探究隧道喷射混凝土质量控制

探究隧道喷射混凝土质量控制

摘要：喷射混凝土是隧道工程中常见的施工技术，具有施工速度快、工艺简单、安全适用等特点，在隧道开挖掘进过程中与钢拱架、钢筋网片、锚杆等形成组合体系，可以切实满足隧道工程的施工需求。为有效发挥隧道喷射混凝土施工技术作用，本文根据施工过程关键环节，从混凝土原材料控制、拌合控制、线形控制、机械使用、现场操作五个方面进行论述，对隧道工程喷射混凝土施工质量进行探讨，提出保证喷射质量的相关措施，确保隧道喷射混凝土施工完成后在验收过程中强度、厚度、平整度一次性达标，使其与隧道围岩更好的附着成为一体，避免以往常出现的补修返工处理、钻眼注浆补强等情况，从而保证隧道围岩稳定和整体衬砌质量，同时减少了混凝土回弹量，降低了施工成本。

关键词：隧道 喷射混凝土 质量

近年来，喷射混凝土在我国基础设施建设和城市建设工程中起到越来越重要的作用，用量呈不断增加趋势。特别是我国“西部开发”和“一带一路”的不断推进，西部地区和周边国家高速铁路、公路建设过程中隧道工程越来越多，对喷射混凝土的性能和耐久性等提出了越来越高的要求。

隧道喷射混凝土是使用混凝土喷射机，将掺有速凝剂的细石混凝土拌和料通过压缩空气高速喷射到围岩表面和岩体节理、裂隙中，把节理、裂隙围岩分隔的岩体联结起来，有效地阻止岩块的松动和滑移，形成一种紧贴隧道岩面的封闭层，而且可填补由于爆破而形成的围岩表面凹凸不平，具有支承围岩、“卸载”、填平补强围岩、覆盖围石表面减缓风化、阻止围岩松动、分配外力作用，起到控制围岩过大变形的目的，它是现代隧道工程中最常见也是最基本的支护形式和施工工艺。而在施工过程中，经常发生喷射厚度不均匀、回弹量大、强度不足、混凝土裂缝等现象，造成资源浪费，降低了喷射混凝土的功效。需要从源头上严格进行控制，以下从五个方面进行简要阐述和总结，供业内同行参考借鉴。

一、隧道喷射混凝土原材料控制 隧道喷射混凝土的基准强度主要来源于砂浆的强度、砂浆和骨料的粘结力、骨料的颗粒强度等。不同批次的喷射混凝土材料都需进行现场配合比试验，要满足设计强度和喷射工艺的要求，喷射混凝土的原材料主要有水泥、粗骨料、细骨料、水与外加剂，外加剂主要有高效减水剂和速凝剂。

（一）水泥

所用水泥泥应具有强度高、抗渗性和耐久性好。水泥除了应该满足设计需要的强度外，还应该满足喷射混凝土施工以后的凝结硬化快，保水性好、早期强度增长快、后期强度随龄期的增长而提高以及收缩小等要求。为保证喷射混凝土的凝固时间及与速凝剂的相容性，优先采用普通硅酸盐水泥。水泥运抵工地后，应按批（散装水泥每500t为一批，袋装水泥每200t为一批，当不足500t或200t时，也按一批计）对同厂家、同批号、同品种、同强度等级、同出厂日期的水泥进行强度、细度、安定性和凝结时间等项目的检验，水泥存放时严禁受潮和结块，也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。

（二）骨料

骨料的选择考虑因素众多，因为喷射混凝土的强度除了取决骨料的强度外，还取决于水泥浆与骨料的粘结强度，同时骨料的表面越粗糙界面粘结强度越高，因此不得使用卵石、砾石类表面圆滑的骨料，要配置碎石作为骨料，碎石表面结构粗糙，可以起到改善混凝土界面粘结效果的作用。在一定范围内骨料粒径越小，搅拌分布越均匀，混凝土越密实，但是也不宜过小，骨料粒径越小越容易产生裂缝，而且强度等级也很难提高，一般不小于5mm。为防止喷射混凝土过程中堵塞管道，减少回弹量以及保证混凝土支护结构的强度，粗骨料采用坚固耐久的碎石，粒径一般不大于12mm。为保证喷射混凝土的强度和减少施工作业时粉尘，以及减少混凝土硬化时的收缩裂纹，细骨料采用坚固耐久的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5。每600t为一批进行检验。细砂不宜使用，使用的话会造成混凝土收缩，并且易造成喷射混凝土发黏，不利于泵送和喷射。

（三）拌合用水 隧道工程施工普遍选择使用酸碱值适中、经过过滤处理的生活用水作为混凝土拌合水。拌合水pH值过大或过小、硫酸盐含量超过相应标准，将影响混凝土搅拌质量、凝结硬化效果。例如，在使用硅酸盐水泥时，如果拌合水的pH值小于4，混凝土在产生水热化反应时将出现水分蒸发现象、孔隙率有所提升，最终导致混凝土28天龄期强度不达标，内部形成大量毛细孔。因此，应提前对拌合水的pH值、硫酸盐含量等指标进行检测，去除水体中混入的各类杂质。为保证喷射混凝土正常凝结和硬化，以及确保混凝土的强度和稳定性，水质应符合工程的有关标准。不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量超过1%的水，

（四）外加剂

掺入外加剂可改善混凝土的工作性、提高混凝土强度和耐久性。在不改变各种原材料配比的情况下，添加混凝土高效减水剂，不仅改变混凝土强度，同时可以大幅度提高混凝土的流动性及可塑性，使得混凝土施工可以采用自流、泵送、无需振动等方式进行施工。在不改变各种原材料配比及混凝土的坍落度的情况下，减少水的用量，可以大大提高混凝土强度。

掺入速凝剂是当前喷射混凝土一种常用的材料，目的是为了降低回弹率和粉尘率，使喷射混凝土早凝早强。在掺加速凝剂之前，应该做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果试验检验。所采用的速凝剂应选择对喷射混凝土强度和收缩影响小的速凝剂，其初凝时间应不大于3min，终凝时间应不大于12min。掺入速剂的混凝土初凝与终凝时间符合要求后，再将速凝剂投入使用。

二、隧道喷射混凝土拌合控制

隧道工程喷射混凝土施工首先在工艺上要采用湿喷法，为保证所制备的隧道喷射混凝土拌合料的流动性、黏聚性、保水性、泌水性和凝结时间符合使用要求，

应准确计算水泥、拌合水、砂石、高效减水剂、速凝剂等材料的用量比例。组织开展混凝土试拌作业，将试件送至试验室进行检测，根据检测报告对配合比进行优化调整。

（一）配制强度确定 混凝土搅拌前，要根据施工现场砂石的含水率，将理论配合比换算成施工配合比，配制强度1天龄期不低于8MPa。混凝土的施工配制强度要在设计强度要求的基础上加一个标准差基数，即fcu,0≥fcu,k+1.645σ，混凝土标准强度标准差σ值根据混凝土设计强度等级范取值，小于C20时取3.5，C20～C40时取4.5，大于C40时取5.5。如喷射混凝土强度等级设计为C25,则σ值选用4.5，即设计强度等为C25的混凝土施工配制强度应大于C32.4。

（二）配料和拌制

混凝土拌制集中在拌合站搅拌，混凝土拌和物配料称量采用自动计量装置，最大允许偏差：胶凝材料（水泥、掺合料等）±1%；外加剂±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。这是控制混凝土质量的硬性要求。粗、细骨料中的含水量要及时测定，并按实际测定值调整用水量、粗、细骨料用量，禁止拌和物出机后加水。

搅拌时，先向搅拌机投入骨料、水泥、矿物掺合料和外加剂，搅拌均匀后，再加入所需用量，上述每一阶段的搅拌时间不宜少于30s，总搅拌时间不宜少于2min，也不宜超过3min。骨料存放要建储料场，便于测定含水率后不因天气变化而引起的含水量变化，便于组织施工和质量控制。

速凝剂存放在隧道内，在混凝土运输至现场，喷射前掺入混凝土罐车内。

（三）混凝土运输

混凝土应随拌随用，由混凝土罐车运输，要保证混凝土在运输过程中保持均匀性，不能随意急刹车、急拐弯，运输过程中宜以2～4r/min的转速搅动，当混凝土运输车到达现场时，应高速旋转20～30s后再将混凝土拌和物喂入喷射机具料斗内。这样可以较好的保证混凝土不分层、不离析、不漏浆，满足塌落度和含气量要求等工作性能。

（四）温度控制

掌握混凝土的浇筑温度对控制混凝土表面裂缝非常重要。混凝土的出机温度宜控制在15～25℃之间，冬期施工时不得低于10℃。混凝土喷射时，岩土介质表面温度的温差控制在2～15℃之间。养护用水和混凝土表面温度之差不应大于15℃。自然养护期间，在混凝土浇筑完毕后 lh 内对混凝土进行保温保湿养护。当环境温度低于 15℃时禁止洒水。

三、隧道喷射混凝土线形控制

喷射混凝土厚度指混凝土喷层临空面至工程围岩接触界面间的距离，如果喷射混凝土的厚度达不到设计要求，会引起喷层开裂和剥落，影响喷层厚度的不符要求的原因主要有两个方面，一方面为缺乏可靠的厚度控制手段，没有采取诸如拉线复喷、埋设标桩等严格控制喷厚的措施。另一方面为隧道开挖效果差，断面形成不好，导致超挖处混凝土喷层过厚，而欠挖处喷层又过薄。

（一）喷射混凝土轮廓及平整度控制

在有拱架的情况下，根据安装好的拱架为基准进行控制。在没有拱架的情况下，喷射前在岩层中打入钢筋头做为控制桩，以钢筋头端做为喷层控制点，钢筋头间距为2m，水平竖向对齐排列。在钢筋头端涂白漆，便于喷射作业人工清楚识别和管理人员检查复核。

（二）喷射混凝土厚度控制

喷射混凝土平均厚度不应小于设计厚度，喷射混凝土厚度检查点数的80%及以上大于设计厚度，但是在混凝土喷射过程中，常出现局部混凝土层过厚问题，一方面导致材料浪费，另一方面增加了自身重量，形成局部应力集中，对支护不利。因此施工技术人员必须重点控制开挖轮廓，软岩使用机械开挖，硬岩要采用光面爆破，对周边眼数量、间距、钻眼角度、用药量要写实记录，针对施工实际爆破效果不断调整，严格控制超欠挖。

四、隧道喷射施工机具选择

采用了湿喷工艺，隧道喷射混凝土混合料要采用机械搅拌机搅拌，混凝土罐车运输。喷射作业可采用小型湿喷机和湿喷机械手，湿喷机械手属于“四新技术”新型设备，智能数显控制，施工质量更加均匀稳定，回弹率低，长大隧道宜使用湿喷机械手。 目前较多施工单位在施工长大隧道时仍采用的小型湿喷机，认为湿喷机械手一次性投入大占用资金多，设备周转使用率不高，在进尺深的情况下每个洞口配置一个湿喷机械手太浪费。介于此，要把质量和效益成本统筹起来进行分析。根据与多名有施工经验的现场人员核实调查，对比如下表：

性能

机具 均生产

能力 均回

弹率 拟生产10000m3

时间（h) 回弹量(m3)

小型湿喷机 4m3/h 25% 2500 2500

湿喷机械手 15m3/h 20% 667 2000

差值 -11m3/h 5% 1833 500

从上表可知，每施工10000m3喷射混凝土，在时间上相差1833h，折算为天数约76天；在回弹量上相差500方，估算喷射混凝土成本为500元/m3，拆算为成本约25万元。可见，施工数量越大，使用湿喷机械手在质量、进度、成本管理方面越占优势。

五、现场操作控制

（一）施工作业时的风压控制 一般要求风源风压应稳定在0.4～0.65Mpa才能在喷嘴处使风压稳定在0.1～0.25Mpa范围内。只有稳定的风压，才能保证喷射混凝土的质量。若风压过小，则喷射动能太小，粗骨料冲不进砂浆层而脱落，若风压过大，则喷射动能大，粗骨料会碰撞岩面而回弹。

在喷射混凝土作业前，要清除被钢筋网网住的松动岩块或混凝土块，并使用高压风或高压水将受喷面的浮渣清除干净。在喷射作业时，喷射工作风压要控制好，喷射墙部时风压保持在0.4～0.55Mpa。喷射拱部时适当提高工作风压至0.5～0.6Mpa，可根据现场试喷效果调整。

（二）喷射距离和角度控制

混凝土喷射作业的过程中，喷射的距离和角度会对混凝土的施工质量造成比较大的影响，所以在进行混凝土喷射过程中，要尽可能使受喷面和喷嘴之间垂直，喷枪头到受喷面的距离宜为1～1.5m。如果喷射过程中喷射角度不垂直或者喷射距离过大，那么会对混凝土密实度影响，容易产生裂缝和实体强度不够。