隧道喷射混凝土回弹量控制实践

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摘要: 本文以重庆市涪陵-丰都-石柱高速公路A1、A2段隧道工程为例, 从喷射混凝土材料选择、机械设备和喷射方法等三个方面介绍应用湿喷砼技术控制喷射混凝土回弹的工艺, 减少了回弹量和空气中的灰尘，降低了隧道掘进成本，提高隧道施工效率，取得了良好的经济效益。

关键词：隧道；喷射混凝土；回弹量；控制

中图分类号： TU37文献标识码：A 文章编号：

前言

在工程界，从新奥法柔性适时支护理论发展起来的喷射硷技术在施工中得到了广泛的应用，而喷射硷回弹造成的材料浪费却始终是困扰施工的一大难题。

本文结合重庆市涪陵-丰都-石柱高速公路A1、A2段隧道的施工实践，介绍了在隧道中应用湿喷硷技术控制喷射混凝土回弹的方法。

1、 工程概况

重庆市涪陵-丰都-石柱高速公路A1、A2段共10条隧道，累计长约13公里。本标段隧道初期支护的喷射混凝土厚度一般在20cm～25cm，拱架有型钢拱架和格栅拱架两种形式，拱架间距在50cm~120cm不等。

初支喷射砼采用自动配料机配料、强制式搅机拌料(加人水减水剂、合成纤维)、混凝土罐车运输、电动空压机供风、湿喷机喷射(掺加速凝剂)的机械化工艺施工。

2 、喷射混凝土材料的控制

混凝土的拌和应主要从材料性质、拌和料的和易性、坍落度和温度共四个方面来进行控制。施工中要确保喷射混凝土拌和料具有良好的和易性，严格控制喷射混凝土的坍落度。实践证明，当喷射混凝土的坍落度控制在70mm～90mm的范围内时，回弹量就比较小。另外，需把喷射混凝土拌和料的温度控制在10℃～30℃ 范围内。温度过高或过低，都会影响混凝土的水化，使回弹量增加。

对拌和材料主要有以下几个方面的要求。

2.1、 砂

采用河砂拌制的混凝土粘聚性较好，有利于降低回弹量。要控制砂的颗粒级配，使用Ⅱ区的中粗砂。砂的含泥量控制在≤3.0%；泥块的含量控制在≤0.5%。函谷关隧道工程由于受砂料源的限制，砂中5mm以上的颗粒超标。故施工配合比中计算砂的用量时，除要考虑水的影响外，还要考虑砂的含石量，也要相应地调整米石的用量。应优先采用普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥，在软弱围岩中宜选用早强水泥。水泥标号不得低于42.5级，使用前应做强度复查试验。

2.2 、米石

采用5mm～10mm 连续级配机制卵碎石，由于在机制卵碎石的制备过程中米石反复被水冲洗，相对于卵碎石，机制碎石与砂浆的粘结更为牢固，强度也较高。另一方面, 由于卵碎石的外形比较圆滑，拌制的混凝土喷射料的和易性较好，其回弹也小。

由于大于15mm 的石子进人湿喷机容易堵塞喷浆管, 且大于15mm 的石子喷出后易与砂浆分离，不易喷附于岩面上，造成回弹增大。所以，使用前应将米石过15mm的筛网。

2.3 、减水剂

喷射混凝土中由于水泥的用量较大，因此水的用量也很大，这对提高混凝土的强度和降低回弹量都十分不利。加人减水剂可以减小用水量，增大混凝土拌和料的流动性，增强混凝土拌和料的粘聚性，从而降低回弹量。

由于减水剂的掺量较少，配料过程中不易控制掺量在施工中，可以按比例把减水剂溶人喷射料拌和用水中，这样既可以控制减水剂的掺量，也可以提高施工机械化的程度。

2.4 、合成纤维

由于纤维的联接作用，喷射出的混凝土拌和料粘聚性非常好，大大降低了回弹量；另一方面，加人合成纤维可以减少喷射混凝土的收缩裂纹，从而提高强度。

合成纤维的掺量宜控制为1.2kg /m3。合成纤维参数如下: 单丝长度为7mm～18mm,直径为40μm～50μm,极限延伸率≥16% ,抗拉强度4≥00MPa。

2.5、速凝剂

速凝剂是适用于喷射混凝土施工工艺的外加剂,，掺入速凝剂可以提高混凝土的早期强度。速凝剂的掺加要适量，这与速凝剂、水泥、砂石料材质、掺量、喷射部位甚至施工机械、喷射水平等都有关系。

速凝剂的掺量过小，不但起不到早强的作用，且回弹量大； 掺量过大，不但会极大地降低混凝土的后期强度，还会增大回弹量。本工程中, 速凝剂的掺量大约控制为水泥用量的3% 。

3、 采用先进的机械设备

本隧道全部采用KSP-500型湿喷机。湿喷机的工作原理是: 经拌和站搅拌好的塑性混凝土从料斗进入喷射机，在气料混合仓与高压风混合后呈稀薄液态状至喷嘴，在喷嘴部位与雾化的液体速凝剂混合后喷至围岩面。

在湿喷机气料混合仓内，混凝土拌和料与高压风混合后，由高压风带至掌子面，并且喷嘴采用前细后粗的形状，使得喷嘴附近浆料的运动速度增加，因此，喷射混凝土的密实度也增高。另外，喷嘴内有螺旋形凸痕线,混凝土在喷嘴内作螺旋运动。混凝土自喷嘴喷出

后, 方向性好, 管口滴浆现象也能减轻, 从而保证混凝土配合比不变，确保喷射硅强度, 降低回弹量, 节省材料。

在使用湿喷机的过程中, 应注意控制管道长度。一般以一节喷浆管(18 m )为宜, 因为喷射管道过长需要很高的风压，也容易造成堵管。

2.4 、合理的喷射方法

喷射前，应修整受喷面轮廓，使其基本圆顺。在土质隧道中，进行初喷十分必要，初喷的厚度不宜小于4cm。隧道开挖后如果放置时间过长，就容易崩塌。初喷后，可以填塞围岩裂缝，封闭围岩，防止围岩过度风化，在围岩表面形成一个坚硬的混凝土壳，还可以起到支撑加固围岩的作用。由于减少了围岩掉块, 因而也就可以减少喷射混凝土的用量。

一次喷射厚度应控制在10cm～20cm 范围内，分层过多会造成工序复杂。

喷浆需要高水平的喷浆手，应事先对其进行培训。喷射过程中要注意以下事项:

（1）开机前检查电压是否正常，并检查压力表、安全阀是否正常，并要试运行；用高压风清理受喷面；

（2）只有系统风压高于0.5MPa 时才能开机操作，否则易造成喷射管堵塞，要严格按以下顺序操作:打开速凝剂辅助风缓慢打开主风阀送风依次启动速凝剂计量泵、主电机和振动器向料斗内连续加料；

（3）开机后注意观察工作风压表的数值变化，并根据喷嘴出料情况调整主风阀开关，以控制高压风的风量和风压，喷边墙时工作风压一般为0.2MPa～0.4MPa，喷拱部时一般为0.3MPa～0.5MPa；

（4）喷射手在操作喷嘴时，应尽量使喷射方向与岩面垂直，距离控制在lm～1.5m 范围内，距离过近或过远回弹量都容易增加；

（5）喷射时应自下向上进行，否则喷射回弹料堆积在墙脚，会造成下部混凝土不密实，每层喷射时喷嘴应均匀地呈螺旋形运动，由于每次只喷以减少喷射混凝土的用量射1 榀钢架，即0.6m～0.8m 宽，喷嘴的抖动范围不会超过20cm，故喷射时要分片进行，一般每片长4m；

（6）停机严格按以下顺序操作: 关主电机、振动电机，关速凝剂计量泵关主风阀用水清洗速凝齐管路通知喷射手将喷嘴从受喷面移开依次打开主风阀、计量泵电机、主电机清洗气料混合仓和砼管路关闭主风阀、计量泵、速凝剂辅助风。

2.6、养护

喷射混凝土终凝2小时后，应进行洒水养护。养护时间不小于7d。当气温低于+5℃时，不得洒水养护。

结束语

喷射混凝土在隧道工程中应用比较广泛，其施工质量的好坏直接影响到结构耐久性、防护、受力，因此，在施工过程中要注重材料、机具、喷射方法的控制，合理进行喷射混凝土配合比设计，采取合理方式进行强度、厚度和回弹量检测，确保其施工质量满足规范和设计要求。