姜昭荣

1 工程概况

喷射混凝土是现代隧道工程施工中最常见也是最基本的支护形式和方法之一。传统的干喷工艺存在粉尘大、回弹高、混凝土质量不稳定三大技术难题，实现湿喷成为解决这一问题的根本途径。重庆—利川铁路全长 244.269 km，设计为国铁 1级干线，双线，电力牵引，时速200 km，建设总工期4年。渝利铁路在利川凉雾车站与宜万铁路接轨，是构成沪汉蓉快速客运通道的重要组成部分。向家坝隧道位于重庆市石柱县沙子镇境内。隧道全长6 500m，隧道从两端分别同时施工。向家坝隧道出口段施工3 250m，Ⅲ级围岩3 155m，Ⅳ级围岩 55m，Ⅴ级围岩40m，共喷射混凝土 14 108m3，设计为C 25湿喷混凝土。

2 原材料选择及配合比确定

1)原材料选择。选择原材料的原则是在满足质量要求的前提下，尽可能采购当地材料，以降低工程成本。水泥:湖北宜昌华新水泥P.O42.5、表观密度3.1×103kg/m3。砂:为保证喷射混凝土的强度，选用就近沙子镇粟新石厂机制砂，细度模数 3.4，表观密度 2 600 kg/m3。碎石:为防止喷射混凝土时堵管和减少回弹，选用就近沙子镇粟新石厂碎石，粒径 5 mm～10mm的机制碎石，要求连续粒级，并坚硬耐久，表观密度2 600 kg/m3。外加剂:外加剂对混凝土拌合物性能起关键作用，施工中选用山西黄腾速凝剂掺量为胶凝材料的 4%，山西黄腾高效减水剂掺量为胶凝材料的0.8%。

2)配合比确定。向家坝隧道喷射混凝土设计强度等级25.0MPa，采用湿喷工艺，坍落度设计为80mm～130 mm。根据湿喷混凝土工艺要求，通过多次试验比较，确定配合比如下:水泥∶砂∶碎石=1.00∶2.24∶1.83。水灰比:0.45。外加剂(掺合料)掺量分别为:速凝剂4%，减水剂0.8%，每立方米水泥用量427 kg。施工中根据砂、碎石的含水率及时调整施工配合比。

3 施工机械

1)湿喷混凝土搅拌采取全自动计量强制式搅拌机，施工配料应严格按配合比进行操作。2)混凝土运输罐。混凝土运输罐容积为 8m3，罐体在柴油内燃机带动下可以正转或反转，混凝土在运输过程中正转可以延缓混凝土的凝结时间，罐体反转则向混凝土泵料斗中卸料。3)混凝土喷射设备。混凝土喷射设备为成都岩峰 TK 500湿喷机。湿喷机自配流量泵和仪表以控制液体速凝剂的用量，湿喷机出料能力为4m3/h～4.5m3/h。混凝土喷射手在自制简易台架上进行喷射作业，混凝土通过湿喷机输送到喷嘴处，再添加速凝剂和高压风把混凝土喷射到岩面上，完成喷射作业。

4 湿喷混凝土施工工艺

4.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

4.2 混凝土拌制运输

混凝土拌制时按砂→碎石→水泥→水的顺序投料，加入减水剂后搅拌2min，最多不能超过4 min。混凝土运输过程中，罐体保持转动以防止混凝土初凝。运输过程中，在搅拌站取部分混凝土样品袋装后放置在同批罐车上，若出现机械故障，导致混凝土不能及时喷射时，应检验样品是否有变化，坍落度应保持在80mm～140mm，若样品不能使用，则罐内混凝土同样不能使用。

4.3 混凝土喷射工艺

喷射前用高压风或高压水冲洗岩面。冲洗时从隧道拱顶开始，按从上到下的顺序清洗至边壁底部。试验表明，洁净湿润的岩面与混凝土粘结比较紧密。喷射混凝土时从隧道两拱脚处开始，由下往上喷射，以避免回弹料污染已冲洗干净的岩面，影响喷射混凝土的质量。喷射手应尽量使喷嘴与受喷面垂直，边墙喷嘴距离开始为1m～1.2m，当形成3 cm～5 cm厚的混凝土软层时，喷嘴距离变为0.5m～0.7m，最后要留2 cm～3 cm厚要喷的混凝土时喷嘴距离回到1m～1.2m喷平整;若喷拱顶时喷嘴距离在 0.8～1.6为宜。混凝土应分片自下往上喷射，喷嘴应均匀地呈单向螺旋转动。一般正常工作情况下，边墙工作风压为0.2MPa～0.4MPa，拱部工作风压为0.3 MPa～0.5MPa。此外，工作风压与喷射管长度和混凝土和易性有关，和易性越好，喷射管越短，所需工作风压较低，反之则工作风压越高。喷嘴尽量垂直岩面成 90°角，以确保混凝土的密实效果，喷射时可以观察到喷嘴与岩面的角度偏离直角愈多，喷混凝土材料回弹就越大。

喷射混凝土时应根据围岩类别及水文地质情况，确定适宜的初喷层厚度，初喷层厚度过薄，粗骨料不易粘结牢固，会增加回弹量。初喷层过厚，混凝土自身重量超过其内部凝聚力或超过混凝土与岩面的粘结力，就会造成初喷层下坠掉落或形成空壳。根据设计的支护参数及现场施工情况，初喷层厚度确定为 3 cm～5 cm，初喷10min～15min后再继续喷射混凝土至设计厚度。

4.4 特殊情况下的混凝土喷射工艺

挂钢筋网地段，喷射后混凝土层面有时呈波浪形，喷头垂直于岩面喷射则可使混凝土均匀分布，避免起伏。设钢拱架地段，因岩石破碎，混凝土喷射工作显得尤为重要。喷射混凝土必须从填充岩面空洞、裂隙开始。喷头呈直线状沿拱架从拱底向拱顶移动，注意不要旋转喷头。钢拱架与围岩之间的空隙必须用喷射混凝土填充密实，对于钢拱架的两侧，必须进行两次或三次补喷，并将钢拱架用混凝土包裹严实(又能确保铺设防水板时圆顺、密贴)，使其与喷射混凝土构成整体受力体系。混凝土掉落部位的补喷，应在10m in～15m in后进行，立即补喷只能引起更大范围的混凝土垮落。喷射时喷头不能旋转，以免在其周围形成凸包。对渗水较小的地方，喷射从无水处向有水处进行;对渗水较大的地方，采用引流措施后再喷射。

4.5 劳动组织

湿喷混凝土劳动组织比较简单，一台机喷射人员:喷射手1人，指挥 1人，上料人员 1人，合计 3人;辅助人员:拌合机司机1人，拌合站上料装载机司机 1人，混凝土运输罐车司机 1人，空压机司机 1人，电工 1人，合计 5人。以上总合计 8人。

4.6 施工中应着重注意的事项

1)混凝土的拌和质量直接影响喷射效果，施工中应加强原材料检测及混凝土拌和质量的控制。2)在系统工作风压不小于0.5MPa时，才能开机，否则会造成喷射管堵塞。3)喷射混凝土供料一定要连续，喷射过程中经常停机易造成混凝土喷嘴处速凝剂通道堵塞和喷射机内积料严重。4)在喷射混凝土过程中，要理顺喷射管，避免喷射变换位置过程中使喷射管弯折和蹩劲现象，引起堵管。5)短时间停机时，停主电机、振动电机、计量泵，但要保持辅助风阀呈开启状态，以防止速凝剂管路堵塞。6)使用喷射机喷射混凝土时喷头不能对着人和设备。7)喷射手必须戴好面具，避免回弹伤人，吸尘危害健康。

5 喷射混凝土质量评定

5.1 抗压强度

石块制作采用喷大板切割法，也可采用钻芯取样，统计DK229+950～DK230+000段混凝土抗压强度试验结果，该段喷混凝土抗压强度平均值为30.7MPa。

5.2 喷层厚度

喷射混凝土厚度检查，在有锚杆地段利用锚杆露头，其余地段采用凿孔法检测厚度。凿孔检查宜在喷后 8 h之内检查，用短钢钎将孔凿出，发现厚度不足时可立即补喷。

当发现混凝土表面有裂缝、脱落、露筋、渗漏水情况，应立即予以修补、凿除重喷或进行整治。

5.3 混凝土与岩石粘结强度

采用铁锤敲击混凝土检查，未发现空洞，表明混凝土与岩石粘结效果良好。

5.4 喷射材料的回弹率

经检查，材料回弹少，经现场实测回弹率平均边墙为 10%，拱部为15%左右。

6 需要解决的问题

1)湿喷混凝土设备相对较复杂，维修保养困难，积极探索维修保养规律，使之能够保持良好的工作状态。2)湿喷混凝土对粗骨料、坍落度要求较高，风压及风量要求较大。3)有水地段湿喷混凝土效果差，应继续改进完善湿喷混凝土施工工艺，使其能够适应不同地质地段施工。4)湿喷混凝土使用的液态速凝剂成本过高，而且对喷射手的身体伤害较大。

7 结语

湿喷混凝土技术在渝利铁路向家坝隧道的应用，较好地解决了干喷混凝土存在的不足，也取得了一些施工经验，但由于对湿喷混凝土工艺的认识和应用时间有限，诸如防止堵管、有水地段喷射混凝土工艺的研究都将是今后施工中急需解决的问题。湿喷混凝土由于粉尘少、回弹低、对环境污染少、混凝土质量稳定可靠，虽然目前还处在推广阶段，但是作为一种新的施工工艺，其应用必将越来越广泛。

[1] 陈建平，吴 立.地下建筑工程设计与施工[M].北京:中国地质大学出版社，2000.

[2] 高 波，关宝树，钟新樵.铁路隧道 200号喷混凝土现场实测强度的概率特性统计研究[J].铁道工程学报专刊，1994 (10):10-14.

[3] 孙 君.浅谈新奥法在两头乌隧道进洞施工中的应用[J].山西建筑，2009，35(10):317-318.