浅谈隧道喷射混凝土施工质量要求及控制

顾永智

摘 要：本文分析了隧道喷射混凝土施工要求及控制要点，提出设计思路，为隧道喷射混凝土施工提出了一定建议和经验。

关键词：喷射混凝土;质量要求;控制

喷射混凝土施工技术是隧道开挖初期支护的重要内容，它是借助于喷射设备，利用压缩空气将预先拌合好混凝土喷射到支护面上，混凝土迅速凝结硬化而形成隧道的围护结构。喷射混凝土施工技术水平的高低，直接影响到隧道支护质量和施工安全。

一、隧道喷射混凝土施工初期支护设计

隧道支护结构按新奥法原理设计，衬砌采用复合式衬砌，初期支护采用锚喷支护。二次衬砌采用模筑钢筋混凝土及模筑混凝土初期支护与二次支护衬砌间设防水层。设计思路为：充分发挥围岩的自承能力，以隧道开挖后及时施作的初期支护，以抑制围岩变形，使其趋于稳定的主要手段。同时，通过及时喷射混凝土于开挖岩面之上，可延缓围岩的风化作用，改善围岩的承载能力。

二、隧道喷射混凝土施工配合比设计要求

喷混凝土配合比的选择，既要考虑喷混凝土强度和其他物理力学性能的要求，又要考虑施工工艺的要求。为减少回弹物，和现浇混凝土相比，其石子用量和粒径均应小，而砂子的比例就相应增加，一般砂率在50%左右。由于集料总表面积增大，就要用更多的水泥浆包裹集料表面，故水泥用量较大。而水泥用量大，混凝土收缩也大，且容易开裂。水灰比也是影响喷混凝土强度和其他物理力学性能的重要因素。若水灰比过大则喷射面上会出现流淌或滑移现象;水灰比过小则料束分散，回弹增多，粉尘增大，喷射面上会出现干斑，影响喷混凝土的密实性。根据实践经验，水灰比值一般在0.4～0.5之间为好。

喷射混凝土配合比设计必须符合下列要求：

1.必须能向上喷射到指定的厚度，并且回弹量最少;

2.4～8小时的强度应能具有控制地层变形的能力;

3.在速凝剂用量满足可喷性和早期强度的要求下，必须达到28天的强度;

4.有良好的耐久性;

5.不发生管路堵塞;

6.合适的胶骨比、砂率和水灰比。常用喷射混凝土的胶骨比（即水泥与骨料比）：1：4～1：4.5;拌合料的砂率：45%～55%;水灰比：0.4～0.45;喷射混凝土配合比通常為：水泥：砂：石：水=1：2：2：0.4～0.5。

三、隧道喷射混凝土施工质量控制

（一）风压与水压

喷射混凝土是利用压气输送混合料的，风压是否适当，对减少混凝土的回弹量，保证喷击射混凝土质量和降低粉尘有很大影响。风压与喷射方向、拌合料输送距离、砂子含水率、混凝土配合比以及输送管的弯曲程度，内壁粗糙程度等因素有关。当垂直向下输送时，其风压与运距关系，可近似于水平输送。但垂直向上输送时每增高10米，应提高0.02～0.03 MPa的风压。喷头处水压必须大于风压，压力应稳定。水压一般比风压大0.1MPa左右为宜。采用压力水箱以获得稳定的压力水。

（二）喷射角度和距离

喷头与受喷面的角度，一般应垂直并稍向刚喷射的部位倾斜约10度左右，这时回弹量最少。喷料口与受喷面距离，以0.8～1.0米为较好。它是按最小回弹率和获得最高强度的经验数据确定的。

（三）一次喷射厚度及间歇时间

当喷层较厚时，喷混凝土应分层进行。一次喷射厚度应按喷射效率、回弹损失，混凝土颗粒间的凝聚力、喷层与岩面的粘结力等因素来定。一次喷射太厚，会出现混凝土凝聚力减弱，喷层下坠、流淌，特别是喷射拱顶时容易因自重而产生脱落。也不能太薄，否则骨料易于回弹。因此，一次喷射厚度不应小于骨料粒径的2倍。掺速凝剂时，一次喷射厚度侧墙7～10厘米，拱部5～7厘米。不掺速凝结剂，侧墙5～7厘米，拱3～5厘米。两次喷射的间歇时间与采用的水泥品种、是否掺速凝剂、施工时气温等因素有关。

四、隧道喷射混凝土施工常见质量问题

（一）质量问题及现象

1.混凝土开裂。

2.混凝土剥落。

3.混凝土离层。

4.混凝土厚度不足。

（二）原因分析

1.受喷面粉尘、杂物未清除不彻底。

2.松动危石未清除，松动石块存有较大空隙，而混凝土受遮挡无法喷入。

3.喷射混凝土所用材料不合格或混凝土配比不合适。

4.养生不及时或养生时间不足。

5.开挖爆破距喷射混凝土作业完成时间间隔过短，受爆破冲击、震动。

6.缺乏对混凝土厚度的检查或检查频率不足。

（三）预防措施

1.喷射混凝土作业前应对受喷面粉尘、杂物用高压风或水彻底清除干净，防止混凝土与受喷面结合不良。

2.喷混凝土前对松动石块、危石或遮挡物用人工彻底予以清除。

3.喷射混凝土所用各种材料质量、规格必须合格：水泥应优先选用普通硅酸盐水泥，因其凝结时间较快，且与速凝剂有良好的兼容性，矿渣硅酸盐水泥也可使用，其它水泥不宜使用。对于软弱围岩宜选用早强水泥，或在拌和时掺加早强剂，水泥标号不得低于425号。砂应采用硬质、洁净的中粗砂，细度模数宜大于2.5，用前应过筛。碎石石质应坚硬，最大粒径控制在15mm且级配良好，不致堵塞喷射管路，并减少回弹量。速凝剂必须是合格产品，并保证使用时不变质，其掺量需根据水泥品种、水灰比不同通过试验确定，使配制的混凝土初凝时间不超过5mm，终凝时间不超过10min。混凝土配比应通过试验确定，使拌制的混凝土有良好的流动性、和易性，满足设计强度和喷射工艺要求。

4.混凝土终凝2h后应即喷水养生，经常保持其表面湿润，养生不得少于7d。

5.因一般喷射混凝土施工需紧随开挖进行，故其受开挖爆破震动、冲击影响很大，混凝土需具一定强度后才能抵御，所以开挖爆破距喷射混凝土作业完成时间间隔不得少于4h，施工中应严格控制。

6.应按频率要求认真检查所喷混凝土的厚度：每10m检查一个断面，每断面从拱顶中线起，每2m检查一个点。平均厚度≥设计厚，60%的点厚≥设计厚，最小厚度≥0.5设计厚。

7.对于受喷面高低不平、起伏过大的，应先对低洼处作喷混凝土找平处理，个别突出的应予以凿除，钢筋网所用钢筋直径宜为6-8mm，用前必须除锈、除油，保护层应大于20mm。

在隧道喷射混凝土施工中，通过对初期支护设计、配合比设计和质量预控措施，其施工质量能得到较好的保证，工程质量得到较大的提高。