刘众喜

（临汾市汾西水利管理局 山西临汾 041000）

喷射混凝土是将掺有一定量的速凝剂的混凝土拌和物与高压水混合，经过混凝土喷射机喷射到岩壁表面，迅速凝固形成一层支护结构，从而对围岩起到临时性的支护作用。其作用主要有：

1）缩短了隧洞开挖与永久性衬砌的间隔时间，及时填补了围岩表面的裂缝和缺损，从而防止了围岩碎块松动、脱落，改善了围岩开挖后的应力状态。

2）喷射出的混凝土浆液由于有较高的压力，充填了围岩裂隙，从而加固了围岩，提高了岩体的强度和整体性。

3）喷射出的混凝土与围岩结合紧密，通过二者结合面能传递应力，起到了承载拱的作用。

1 工程概况

临汾市引沁入汾浮山供水工程位于临汾市古县、浮山县境内，自古县草峪岭隧洞出口取水，主要由进出口联合建筑物和输水建筑物组成，供水线路总长20.231 km，其中供水总干渠18.531 km，浮山干渠1.7 km。供水总干渠线路上有郭店隧洞（12968 m）、李家堡隧洞（2793 m）、罗圈凹隧洞（2232 m）3座，浮山干渠有赵家坡隧洞（1700 m）1座，隧洞总长19.693 km，占供水线路总长的97.34%。隧洞沿线海拔高程809～1102 m，隧洞埋深11.59～253.65 m，岩洞断面设计为门洞型断面，采用最小施工断面，底宽2.5 m，顶拱中心角采用135°，顶拱半径1.35 m，直墙高2.2 m，洞高3.035 m，输水隧洞纵坡为1/2500。

2 隧洞初期支护设计方案

根据地质勘测报告，本工程隧洞围岩主要涉及（砂岩与砂质泥岩、页岩、泥岩互层）Ⅲ类、（砂质泥岩、砂岩）Ⅳ类、（进出口段风化较强烈段）Ⅴ类三个类别，在隧洞开挖后进行相应的喷锚支护，喷锚支护设计方案见表1。

3 干喷法喷射混凝土施工

喷射混凝土施工现场见图1。

表1 喷锚支护设计方案表

图1 喷射混凝土施工现场

3.1 施工工艺流程

干喷法喷射混凝土施工工艺流程图见图2。

图2 施工工艺流程图

3.2 施工准备

3.2.1 材料选择

根据现场材料作混凝土配比试验，设计要求为C20。根据混凝土配比设计单，水泥∶砂∶碎石为：1∶2.16∶2.17

1）水泥：选用临汾威顿水泥有限责任公司生产的普通硅酸盐水泥，水泥标号为P.O42.5。

2）碎石选用当地石料厂的碎石，粒径5～10 mm，材料检验报告显示，含泥量为0.7%，无泥块；针片状颗粒含量为3%。

3）砂：选用当地砂石加工厂的天然砂，材料检验报告显示，中砂，细度模数为3.0，含泥量为2.9%，无泥块。

4）施工用水为隧洞开挖过程中抽排的地下水，经检验符合规范要求。

5）速凝剂选用山西航宇建材科技有限公司生产的HY-S1速凝剂，掺量5%，材料检验报告显示初凝时间为 2′23″，终凝时间为 8′26″，掺速凝剂水泥砂浆1 d抗压强度为9.4 MPa。

3.2.2 配拌料

1）根据现场骨料的含水率情况，在拌和前8 h适当洒水，使骨料含水率基本控制在5%～7%左右。

2）在隧洞外的拌料场地，把水泥和砂、石骨料（按重量比 1∶2.16∶2.17）送入拌料机，搅拌均匀，搅拌时间控制在60 s左右。

3）检查拌好的混合料含水率，目测控制在手握成团，松手可散为宜。

3.2.3 施工机械

本工程选用河南省长葛市颍川机械制造有限公司的PZ-5型混凝土喷浆机，技术参数见表2：

表2 PZ-5型混凝土喷浆机技术参数表

3.2.4 待喷面检查

待喷面准备工作是保证顺利施喷的关键，喷射前，主要检查开挖断面尺寸、清除喷面松动围岩（欠挖过多应先进行局部处理）、根据石质情况，用高压风或水冲洗待喷面，将开挖粉尘和杂物清理干净，受喷面有集中渗水时，应做好排水引流处理，经监理工程师验收合格后，方可进行喷射。

3.2.5 施工温度

隧洞内（除隧洞口附近）施工温度起伏变化较小，经实测施工温度一年在13.5℃～23.5℃之间，对混凝土施工没有影响。若温度低于5℃或高于35℃，应采取必要措施。

3.3 施工方法及工艺

本工程喷射混凝土施工采用干喷法

1）材料运输：根据混凝土配比单，将在场地拌合楼拌和均匀的混合料，用机动三轮车运至施工地点，在加入喷射机前，加入适量的速凝剂（速凝剂按水泥含量的5%），并和混合料拌匀。

2）试喷：正式喷射前，先进行试喷，主要是控制用水量，目测控制混凝土表面平整，湿润光泽，无干斑无滑移下坠时为最佳用水量。经过大量测试，此时水灰比约0.5。

3）喷射混凝土采用分段（每2 m为1个循环）、分片（先墙后拱，边墙混凝土从墙脚开始向上喷射，拱部混凝土从拱底到拱顶喷射）、分层（喷射C20混凝土厚度分别为80 mm、100 mm、120 mm依次采用二次、二次、三次喷射，每次喷射厚度控制在40～50 mm）依次进行。

第一层施喷，紧跟工作面，放炮排烟后蹬渣进行。第二层施喷，在钢拱架、锚杆、钢筋网布置好后（如需要）进行。检测报告显示，混凝土喷射10 min后已终凝，经统计，施喷2 m施工段每层约需60 min左右，若需要第三次施喷，在第二次喷射完成后即可进行。喷射时，喷头运行轨迹为直径200～300 mm螺旋形，一圆压半圆的方法均匀移动。有钢拱架支撑围岩时，先喷钢拱架与围岩壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。

4）工作风压、水压：边墙采用0.4 MPa，拱部0.5 MPa。水压比风压稍高0.05～0.1 MPa，水压高于风压主要是为了保证高压水能够从喷头内壁小孔高速射出，把混凝土拌合物迅速拌和均匀，从而减少回弹量。

5）喷射距离：喷头长度为0.5～0.6 m，在喷射时，施工人员担心骨料反弹，将喷头加长到1.2 m，喷射手站在距离受喷岩面1.5 m左右进行喷射，喷嘴至受喷岩面距离控制在0.8～1.0 m，并且喷嘴与受喷岩面垂直。

注意事项：

（1）开机时先上风、后上水、再上料。

（2）喷射过程中，如发生堵管、停风停电等故障时，应立即停水，并将喷头朝下，防止水流入输料管内；若发生堵管现象，可采用敲击、震动法输通料管。

（3）喷浆机进气口要密封良好，避免施工引起粉尘；排气口保持畅通；喷浆管接头牢固、密封良好、摆放整齐。

3.4 停机

1）施喷完成后或需要临时停机时，按先停料、后停水、再停电、最后关风的顺序。

2）喷射工作完成后，卸开喷头，清理水环和喷射机内外部物料，盘好风水管。

3）清理收集回弹料。

3.5 定期养护

喷射完成终凝2 h后就需养护，7 d以内，每班组喷水一次，7 d以后，每天洒水一次，养护时间不少于14 d。

4 质量检查

喷射混凝土工程施工质量检测主要包括包括强度检测和厚度检测。

4.1 厚度检测

喷射混凝土厚度指混凝土喷层表面至围岩面间的距离，喷射混凝土厚度是反映其工程质量的重要指标之一，如果厚度达不到设计要求，会造成喷层开裂和掉落，甚至影响安全使用。在施工过程中，采用了针探法、取芯法两种方法进行测厚。

针探法测厚：针深法测厚是在喷射混凝土凝结前将一金属探针打至混凝土喷层与岩石界面，量测探针打入深度以确定喷层厚度的方法。喷射混凝土初凝和终凝时间短，针探法时间性很强，在操作中，只作为喷射班组对喷层厚度自检的一种简易方法。

取芯法测厚：用ZQH6混凝土取样钻机在喷层上钻取直径为Ф25 mm的芯样，直接量取芯样长度，此方法直观、准确，能真实反映喷射层的厚度。在质量检测验收中，我们采用了此方法进行了检测。

4.2 强度检查

喷射混凝土强度是锚喷支护工程质量检测与评估的一项重要的指标，本工程强度检测采用了预留试块法和喷大板法两种方法。

1）预留试块法

在进行喷射混凝土施工的同时，将150mm×150mm×150 mm的标准试模放在施工现场，待喷射稳定后，将混凝土喷入模内，待喷满后把试模内混凝土表面抹平，放在现场养护28 d，然后进行强度试验。

2）喷大板法

将混凝土喷在350 mm×450 mm×120 mm的模板内，喷射时模板与实际需喷部位相同，并在相同条件下养护28 d，随后用切割机切掉周边，加工成边长100 mm的立方体试块，再进行抗压试验。

喷大板法与预留试块法基本相同，但增加了切割试块工序，虽增加了检测成本和工作量，但比预留试块法更能反映实际施工情况。

喷射混凝土施工完成后，对4 km的隧洞喷射混凝土进行了质量检测，试样检测结果见表3。

此外，施工中还组织设计、监理、施工单位对其喷射整体质量进行了检查，通过30处的检查结果反映：喷层除个别处存在夹层、包沙外，基本均匀；喷射混凝土表面除个别处有滴水现象外未发现有渗水情况、喷层密实；喷层表面整体性较好，只发现有5处存在细微裂缝，整体质量比较满意。

表3 喷射混凝土质量检测统计表

5 结语及建议

1）干式喷射设备简单，价格较低，能进行远距离压送（实际操作距离，不宜超过20 m）。易加入速凝剂，喷嘴脉冲现象少，适用在小断面的隧洞中，但施工中粉尘多，回弹现象较严重。

2）建议采用湿喷法，与干喷法相比较，首先符合环保要求，有利于施工人员职业健康；再次混凝土回弹情况有所改善，材料配合比易于控制，工作效率较高；施工时宜用随拌随喷，以减少稠度变化。不足之处是速凝剂不容易添加，均匀度不好掌握；由于水灰比较大，混凝土的初期强度较低。

3）材料选用：水泥优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，标号为P.O42.5，采用干喷法时，水泥：用量不宜小于400 kg/m3，不宜采用混有掺合料的水泥（例如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥等）；砂：宜采用中粗砂，细度模数应大于2.5，含泥量应≤5%，无泥块，砂中小于0.075 mm的颗粒不应大于20%；碎石：粒径宜选用5～10 mm，含泥量应＜1%，无泥块；速凝剂：应采用质量稳定的产品，性能指标应符合相关标准的规定，初凝时间不应大于5 min，终凝不应大于10 min，且应做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，严格控制掺量，速凝剂掺量不宜大于水泥用量的5%。禁止在场地拌合楼物料搅拌时添加速凝剂，因石子、砂子含有大量的水分，速凝剂在短期时间内会吸水、硬化，最好先按喷射混凝土配比把所喷物料搅拌均匀，在施喷时拌入速凝剂，经拌匀后再加入到喷射机。

4）工作风压的选择：选择适宜的工作风压，是保证喷射混凝土顺利施工和获得高质量施工效果的关键。喷射机开始工作时，先打开进气阀，调好空载压力，开始喷射拌和料后，风压逐渐增大，最后达到所需的压力值；在实际施工中，当喷料管道距离变化时，工作风压需适当调整：水平输送距离每增加100 m，工作风压应提高0.08～0.10 MPa。

5）取芯法测厚属微破损检测，量取混凝土芯样长度作为喷层厚度，直观、准确。建议采用取芯法测厚的同时，进行点荷载法检测喷射混凝土的强度，不再需要其他专门机具进行切割加工、检测，这样既省时又省力。

6）喷射混凝土施工质量对隧洞二期永久性衬砌有直接影响，且包括很多施工要点，因此，在隧洞初期支护喷射混凝土施工过程中，要严格控制喷射混凝土施工的各个要点，采取相应的措施加强对喷射混凝土施工的控制与养护，以保证喷射混凝土施工质量，从而确保隧洞二期永久性衬砌施工顺利进行。