隧道工程喷射混凝土施工技术要点分析

2023-11-21叶挺

运输经理世界 2023年22期

叶挺

（宁波市轨道交通集团有限公司建设分公司，浙江宁波 315100）

0 引言

随着我国社会发展水平的不断提升，隧道工程已经成为基础设施施工领域的重点工程。由于隧道施工的环境较为复杂，对支护结构及检测技术有较高的要求。喷射混凝土是隧道支护结构及衬砌结构施工过程中的常见技术，可提高施工质量及稳定性。为更好地发挥该技术的应用优势，提高隧道施工质量，需要对其进行进一步的研究。

1 工程概况

北疆供水二期工程KS 隧洞总长度为283.27km，为超长地下隧洞。P4 支洞位于KS 隧洞K98+500m 桩号处，与主洞夹角75°12′42″，其中明挖段长度110m，开挖坡度12.9%，覆盖层开挖边坡1∶1，基岩强风化层开挖边坡1∶0.75，边坡防护需锚网喷支护。支洞暗洞长度为2607m，纵断面设计为200m 长12.9%的纵坡+20m 长3%的缓坡，综合坡度11.828%，于主洞交叉口布置30m 长纵坡为零的洞段。P4 支洞断面型式为城门洞型，陡坡段断面净尺寸为6.7m×6.8m（宽×高）。缓坡设置错车道，断面尺寸为8.5m×6.8m（宽×高）。

2 喷射混凝土隧道支护的性能特点

喷射混凝土主要是利用混凝土喷射机，将按照相关标准混合好的混凝土材料，通过高压喷射到岩壁表面，混凝土凝固后会形成一层坚实的防护结构，能够起到支撑围岩的作用。在实际施工期间，需要结合具体施工需求，分层次地增加混凝土厚度，以提升整体结构的稳定性和综合质量。一部分工作面上也可以选择其他附属设施，如锚杆、钢纤维、钢拱架、钢筋网等构成的复合式支护[1]。

从施工特点来看，喷射混凝土的强度增长较快，且有较强的黏结力，密度较大，抗震性能较好，能够快速填充岩块之间的缝隙和凹槽，有助于提升整体岩体结构的稳定性，尤其是针对风化和松动的结构，有较强的优化作用。

另外，在施工的过程中，可以直接通过混凝土喷射机进行施工，不需要额外设置模板，能够省略一部分施工工序，在增强施工效益的同时，还可以缩短施工工期，有助于节省工程投资。同时，选择喷射混凝土技术可以尽早发挥支护结构的作用，喷射施工10min 之后混凝土可以初步凝固，2h 之后便可以具备一定的强度，施工后4～28d，经过恰当养护能够确保其质量满足施工标准。采用该种技术进行施工，最终形成的支护结构物理性能会有所改善，抗弯曲疲劳强度会大大提升，能够为隧道工程的施工提供安全保障。

3 湿喷与干喷的区别和优势

近年来，随着施工技术的不断创新和优化，喷射混凝土技术衍生出多种类型的喷射技术，比较常见的是湿喷、干喷、潮喷及混合喷射技术，其中湿喷和干喷技术的应用较为广泛，在实际使用过程中二者的应用效果不同，主要差别在于不同技术的投料程序有一定的差异，尤其是加水和速凝剂添加的时机差异较大。

干喷技术主要是先将砂石、水泥、粉状速凝剂混合，然后将其装入干喷机。通过压缩空气将干混料通过胶管送到喷管，喷嘴上额外接有水管，干喷料和水会在喷嘴位置快速混合，然后一同喷出，附着在围岩后混为一体，快速硬化[2]。从设备应用的角度来讲，干喷设备的体型较小，且具有较强的机动性和灵活性，但其主要缺陷在于会影响混凝土结构最终的综合质量，需要通过人工方式控制加水量，在喷射施工过程中会出现较高的回弹率，容易导致资源浪费，整体施工效率较低，且对于施工环境的影响较大，因此通常会应用在施工面较小、施工量较小的工程中。

湿喷技术主要是将水泥、砂石、细骨料以及其他外加剂搅拌均匀，水灰比控制在0.5 左右，然后通过混凝土罐车直接运送到施工现场，将材料装入到湿喷机，连接胶管之后直接进行喷射施工。此时喷管上接有水管，可以直接加入液体速凝剂。混凝土材料和速凝剂在喷管内部快速混合，然后通过高压风喷射的方式进行施工。从设备应用的角度来讲，湿喷机的整体规模较大，使用期间周转不灵活，但该方式能够降低工作面的粉尘，回弹量较低，在前期搅拌期间物料混合较为均匀，容易进行质量管理，喷射好的混凝土结构，性能较为稳定，强度更高。但是由于喷射技术较为复杂且输送距离较短，需要选择专用设备及专用的液体速凝剂进行施工。

从两种施工技术的横向对比来看，湿喷的应用优势更高，能够保证整体施工环境的良好状态，也可以提升最终的施工质量，虽然该技术的施工工序较干喷技术复杂程度更高，但由于该工程为隧道工程，在施工期间需要进一步强化整体工程质量，不容许存在丝毫疏漏，因此最终确定采用湿喷技术。

4 喷射混凝土施工中的质量控制

4.1 前期准备

4.1.1 人员配置

在前期准备的过程中，要结合具体的施工需求，合理设置人员岗位和数量，结合不同班组施工的划分情况来看，每一个班组需要配备2 名喷射手，普工6人，电工1 人，拉喷浆料司机2 人，搅拌机操作手2 人。

4.1.2 材料管理

为了确保施工质量，施工期间所选择的一系列施工材料必须具备产品合格证书。水泥优先选择符合标准的普通硅酸盐水泥，细骨料的细度模数控制在2.5 左右，含泥量要控制在3%以下，施工用水选择自钻井水。确定了施工材料之后，需要结合实际的施工需求，合理进行配合比设计。水泥用量通常控制在375～450kg/m3，含砂率控制在45%～55%左右，水灰比通常在0.4～0.5。选择外加剂时，可以结合实际施工需求及施工环境的外界影响因素进行针对性分析。

4.1.3 施工机具设备的配置

每一个班组需要配备两台喷射机、两台混凝土运输罐车及两台铲车。

4.2 施工技术

4.2.1 施工技术流程

湿喷混凝土施工技术流程如图1 所示。

图1 湿喷混凝土施工技术流程示意图

4.2.2 施工程序

（1）湿喷要点

在混凝土喷射过程中，其厚度必须满足设计厚度，需要将误差控制在允许误差范围内。施工期间要加强质量控制，避免产生裂缝，若出现裂缝要及时进行补喷或者采用其他措施进行修复[3]。此外，施工期间应避免省略施工步骤，否则可能导致施工厚度不满足标准。

在有钢拱架等其他初期支护结构的隧道施工中，要确保有钢拱架的位置以及其他位置的喷射厚度相同，避免出现波浪形结构，为后续的施工提供有力保障。在施工过程中，要求施工人员在全断面螺旋喷射结束之后，对钢拱架之间的间隙进行二次补喷。挂设防水板之前，还需要进行全断面检查，从而提升工程的整体施工质量。

若出现了混凝土喷射较厚的情况，挂防水板之前必须剔除多余的混凝土，避免顶破防水板，同时避免在二次衬砌施工结束后出现开裂的现象。

（2）施工技术

在实际施工中，应结合不同的施工场景选择不同的施工方法，当前较为常见的为不挂网混凝土喷射技术及挂网喷射技术。

a 不挂网喷射混凝土技术

第一，需要进行围岩面处理及渗水处理，仔细检查开挖断面的实际情况，并将松动的石块和杂物清除，通过高压风或水进行施工面清洗，埋设混凝土喷射厚度检查标志。第二，进行渗水处理，做好排水引流，以安装软式弹簧盲管为主，安装的间距以及具体的布设方式可以结合实际施工情况进行针对性调整。

喷射之前要确保喷射面潮湿，然后适当调整材料的水灰比，进行分层和分段喷射。混凝土喷射通常按照分段、分部、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行[4]。喷嘴需要对着工作面顺时针方向进行螺旋转动，选择一圈压半圈的方式横向作业，螺旋的直径通常控制在20～30cm。喷射的分段长度通常控制在2m左右，通过先下后上的方式，以每4m2为一个区块进行喷射作业。

喷射厚度可以根据不同区域的实际施工需求进行调整，如拱顶的厚度通常为6cm，边墙的厚度通常为8cm，针对存在渗水或者滴水的区域，先进行2cm厚的细骨料混凝土喷射，初步凝结之后，再进行后续的喷射，直到满足设计厚度。分层喷射的时间间隔通常为30min 左右，施工温度可以控制在15～20℃，也可以结合所选择的液体速凝剂的性能和特性进行调整。

b 网喷施工技术

网喷施工技术主要是建立在常规喷射技术的基础上新增钢筋网，通常选择6 个以上二级钢筋网，通过150×150mm 的方式进行布置，在施工之前需要结合具体工作面的实际情况制作钢筋网，并将其固定在施工面上，以达到预期的施工目标，并确保钢筋网和支护结构相连，整体结构稳定，能够起到支撑作用。通常会应用在施工较为困难的区域，如隧道内部的拱形结构。

需要先清理施工面，提前布设锚杆以及金属钉等相关设施，再搭设第一层钢筋网，在这个过程中，确定钢筋加工的综合质量符合规范标准。钢筋网布设结束之后进行混合料拌和和喷射，第一层喷射的厚度通常为10cm，并适当加入初凝剂，等待初凝，然后进行第二层的钢筋网施工，施工结束之后再进行混凝土喷射，喷射厚度要满足设计标准，作业结束后进行质量检查和验收，确保满足实际施工需求之后，进行施工现场的清理和养护。

4.3 喷射混凝土技术指标要求

4.3.1 质量标准

喷射混凝土需要优先选择普通硅酸盐水泥，在干燥的环境下施工时，空气的湿度一般应控制在75%左右，混凝土喷射施工期间，所选择的用水通常为井水，且要做好水质的分析和试验。所选择的原材料，需要通过称重和检测，严格按照前期的设定标准进行配制。材料的检测偏差必须控制在合理范围内，例如，水泥±2%，粗、细骨料±3%、水、外加剂±2%、合成纤维±2%。配合比设计需要结合原材料的性能以及具体的施工需求进行调整，通常来讲，胶骨比宜为1∶4～1∶5，水胶比宜为0.45～0.5，砂率宜为45%～60%，胶凝材料用量不宜小于400kg/m3。

喷射混凝土的早期强度需要符合设计要求，可采用灌注法或者拔出法进行强度检测。在检测过程中需要采用切割法制作检测试件，若不具备切割条件，可以采用边长为15cm 的立方体无底试模进行检测。喷射混凝土成品的养护时间要控制在28d 左右，并及时检测混凝土的整体强度。

喷射混凝土的表面平整度必须符合实际要求，平行的厚度要大于设计厚度，在厚度检测过程中要检测80%以上的点位，并确保其结果大于设计厚度，最小的厚度要不小于设计厚度的2/3[5]。表面平整度的允许偏差需要控制在10mm 内。通常选择喷射厚度标志以及无损检测技术进行检测，平整度检测主要以直尺检测为主。喷射混凝土结束2h 之后，需要结合具体的施工方案，采取科学的养护，养护时间控制在14d，在养护期间需要及时检查喷射混凝土表面是否存在裂缝及脱落现象，是否出现了较为明显的渗漏水情况，确保内部钢筋无外漏，可以通过观察以及敲击的方式，检测内部是否出现空鼓情况。

4.3.2 一般项目

前期的混凝土拌和物，塌落度需要控制在80～100 左右，在混凝土拌制之前要及时检测砂石的含水率，并结合检测结果调整材料用量。