式開工，項目施工期間受突發公共衛生事件的影響導致項目延期。2021 年4 月，中國路橋與黑山方簽署項目延期合同，商定項目于2021 年11月底完工。2021 年11 月30 日，項目主體工程順利完工，進入調試、驗收階段。

2 MMB30 噴射混凝土施工技術概述

2.1 MMB30 噴射混凝土施工技術的特點

MMB30 噴射混凝土技術可用于多種不同結構的施工，如混凝土修復施工，隧道、巷道施工，邊坡防護施工等[1]。MMB30 噴射混凝土施工技術具備多種優勢：

其一，早期強度高；

其二，因為噴出的混凝土可以立刻附著并承受重力，所以可以在任意高度上使用；

其三，可在不平整的基面上使用；

其四，有較好的黏結性能；

其五，現場注漿厚度的靈活控制；

其六，無模板施工；

其七，可以允許一定范圍的變形。

總之，MMB30 噴射混凝土是一種靈活、經濟、快速的施工方法，但對機械化程度的要求較高，且需要由專業人員操作。

2.2 干噴與濕噴施工工藝的對比

從施工工藝上來看，噴射混凝土有兩種施工方法，一是干噴，二是濕噴。干噴混凝土是指混合料在噴射前是不加水或加少量水的，在加水的情況下，是在噴槍口處加。濕噴混凝土是指混合料在噴射前已經加水拌和好了，狀態同模筑混凝土，可以直接測坍落度。濕噴混凝土施工如圖1 所示。

圖1 噴射混凝土（濕噴）施工圖

2.2.1 施工組織與成本比較

干噴機成本低廉，體積小，適合各種作業面，但噴漿速度較慢，效率基本只能達到濕噴機的一半，同時人工成本較高，兩臺設備同時工作時需要8 個人。此外，干噴的回彈量很大，達40%～50%[2]。

濕噴機價格昂貴，體積較大，如果小斷面開挖還要單獨配備前沿裝置，但其噴漿速度較快，人工成本較低，一臺機器配備兩名工作人員即可。此外，濕噴回彈量比較小，理論上可以控制在20%以下（若超挖嚴重需單獨考慮）。

經測算，如果隧道超過1000m，干噴和濕噴在成本上沒有太大的差別。

2.2.2 質量比較

干噴混凝土是在噴槍口加水，水與水泥在空氣中結合，短時間內難以充分混合，一部分水泥是無法發揮膠結作用的，而這些沒有起到膠結作用的水泥會起反作用。同時，水灰比控制難度較大，完全依靠噴漿手的經驗判斷。若加水量不足，會導致回彈量增加，灰斑增加，粉塵增加；若加水量過多，則會導致流漿、滑動、掉塊，凝固慢、強度低，進而導致混凝土構件強度不均勻。

濕噴混凝土是在拌和好的水泥，與水、外加劑有充分的反應時間，大部分水泥能和水接觸到，水泥的利用率較高[3]。在噴射過程中，混凝土比較均勻，強度也比較均勻，均勻的強度即使低，整體質量也優于不均勻的強度。

2.2.3 環保性對比

干噴混凝土的噴漿手幾乎是在裸巖下工作，隨時會面臨落石的威脅。干噴的粉塵更大，對施工人員的呼吸系統和皮膚都會產生一定程度的傷害。而濕噴模式下，這些問題可得到很大程度的緩解。

3 MMB30 噴射混凝土（濕噴）配合比設計

MMB30 噴射混凝土施工機械化程度高，施工效率高，對混凝土的和易性及泵送性能的要求也很高，即特別重視前期的噴射混凝土配合比設計，需要在滿足標準及施工要求的前提下進行優化，以達到節省材料、提高施工效果的目的[4]。

一般情況下要滿足如下要求：

其一，膠骨比宜為1∶4～1∶5。

其二，水膠比宜為0.4～0.5。

其三，砂率宜為45%～60%。

其四，水泥用量不宜小于400kg/m3。

3.1 水泥漿的量和集漿比

水泥混合液中的水泥，除填充骨料之間的間隙外，主要是包覆于骨料的表層，且要稍有剩余，從而保證水泥混合液具有一定的流動性。水灰比相同時，水泥的用量越大，混凝土的流動性越好。如果水泥漿液的摻入量太多，混凝土的骨料就會相對減少，即骨料的比重會減小，導致混凝土流漿嚴重，從而影響混凝土的穩定性、強度和耐用性；如果水泥漿液的摻入量過少，會影響骨料的表面、骨料之間的間隙，從而影響混凝土的流動性與和易性，進而影響施工效果。因此，要合理控制拌和物中的水泥含量，保證混凝土的流動性在合理范圍內。

3.2 水灰比的影響

在一定用量的情況下，水泥配比較小時，水泥漿黏度增大，攪拌液流動性降低，不能滿足現場施工的需要。水灰比的增加會導致水泥漿的稀疏和流動性增加，但也容易引起水泥漿離析，對混凝土的強度有很大的影響，所以水灰比的選擇要合理。

根據以往的經驗，最主要的影響因素是單位耗水量。但不能盲目提高混凝土的用量，水灰比太高會導致混凝土中出現大量空洞，從而影響混凝土的強度和耐用性，而且水灰比太高容易引起混凝土分層、離析、和易性下降，不利于混凝土的泵運的特性。因此，因此，在保證混凝土強度和耐久性的條件下，根據混凝土和易性及泵送性能要求來確定單位用水量。

3.3 砂率

砂率能夠反映粗細集料的相對比例，它影響混凝土骨料的空隙和總表面積。在水泥漿用量一定的情況下，砂率過大，則集料的總表面積增大，包裹砂子的水泥漿層會變薄，砂粒間的摩阻力加大，會降低拌和物的流動性；砂率過小，雖然集料的表面積會減小，但由于砂漿量不足，不能在粗骨料周圍形成足夠的潤滑層，也會降低拌和物的流動性，同時由于砂量不足，容易導致離析、泌水現象，影響混凝土的和易性。在不發生離析、不泌水的情況下，可以實現最大的流動性，即合理的含沙率。由于摻入的砂量對拌和料的性能有較大的影響，因此在拌和環節，要根據具體情況合理調節摻砂量。

3.4 溫度和攪拌時間

混凝土拌和物的流動性、坍落度會隨溫度的增加而降低，根據以往的經驗，每增加10℃，混凝土的坍落度就會降低20～40mm，在夏季施工時要格外注意對溫度的控制，特別是在長距離輸送混凝土時。另外，拌和時間對混凝土拌和物的品質也有一定的影響，因此應嚴格控制拌和時間，以保證其均勻度。

4 MMB30 噴射混凝土（濕噴）施工技術

4.1 MMB30 噴射混凝土施工操作

做好施工前的準備工作，包括：將臺車移至作業面前、支好左右腿、關閉發動機、連接設備動力電纜、接通隧道水管、打開電源主開關、打開蓄電池充電開關、打開工作照明燈、檢查所有管路及噴頭、在料斗周圍及噴漿臂上刷模板油、檢查各種閥門是否打開、啟動液壓泵電機、準備水泥漿液并將水泥漿液注入料斗、潤滑混凝土管道、設定濕噴工藝參數（如水泥配合比、凝固劑濃度等）。

混凝土入泵前，必須對其和易性進行檢驗，以保證其性能符合要求。施工過程包括：放料，打開攪拌器開關，啟動空壓機，操作遙控和噴漿臂，扳動正泵開關，打開送風開關，啟動速凝劑泵開關。

混凝土輸出流量、風量、速凝劑摻量、泵送輸出流量也應隨泵送壓力調整，當泵送壓力大于150bar 時，應降低泵送速率，以防止堵塞。泵的安全壓強為小于150bar。噴射混凝土施工從隧道兩邊的底部開始，均勻向上噴水。兩側的墻壁可以一次噴射完成，上部則要分成2～3 個層次。噴射混凝土完畢后，清潔設備，切斷其與管道和電力線的連接，并將機器送入安全的停放區域。

4.2 MMB30 噴射混凝土施工控制

首先，巖面使用噴射混凝土的面必須清除松散材料、巖渣及其他有害物質。用空壓機進行清理，若巖石對水不敏感，也可用水槍。其次，將噴嘴和巖面的適用距離控制在1.0～2.0m，且噴嘴應與巖面保持垂直。規定一次噴射混凝土噴射最大厚度不得超過15cm，若要增加厚度，要等到前一層具有足夠的強度支撐，下一層才可以施工，完成下一層噴射期間間隔不許超過3 天。預埋入噴射混凝土內的鋼拱架、鋼筋網片及其他鋼筋應按照圖紙施工，隧道襯砌鋼筋網片及鋼筋內側最小保護層厚度不得小于2cm 或按照圖紙要求。若使用多層鋼筋，在前一層未被噴射混凝土覆蓋之前，不得布置第二層。在完成每次噴射混凝土后，對反彈部位立即進行清除，尤其是因不同開挖順序縱向噴射混凝土連接處，所有施工縫處的反彈也必須清除。在進行下次噴射混凝土前，若需要也可用氣錘。任何情況下不允許反彈料再次進入施工現場，施工時應始終保持無反彈料。最后，養護環節，養護按需要進行。承包商建議噴射混凝土總厚度檢測方式，由監理工程師批準，這可能包括噴射混凝土施工前安裝可視管或噴射混凝土完成后鉆孔。為防水膜準備施工面，噴射混凝土密封材料用于表面處理及防水膜后面填充。為避免在重壓縮巖上噴射混凝土襯砌過大荷載，必須在噴射混凝土襯砌上設置變形槽，普通變形槽要有20～40cm 的開口寬度，并且沿徑向布置。變形槽具體位置應根據地質條件進行確定。

4.3 MMB30 噴射混凝土回彈影響因素

影響MMB30 噴射混凝土回彈的主要因素是噴頭與基面之間的角度及距離，此外，還有速凝劑的摻量、噴漿作業區域、施工工藝、機械設備性能等因素。噴頭角度和距離對回彈的影響如圖2、3 所示。

圖2 噴頭的角度和距離對回彈的影響

圖3 噴頭的角度和距離對回彈的影響

5 結語

通過對MMB30 噴射混凝土施工工藝的研究，并在黑山南北高速公路工程中應用，獲得了較好的效果，詳細介紹了噴漿混凝土的施工工藝，并對噴漿混凝土的施工工藝和回彈量的影響因素進行分析，為今后MMB30 噴射混凝土在其他工程中的應用積累了寶貴的經驗。