公路隧道施工中的喷射混凝土施工技术的应用实践

公路隧道施工中的喷射混凝土施工技术的应用实践

周威

中交三公局第三工程有限公司， 湖南 长沙 410300

摘要：通过对公路隧道施工中混凝土喷射施工的特征进行归纳，比较和研究了常用的干、湿法喷施工技术，并针对混凝土喷射的质量问题，从原材料质量、混凝土配合比、施工机械性能、施工工艺等方面进行了有效的管理，从而保证了整个隧道的施工质量。

关键词：隧道工程；喷射混凝土；施工；应用实践

引言：

在普通的公路隧道施工中，通常采用的是现浇法和喷浆法两种形式的组合衬砌。外层采用一次弹性支撑，内侧采用双层衬垫。公路隧道建设项目具有高质量、高工序的特点。所以，在外围的初始支撑体系完成后，才进行内部支撑体系，由内外衬砌体系分别承担全隧道的应力和变形。采用外侧喷浆作为围岩支撑，是提高全路段隧道建设的一个关键环节。由于其良好的粘着力、高强度和良好的抗渗性，可以很好地填补高速公路隧道中岩石之间的空洞和裂缝，从而提高了隧道的整体性。相对于常尺度下的灌注砼，喷砼具有更好的整体力学特性，能够有效地改善隧道工程的疲劳强度、抗压强度和早龄期的强度。针对该工程的特点，在采用两种不同的喷砂技术的基础上，对其在工程中的应用进行了探讨，并提出了相应的技术措施。

1、喷射混凝土的性能和特点

喷射混凝土技术是一种在公路隧道建设中被大量使用的技术，它的技术的核心是利用混凝土喷射机，以工程混凝土施工的需要为依据，将细石混凝土拌合料与高压水以一定的搭配比例进行混合，再利用喷嘴将其喷洒到岩层表面，从而来完成对岩层表面的强化，构成一层支护结构，从而达到对围岩进行强化和支护的效果。喷射混凝土属于一种新型支挡结构，它可以按照工程施工的需要，对喷射混凝土的厚度进行实时的控制，并与其它的钢筋网和钢拱架进行协同支撑，从而形成一种复合式支挡结构。通过对众多的工程实例分析，该技术在使用时，具有如下特点：（1）具有高的自重、高的粘结性、高的抗渗能力，在使用过程中能够对岩石中的裂缝起到很好的修复作用，有利于提高岩石的稳定与安全，并能够与周围的岩石共同工作。(2)在喷灌混凝土的过程中，将混凝土的运输、浇筑和振捣过程进行了有机的整合，使得整个工程的实施过程变得更为方便和有效。与采用模块化模板法相比，采用组合型模板法，不仅能达到项目的需要，而且能显著地减少项目成本，提高项目的经济效益。（3)喷浆对提高结构的受力性能起着重要的促进效果，在10分钟内就可以凝固，8小时后就可以实现2 MPa的强度，可以满足施工的需要。（4)喷射砼的物理性能比模板砼有明显提高，特别是其抗压、抗渗透等特性，能够更好地适应项目的需要，提高项目的施工品质。

2、明确具体环节，开展有序施工

2.1设备运用

在应用该装置之前，首先要弄清楚该装置所要采用的操作方式，也就是说，在喷射混凝土装置中，吹气是第一个也是最关键的一环，当装置已经进行了吹气，就可以将水泥加入到装置中，而对于快速凝结的水泥，必须要在水泥到达装置的喷射口时，才可以加入，不然的话，会导致水泥过早硬化，对装置的正常运行造成不利的后果。在这一过程中，施工者要对风压进行适当的调控，一般喷浆混凝土的送风压一般在0.22-0.3 MPa之间，若不在此区间，则会对喷浆品质造成很大的影响，即当风压较大时，物料不能与围岩面良好的接触，在风压的作用下会出现回弹问题。相反，由于风力的作用，如果不能将水泥均匀地喷出，很容易造成喷嘴的阻塞，从而使工程不能顺利进行。另外，在给料时要确保作业的连续性，以免作业中断导致在喷完后的岩石表层出现裂缝，如果骨料粒度差异很大，还可以增设一个过滤器，防止出现不均匀物质混合而对工程造成不利的后果。

2.2喷射工艺

喷射技术是喷射混凝土技术的关键，它涉及到喷射角度、喷射距离、喷射顺序、喷射方法等多个方面。喷注夹角是指在机械喷注时，使喷注器与周围岩石表面成一条直线，从而确保了工程的质量。当注水位置有支撑时，注水角度应视具体条件而定。以喷嘴为中心，喷嘴到围岩的间距为80cm到120cm，喷嘴的时候，要记住，喷嘴应该是一个圆形的喷嘴，直径应该在30cm以上，在进行喷嘴的时候，要控制好喷嘴的速率，保证喷嘴和周围的岩石有一个很好的接触，不会出现脱落和滴漏的现象，然后再进行喷嘴。喷射的次序同样是喷射混凝土施工技术中需要重点关注的一个问题，一般情况下，需要遵守先墙后拱、分段分片和自上而下的原则，这样才能防止因为重复喷射、漏喷等问题对后续施工环节造成的不利影响。

3、隧道施工中混凝土喷射施工工艺及优缺点

在高速公路隧道工程中，通常采用的是干、湿两种方法，它们有各自的优点和缺点。

3.1干法喷射混凝土施工工艺及优缺点

在使用过程中，需要按照一定的配比，将速凝剂、水泥及骨料充分搅拌，再将干燥的混合物在喷嘴中维持悬置，通过压力气体输送到喷嘴中,采用水力喷头将高压水柱迅速注入到高速公路隧道的围岩表面。此项技术使用的喷管，具有构造简便、使用方便、便于清洁、快速解决问题等优点，但其在喷注时的回弹很大，很难对喷口的阀值进行有效的调控，而且对技术的掌握程度也会对工程的质量产生很大的影响。

3.2湿法喷射混凝土施工工艺及优缺点

将水泥、水、骨料按特定的配比搅拌，并用湿喷器将其喷到喷头上。在该喷嘴中加入了一种快速凝固的药剂，然后对该药剂进行了快速的喷洒，从而达到了快速凝固的目的。与传统的干式喷砂方式比较，水力喷砂方式具有施工过程中的回弹小、施工过程中出现的问题难以解决、施工过程中的机械装置难以清洗等特点。通过以上两种方法的特点和优缺点的比较，说明了在大部分的公路隧道工程中，都是以湿法喷浆为主。

4、隧道施工中混凝土喷射施工质量控制

4.1原材料质量控制

4.1.1粗骨料质量控制

采用颗粒直径小于15 mm的砂砾，既能确保喷浆的支撑能力，又能减小喷浆的回弹，防止喷浆管路的阻塞。

4.1.2水泥质量控制

在使用中，可以选择炉渣或一般的硅酸盐混凝土。但在进行高速公路隧道软硬岩石的喷灌时，最好选择使用级别为42.5以上的早强水泥，并在操作之前对水泥的凝结时间、安定性和强度指数进行检测。

4.1.3细骨料质量控制

为降低施工扬尘，增强施工构件的力学性能，为避免在施工过程中出现收缩裂缝，应选择含水率5%~7%，细度模数大于2.5的中粗砂作为粗砂。

4.1.4外加剂质量控制

在喷射混凝土的建设中，通常会使用到一种快速凝固剂，但是，在加入快速凝固剂之前，应该进行一种不同程度的快速凝固。

4.1.5水质量控制

在进行作业过程中，为避免喷射混凝土的结构变得坚硬和凝固，禁止使用含有硫酸盐含量大于或等于1%和 pH值小于4的酸性水，以保持喷射混凝土的强度稳定。

4.2配合比质量控制

4.2.1含砂率

在高速公路隧道工程中，采用的是高强度的喷雾砼，其含沙量通常为45%-55%。实践证明，当喷砂比大于或等于55%时，其收缩较大，但不具有较高的强度。而当含沙量小于45%时，则会导致喷水后的回弹过大，且喷水口易被堵住。

4.2.2水灰比

实际应用证明，采用0.40-0.45的水泥浆液混合料，可获得较低的水泥浆液回弹，并可获得较好的水泥浆液混合料。

4.2.3干集料重量比

以沙和水泥为主要成分的干骨料的质量比例一般为1:4~1:4.5。为降低回弹，建议用水泥浆用量在375-400kg/m之间。

4.2.4速凝剂

通过对施工过程中的搅拌实验，得出了拱顶、拱两侧，应将速凝药剂的用量控制在2%-4%之间的结论。

4.3施工机具性能质量控制

在进行喷砼作业的过程中，必须确保与喷砼有关的机械设备没有漏气，并且干燥拌和的工作能力必须在3-5m³/h以上。在喷洒时，集料级配以最大颗粒尺寸小于25mm，横向和纵向的运输间距不小于100m，纵向运输间距不小于30m。在此期间，要调整好自来水系统，将喷嘴的水压控制在0.15-0.2 MPa范围内。

4.4施工工艺质量控制

首先，在工程开始之前，必须做好相应的工程前期的工作，并对工程进行严格的质量管理。在进行喷砼之前，要对挖掘段进行仔细的检测，并要做好引水工作，要使用清水或高压空气对受喷面进行清洁，对施工中的机器装置的工作性能状况进行检测,同时，还要对喷砼工程的物料和机器管道进行检测，并对浮起的岩石进行清理。其次，在喷浆过程中，采用分层、分区、分块的方法进行喷浆，每一段的长度不小于6m，块的尺寸为2x2，按照先上后下，先墙体后拱形的次序进行喷浆操作.岩石表面到喷管的水平间距要保持在0.8m到1.2m范围内,此外，还需根据实际操作条件，调整喷射水压和空气压力等相关的控制指标。另外，为了保证喷砼的施工过程中的品质，建议在最后阶段使用抗压强度测试和厚检验等方法来检验和控制喷砼的品质。对于未完成的锚杆，必须进行充填，保证锚杆的“内坚外美”。

5、喷射混凝土施工的关键技术质量控制

5.1喷射混凝土回弹量控制

在道路隧道的施工中，在确保工程的质量的同时，还要注意到对周围的环境的影响，以及对工人的身体的影响，大部分时候是采用的是潮喷方式，其回弹的幅度超过30%,会造成一定的资源损失。在高速公路隧道建设中，其收益来源多为基坑开挖及早期喷浆支撑，因此，减少喷浆回弹对提高隧道的经济效益至关重要。主要研究内容包括：（1）分层注入。在分段喷雾施工中，将其长度控制在6 m之内，按照先下后上的次序进行喷雾施工，尽量防止由于重力而导致的掉落。(2)水口间距及水口夹角。要想使混凝土的回弹变得更小，就必须将喷洒距离的大小，控制在0.5 m~1.3 m之间，否则，喷洒距离不在此区域内，都会使回弹变大。为了保证喷雾的品质，喷嘴的长度是0.6m。与此同时，要保证喷头与喷石的竖直度，将倾角限制在10度之内，既能减少回弹，又能提高喷射的效率，为后面的工程提供可靠的依据和保证。根据喷射混凝土的表面平滑度，可以判断出水灰比的大小，从原理上来说，将其控制在0.4~0.5之间是最为合理的，这对减少喷射混凝土的回弹量，确保喷射混凝土的施工品质有帮助。

5.2喷射混凝土厚度的控制

(1)在进行喷砼的时候，要把喷砼的厚度保持在允许的水平上，尽量减少由于喷砼的厚度不够而引起的安全风险。在隧道建设过程中，支护墙与岩层将对其产生的特定的变形状况产生重要的作用，并将其作为一个重要的承载力量，关系到整个隧道的安全与建设。对于出现开裂的喷砼，采取加固处理，可以对其进行有效的控制，防止其破坏。(2)初始支护时，因钢拱部位喷浆过厚，而拱与拱间喷浆层薄化，则会造成后期施工时产生纵波，此现象会对整个工程的稳定造成很大的冲击，若喷浆层薄化，则会产生开裂，甚至崩塌等危险。因此，针对这一问题，应当在喷砼施工的同时，对钢拱间隔进行补喷，从而提高其整体的稳定度。

结束语：

在进行公路隧道的混凝土喷射时，应该从水泥、粗细骨料、水以及外加剂等多个角度来强化对原料的施工质量的管理，并对一些重要的品质指标如：干骨料重量比、含砂率、水灰比与速结剂掺入量等进行严格的管理。对于工程机械的使用和品质的管理，主要是：对洒水压力进行适当的调整,同时采取排水、导流、分层、分块、段等措施，调整好喷注工艺，减少施工费用，保证了隧洞建设的质量。

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