隧道工程喷射混凝土施工技术及质量控制

韩奎 李云顺

【摘要】隧道工程在我国铁路运输和公路运输中非常常见，隧道建设需要采用支护措施，喷射混凝土施工技术在隧道工程中经常会使用到，本文重点对隧道工程喷射混凝土施工技术及质量控制进行了详细的分析，供相关技术人员参考。

【关键词】隧道工程；喷射混凝土；施工技术；质量

引言 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、喷射混凝土在隧道工程复合支护中的作用

喷射混凝土主要用于充填裂隙、填补凹穴、加固岩层。

喷射混凝土能将张开的裂隙、节理、层缝充填一部分，并能起到黏结作用，使许多岩块黏结在一起，成为整体，以阻止岩块的松动，而且喷射混凝土又能填补凹穴，喷射混凝土能填补凹穴，避免应力集中，从而加固了围岩，提高围岩的抗渗漏性能和岩层自身的稳定性，发挥围岩的承载能力。

喷射混凝土可封闭围岩，防止风化。喷射混凝土后隔绝了岩层与空气的接触，可以阻止岩层节理和节理裂隙的渗水，防止水和空气对围岩的破坏，越易风化的岩层越要及时进行封闭，如泥岩、泥质页岩，遇吸潮后膨胀软化、泥化，应及时进行封闭，可防止风化，减少岩石膨胀变形。

目前隧道工程复合支护中普遍采用的是喷射混凝土或钢纤维喷射混凝土，喷射方式主要有干喷和湿喷。喷射混凝土具有支护及时、强度高、密实性强、操作简单、灵活性大等优点，特别是在软弱围岩地质条件下，配合钢拱架和系统锚杆作为联合支护，其优点更为明显。当喷射混凝土具有一定强度后，可把钢拱架、系统锚杆和喷射混凝土组成的支护体系看作钢性结构，用来控制围岩变形，达到保护和发挥围岩自承能力的效果。

二、喷射混凝土施工的关键技术

1、喷射混凝土的回弹量控制

目前隧道工程喷射混凝土施工，为保护环境和维护工人健康。大多采用潮喷，其回弹量普遍较大，平均在30%以上，损失较大。一般隧道工程的利润主要来自开挖和初期支护的喷射混凝土。如何通过技术改进和加强管理来降低喷射混凝土的回弹量是目前有待解决的问题。通过对多座隧道工程、多个施工队伍施工情况的分析比较，总结出以下几点可以将回弹量控制在15%～24%的范围。

（1）分段分块喷射。分段长度不超过6m，分块大小不超过2m×2m，严格按照先墙后拱、先下后上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落。

（2）喷射混凝土的水压一般控制在稍高于风压即可，施工现场可以按水压高于输料管风压10～15N/cm2进行控制，其目的是为了保证高压水能够从喷枪混合室（喷头处）内壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌合均匀。喷射料的水灰比控制是比较困难的。熟练的喷射手通过喷射混凝土表面的光滑度可判定水灰比的大小。理论上讲，0.45～0.50的水灰比对喷射混凝土的回弹量和质量是有利的。

（3）控制喷嘴距离（喷射距离）和角度。喷射距离在0.6～1.2m时，混凝土回弹量较小，喷射距离过大或过小都会增加回弹量。喷头长度一般只有0.5～0.6m，喷射手因存在骨料反弹的恐惧心理，要将喷射距离控制在0.6～1.2m较困难。根据任小平的研究结果，隧道工程喷射混凝土施工的探讨决的办法可将喷头加长到1.2～1.5m，这样喷射手站在距离喷岩面2.0m左右即可进行喷射。喷嘴与喷岩面应尽量垂直，并偏向刚喷射部位（倾斜角控制在10°内），这样不仅回弹量少，而且喷射效果和质量更好。

2、严格控制风压、水压和水灰比。过大的风压会造成喷射速度太快，加大骨料的反弹，从而加大回弹量，但混凝土密实性较好；风压过小，会使喷射力减弱，造成混凝土密实性较差，甚至达不到设计和规范要求。总结实践经验，当输料管长度为20m时，合适的风压为100～130N/cm2。

3、控制一次喷层厚度和分层喷射的间隔时间。

4、喷射混凝土厚度的控制

喷射混凝土的厚度应达到设计厚度和规范允许的误差范围。从施工现场的情况看，个别隧道存在喷射混凝土普遍偏薄的现象，这是有风险的。因为初期支护将会和围岩共同控制同岩变形的释放，保证下道工序施工安全和隧道结构的稳定，是主要受力者。若喷射混凝土出现裂缝，原则上也应及时进行补喷和采取其他补强措施，以控制围岩变形在适度范畴，而不是任其释放。有人说，“初期支护喷层厚度不够，可以利用二次衬砌混凝土进行补充”，这种说法只是从隧道总体结构尺寸满足了要求，但从新奥法施工原理和结构受力机理而言，却是一大误区。 要解决这个问题，重点应放在喷射过程中，要求喷射手在全断面螺旋喷射完成后，及时对钢拱架间进行补喷；或者在挂防水板前对喷射混凝土表面进行检查，严重不够的必须及时进行补喷，否则二次衬砌混凝土浇筑后再通过打孔（或预埋钢管）注浆填充来处理两层间的空洞，不仅费时费工，而且还会破坏防水板，造成漏水现象。

对局部喷射混凝土过厚的情况，在挂防水板前一定要将突出部分混凝土剔除。因为这种情况有可能顶破防水板，更有可能在初期支护和二次衬砌之间形成点接触，造成局部应力集中而导致二次衬砌表面开裂。

三、对喷射混凝土在隧道工程施工中的几点建议

在实际的隧道工程施工过程中，根据以往文献记载，笔者总结出以下幾点需要注意的建议：

1、重视混凝土的喷射方式，积极推广湿喷技术的运用。在湿喷过程中，事先可将包括水在内的各种材料正确计量，0.45～0.50的水灰比容易控制，从而容易达到减少回弹量和粉尘的目的。

2、加强喷射混凝土配合比的调整和控制，骨料尽量采用连续级配。施工应重点控制好骨料的级配，这除了要求工地实验室定期定量检测外，还要求加强骨料加工和采集，采取多种措施保证骨料的连续级配。譬如，骨料粉尘量过大时，就应该在加工场骨料出口安置抽风机，在材料源头进行控制和处理。

3、做好光面爆破设计，保证光面爆破质量。光面爆破应针对不同等级围岩单独设计，要考虑到炮眼布置、深度和角度、单孔装药量和装药结构、起爆顺序等，通过光面爆破参数的改变和修正，保证不同围岩地段光面爆破轮廓圆顺，保证开挖质量。圆顺的开挖轮廓既有利于保证喷射混凝土的质量，更有利于减少喷射混凝土的回弹量。

4、尽量采用大板切割的试验检测方法对喷射混凝土强度进行检测。大板切割即向木板或竹夹板（板的大小根据取样组数多少而定）上喷射13～15cm厚的混凝土并进行养护，待达到一定强度后切割取样。这样取得的试块可以代表洞内喷射混凝土的实际情况，方法简单，也不破坏支护结构。

五、结束语

综上所述，本文重点对隧道工程中喷射混凝土的施工特点以及基本原理进行了详细的分析，在此基础上，针对隧道建设中，喷射混凝土的质量控制也做出了详细的介绍，供施工人员参考。

参考文献

[1] 李炜. 关于高速铁路隧道工程喷射混凝土的探究[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2012， （34）.

[2] 章新华. 浅析隧道工程喷射混凝土施工的探讨[J]. 黑龙江科技信息， 2009， （31）：290-290.