湿喷混凝土在高铁隧道施工中的应用

张宏伟

摘 要：湿喷混凝土施工技术是近些年来发展出来的一种技术，在各种工程中得到广泛应用，尤其是在隧道施工方面，此技术突出的优点主要有：成本低，减小衬砌厚度，有效预防隧道坍塌事故，缩短隧道施工周期。因此，文章对湿喷混凝土施工技术在高铁隧道支护中应用展开研究，以期为同类工程提供借鉴。

关键词：高铁隧道；初期支护；湿喷混凝土施工技术；应用

中图分类号：U455·481 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0159-02

1 工程概况

合福高铁闽赣段黄墩隧道位于福建省武夷山市，隧道全长587 m，地质概况为云母石英片岩，岩体破碎，裂隙发育；地下水主要为基岩裂隙水，较发育。其中Ⅳ、Ⅴ级围岩共507 m，属高风险隧道。

本隧道采用新奥法施工，Ⅳ、Ⅴ级围岩拱墙喷射掺加素纤维的C30混凝土，设计数量为5 930 m3，采用湿喷混凝土技术。根据施工要求，现场配置一台MEYCO Potenza轮式混凝土湿喷机。

2 技术要求

2.1 C30喷射混凝土强度要求

8 h强度不低于3 MPa，24 h强度不低于12 MPa，28 d强度达到C30。

2.2 原材料

①水泥：选用普通硅酸盐水泥，满足《通用硅酸盐水泥》（GB

175）规定，通过试验比选，确定为浙江虎山牌P.O42.5水泥。

②细骨料：选用黄泥岗砂场的天然洁净中粗河砂，含泥量≤3%。

③粗骨料：选用杨梅岩隧道出口破碎场生产的碎石，粒径5～10 mm，母岩为隧道弃碴，云母石英片岩。

④减水剂：选用减水率≥25%的聚羧酸高性能减水剂，比选后采用山西凯迪建材有限公司的KDSP-1聚羧酸盐高性能减水剂。

⑤速凝剂：使用液体速凝剂，净浆凝结时间初凝≤5 min，终凝≤10 min，比选后选择山西黄河新型化工有限公司的HJ-1型速凝剂。

⑥素纤维：要求抗拉强度≥700 MPa，弹性模量≥8.0 GPa，比重1.1 g/cm3，耐碱性。比选后采用上海罗洋新材料科技有限公司的UF500型素纤维。

2.3 配合比设计

配合比设计根据原材料性能，混凝土的技术条件和设计要求通过试验选定，材料水胶比不大于0.5，水泥（胶凝材料）用量不宜小于400 kg/m3，经检测强度及综合各项指标确定试验室配合比为：

水泥：砂：碎石：减水剂：速凝剂：水=471：777：953：4.71：14.13：179，素纤维掺量0.9 kg/m3。

2.4 其他配套设备

其他配套设备主要有：750型搅拌站以及混凝土运输车。

3 施工应用分析

3.1 流程要点

湿喷混凝土施工时，需要严格按照其工艺流程来进行，并做好相关技术要点的控制，才能有效保障湿喷混凝土施工技术应用的可靠性，达到预定的目标，具体流程要点有：首先，做好喷射机的准备工作。在喷射施工前，启动设备并试运转，对风、水、电路检查均能正常运行后，对水管通水，通过喷头将水喷洒至受喷面，保证受喷面湿润。启动计量泵主电机振动器，将搅拌好的混凝土加入到料斗中。其次，做好喷射机风压的调整。在开机操作时，需要对现场风压进行密切观察，在初始风压超过 0.5 MPa条件下，才能进行开机；在喷射过程中，还要对喷嘴风压进行调整，一般来说，喷嘴风压为0.2 MPa，才能够有效减少混凝土的回弹；同时，由于不同喷射部位会造成风压传送距离改变，要根据喷嘴出料情况、粘附程度等对现场风压进行同步调整，通常来说，边墙与拱部的工作风压应分别控制在0.3～0.5 MPa和0.4～0.6 MPa，从而有效控制混凝土的回弹。第三，做好喷射机水压的控制。在湿喷混凝土施工技术中，水压也会对其施工质量产生极大的影响，在水压控制中，喷嘴出水压要比输料管风压高出0.11～0.16 MPa，作业区水压要超过0.6 MPa。第四，做好喷射方向和距离的控制。喷射方向与喷射混凝土的密度、强度有着密切联系，当喷射嘴与喷面之间不是垂直状态时，就会造成混凝土回弹量的增加，降低混凝土密度和强度，进而影响喷射混凝土施工质量。因此，在喷射作业过程中，需要尽量保持喷射嘴与喷面的垂直，倾斜角不大于10 °，距离以1 m左右为宜。第五，做好喷射方法的选择。在湿喷混凝土施工中，由于混凝土本身自重较大，滑动和掉落等现象较为容易发生，对此，需要采取先墙后拱，先下后上的喷射顺序，先完成两侧边墙的喷射，再进行拱腰喷射，最后分部、分块的完成拱顶喷射。同时，在喷嘴移动过程中，要按照S形往返移动前进，也可以采用螺旋形移动前进，前进过程中始终保持喷嘴与受喷面的垂直，起到控制受喷面喷射混凝土回弹与厚度的作用。

3.2 质量控制

①原材料质量控制。在湿喷混凝土技术中，混凝土施工质量在很大程度上是由原材料质量决定的，因此，要做好原材料质量的控制。其中，在水泥方面，选用普通硅酸盐水泥，同时，为加快混凝土凝结速度、降低收缩，需要在水泥中加入适量速凝剂；在砂选用方面，其含泥量不能超过3%，细度模数不能大于2.6；在骨料方面，通过选用碎石材料，粗骨料颗粒直径不能超过10 mm。

②配合比控制。配合比是影响混凝土本身性能的重要因素，做好配合比控制是一项十分重要的工作。在配合比控制中，首先要做好水泥使用量的控制，过小会引起混凝土回弹量过高；过大则会导致混凝土硬化收缩偏大，一般来说，灰骨比应当控制在1/4以内，水泥使用量不宜超过390 kg/m3；其次，在砂使用量上，通常以50%为宜；第三，水灰比以0.4～0.45之间为宜，可以有效降低混凝土的回弹量和表面粉尘，提高表面的平整度。

③回弹量控制。在湿喷过程中，回弹量应以不超过20%为宜，具体控制方法有：一是做好喷嘴角度与喷射距离的控制，尽量使喷嘴与喷面垂直，两者距离要在0.7～1.3 m以内；二是做好压力控制，水压应稍高于风压。

④做好质量的检查。首先，检查混凝土强度。混凝土强度是混凝土施工质量的重要衡量指标，包括粘结强度、抗拉强度、抗压强度以及抗疲劳强度，其中，抗压强度是最为主要的检查内容，反映出混凝土的耐久性和物理学性能，其检查方法有多种，包括超声回弹法、切割钻芯法等，应用最为普遍的就是切割钻芯法。在切割钻芯法中，当混凝土凝结到一定强度时，对其进行钻孔，制成相应试验块，在混凝土养护标准下养护一个月时间，测试其抗压强度，并对结果进行分析，对于未达到规定要求的情况，需要寻找原因并加以避免。其次，检查混凝土的厚度。湿喷混凝土施工中混凝土厚度是指其表面与围岩接触面的距离大小，检查的方法主要有两种，分别是凿孔法和激光法。在混凝土厚度检查中，要每隔11 m选取一个检查点，对于拱顶中线部位，检测间隔选择在3.5 m为宜；如果支护采用的是钢拱架，混凝土喷层会出现纵向波浪，厚度检查需要在所有断面喷射完成之后再进行。在厚度检查后，如果没有达到相应的要求，需要采取补喷方法解决；如果遇到裂缝、漏筋或者渗水、脱落等情况，需要先查找问题发生原因，再采取针对性措施解决。

4 结 语

通过施工过程的有效控制及施工配合比调整，此工程共喷射混凝土7 180 m3，扣除运输等损耗，其回弹量控制到了19%，有效的节约了成本。由于喷射混凝土表面平整度较好，二衬混凝土厚度符合设计要求。

综上所述，高铁隧道初期支护中应用湿喷混凝土技术，掌握其工艺流程、技术要点与质控措施，对高铁隧道建设有着重要意义。

参考文献：

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