提升涌水段隧道初喷混凝土施工效果的技术研究

唐开军

（贵州职业技术学院 贵州贵阳 550023）

一、概述

目前隧道施工中的初期支护技术通常采用锚杆、钢筋网片、钢拱架、喷射混凝土等对隧道开挖后进行及时封闭围岩，对围岩提供支护力，为隧道的施工提供安全保障。喷射混凝土是初期支护中支护作用的主要提供者，其将钢拱架和钢筋网片联结成整体，有效提高初期支护的支护效果。同时喷射混凝土也可以发挥一定的防水作用。因此，提高喷射混凝土的施工质量，对保障初期支护的支护效果具有重要意义，也能保障工程建设的顺利进行。通常情况下，喷射混凝土的施工质量不好主要表现为喷射混凝土的强度保证率不足、施工喷射的回弹率高而浪费材料、混凝土质地不密实、与钢拱架或者钢筋网片等联结不牢等问题。喷射混凝土的施工质量的影响因素很多，主要包括原材料、水胶比、外加剂以及施工机械、喷射混凝土操作手的操作水平等。因此，强化施工现场的控制管理是保障施工质量的有效方式。

二、工程案例概况

某高速公路隧道左洞起止里程为Z K 5 4+1 1 2.7 0 0 ～ZK54+166.950段约54m长处于软弱围岩地质条件。该段隧道地下涌水量大，最大涌水为10米长度内涌水量133m3/h。随着隧道施工的不断进行，隧道涌水呈现如下特点，洞身土石方开挖后并进行初期支护施工时出现涌水量最大，但是随时间的延长涌水量逐渐减弱，一般为15天以后涌水量减至32m3/d，随后到达30～35天后地下水呈渗水状态，只在初期支护表面看到有少量渗水。此段隧道渗水现象总体表现为工作面涌水量最大，然后距离工作面越远渗水量就越小，涌水主要集中在工作面约23m范围内。因为本段隧道围岩破碎，在隧道开挖后应及时进行初期支护并保证其施工质量和支护效果。由于隧道的地下水发育，涌水量大，喷射混凝土的施工质量成为保证初期支护支护作用得到有效发挥的关键因素。

该段隧道初期支护采用型钢拱架加锚网喷的综合支护形式，具体参与如表1所示。

表1 某高速公路隧道涌水段初期支护参数

三、涌水段隧道喷射混凝土施工质量的主要影响因素分析

（一）隧道围岩涌水量大

隧道工作面开挖后，岩体中富藏的水由于失去岩体的约束而较快的流露出来，此时的出水量通常比较大，根据该段隧道开挖后的监测显示，开挖段围岩的涌水量通常能达到约13m3/h，此涌水量对隧道初期支护施工的产生较为不利的影响。当喷射混凝土喷向围岩表面遇到涌出的地下水，随即与地下水产生如下作用，一是两者相遇改变喷射混凝土的配合比，使得喷射混凝土的凝结硬化效果改变，达不到快速凝结的效果；二是地下水与喷射混凝土混合，增加喷射混凝土的流动性和自重，使得喷射混凝土未凝结即在自重影响下掉落；三是较大的涌水将会在喷射混凝土与围岩岩面之间产生一层隔离水膜，对喷射混凝土与岩面凝结产生不良影响。因此，当隧道围岩岩面涌水量较大时，将严重影响喷射混凝土的喷射效果。

（二）隧道开挖后岩面平整度差

围岩岩面的平整度将会影响初期支护型钢拱架和钢筋网片与岩面的贴合度，进而影响喷射混凝土与围岩岩面的粘结效果。通常情况下，若围岩的岩面平整度较差，型钢拱架和钢筋网片施工时，会在型钢拱架背面、钢筋网片与围岩表面之间形成较大空隙。在进行喷射混凝土施工作业时，容易造成如下不良影响：一是很容易在围岩岩面、型钢拱架、钢筋网片之间造成此空隙填充不密实，形成空鼓而影响喷射混凝土的密实性；二是喷射混凝土施工时很容易形成骨料回弹，不易凝结，极大影响喷射混凝土的施工效率，不能及时封闭围岩，亦将造成混凝土骨料的浪费，增加施工成本。

（三）隧道围岩岩体松散

松软破碎段隧道围岩的自稳时间通常比较短，隧道开挖后变形会逐步发展，破碎松散的岩块会不断的脱离掉落。在初期支护前没有对其进行及时清理作业，则在喷射混凝土施工作业时，喷射混凝土粘结于松散岩块上面增加其自重，通常岩块会掉落，尤其是在隧道围岩涌水量较大时，这种情况将会更加普遍和严重。这时需要用喷射混凝土对脱离部位进行填补，这种情况会增加喷射混凝土需要量与降低喷射混凝土的施工效率，同时也延长隧道围岩的封闭时间，不能及时给围岩提供必要支护作用，将会给初期支护施工带来不利影响。

四、提升喷射混凝土施工效果的技术措施

（一）改进隧道施工循环进尺及时跟进岩面清理作业

松软破碎的涌水隧道，其围岩的稳定性通常会比较差，因此在进行隧道掘进施工时，应结合围岩稳定监测数据分析，采用与之相适应的隧道掘进循环进尺，以保证隧道初期支护施工能及时跟进，提供快速的支护效应，保证隧道施工安全。为避免隧道开挖后松散岩块掉落对施工人员带来安全威胁，也为不影响初期支护喷射混凝土施工效果，尤其是涌水量较大的隧道，应对开挖后的隧道围岩岩面松散岩块进行及时清理，可以采用高压风清理，剔除稳定性较差的碎块，为后续施工作业提供有力条件。

（二）堵、排结合改善围岩水系状况

隧道在进行掘进开挖时，对于地下水的处理应该遵循“堵、排”结合的原则进行。首先，可以在掌子面上采用超前钻孔方式探明前方的地下水的情况，同时也可以将前方地下水进行泄压排放，有利于掘进施工和掌子面稳定；其次，可以调整隧道中空注浆锚杆的施工参数，采用长短混打的方式，通过向岩体内部注入水泥浆与水玻璃的双浆液，实现填充围岩裂隙和止水效果，改善围岩表面涌水状态；最后，在围岩面初喷后每隔适当距离设置环向的排水盲沟，盲沟的直径可根据围岩涌水水量确定，形成过水通道，当喷射混凝土施工作业时，岩体涌水可以通过排水盲沟进行有效引流。通过以上的方法，可以有效的改善围岩的涌水对喷射混凝土施工的不利影响，提高喷射混凝土施工的效果。

（三）调整喷射混凝土配合比改善凝结效果

在隧道初期支护喷射混凝土施工中，其配合比对施工效果有着重要影响，如喷射混凝土的骨料凝结效果、回弹率以及混凝土质地的密实性等均受其影响。在进行喷射混凝土配合比设计时，应经过计算设计，试配、实地试喷、调整等过程[1]。骨料级配应合理适用，以保证喷射混凝土喷凝后的密实性，提高初期支护喷射混凝土的止水效果。水胶比在施工过程中不因降雨等天气原因产生较大的波动，确保喷射混凝土的配合比能较好的适应涌水段围岩的初期支护施工。在施工过程中，应加强对隧道涌水量的监测，根据实际施工需要调整喷射混凝土的配合比，保证其施工质量符合要求。

（四）改善隧道开挖方式提高岩面平整度

隧道开挖后围岩岩面的平整度对喷射混凝土施工的效率及密实性等有重要影响。由于软弱松散地质条件的影响，隧道开挖后围岩表明的平整度通常比较差。而在实际施工过程中，超欠挖经常出现断面坑洼不平，主要原因是工人一味追求进度，炮眼数量不足且钻孔方向随意性较大，没有按照钻爆设计进行施工，尤其是周边眼，间距过大，使用过量炸药，爆破后没有形成良好的弧形[2]。因此，在隧道开挖过程中，应根据地质水文条件选择相适应的开挖方法。当机械开挖可以适应时则应采取机械开挖的方式，以减少对围岩的扰动，减少围岩表面局部掉块等情况的出现。如必须采用爆破开挖时，应采用光面爆破的控制爆破技术，选择小进尺、短孔距、少药量的原则，以弱爆破的形式开挖掘进，既可提高隧道围岩表面的平整度，亦能减小洞身开挖对围岩的绕道。通过提供隧道开挖围岩表面的平整度，可以提高喷射混凝土的施工效率，改善其施工效果。

五、结束语

涌水隧道在开挖掘进过程中，围岩的自稳时间通常比较短，需要及时施作初期支护以及时提供支护作用以限制围岩的变形，从而为隧道的安全施工提供有力保障。隧道的初期支护中，喷射混凝土是支护作用的主要提供者，因此提高喷射混凝土的施工效果可有效提高初期支护作用。在喷射混凝土的施工时，还应该注重现场质量管控，原材料质量，施工操作人员技能水平等方面施工效果的影响，以“全方位质量控制”的原则进行质量控制，提升喷射混凝土的施工效果。