论无碱速凝剂喷射混凝土施工

陈黎立，李明建，张德方

（1.北京中铁诚业工程建设监理有限公司，北京100077；2.昆明铁路局集团滇南铁路有限责任公司，昆明650000）

1 工程概况

本次试验隧道采用复合式衬砌，初期支护采用喷锚支护，喷混凝土采用机械手湿喷工艺。该试验段施作部位为拱墙（Ⅳb），厚度25cm，设计强度C25。

2 施工准备

施工准备包括以下几方面：

1）技术交底。组织施工人员、监理人员进行技术交底，对参加施工人员进行岗前技术培训，强调施工中控制重点及各工种的配合工作，并对相关工作进行部署。

2）机械仪器设备配置。挖机1 台，空压机4 台，混凝土罐车2 台，湿喷机械手CHP25B 1 台，温度测试仪1 台，全站仪1 台，坍落度筒2 套，大板试模10 组，贯入仪1 台。

3）人员配置。现场监理1 人，试验监理2 人，施工单位管理人员1 人，技术人员2 人，测量2 人，质检员1 人，安全员1 人，试验员4 人，电工1 人，施工工人8 人。

4）施工作业面检查。施工作业面检查包括：（1）检查机具设备和风、水、电等管线路，并试运转，确保作业区内有良好的通风及照明；（2）清除松动岩块和墙脚岩渣、堆积物，并向料斗加水冲洗受喷面（当岩面受水容易潮解、泥化时，只能用高压风清扫）；必须从顶部工作面往下清洁；（3）检查开挖断面净空尺寸；进行超欠挖处理；（4）检查综合接地（接锚杆）是否符合设计要求；（5）设置控制喷射混凝土厚度的标志；（6）岩面如有渗漏水必须予妥善处理[1～3]。

5）喷射混凝土配合比。喷射混凝土理论配合比（速凝剂掺量6%）原材料包括：P·O42.5、机制砂粗砂、5～10mm 碎石、灰岩、PCA-I 缓凝型、SBT-RMA（III）、无碱、SBT-N（I）。理论配合比（质量比kg）：水泥∶细骨料∶粗骨料∶减水剂∶防腐剂∶水∶速凝剂=500∶999∶79∶5∶30∶147：30。

3 施工过程及控制

3.1 开挖断面检测

对开挖断面平整度、开挖厚度等进行检查，使用断面仪检测开挖断面是否满足要求，上台阶DK304+016.4～DK304+018.8 立架2 榀，进尺2.4m，整体超挖较小，右侧边墙局部超挖约50cm。

3.2 拌和站原材料检测

水泥使用普通硅酸盐水泥，检测其比表面积、安定性，凝结时间、3d 强度均满足铁路验标要求；细骨料采用机制砂，经检测细度模数3.1，Ⅱ区粗砂，石粉含量5.4%，有机物含量、轻物质、压碎值均满足铁路验标要求；粗骨料采用级配良好的5～10mm 碎石，含泥量0.8%，表观密度、紧密密度满足、泥块含量均满足铁路验标要求；速凝剂采用SBT-N 型（I）无碱速凝剂凝结时间、抗压强度比、均满足铁路验标要求；减水剂采用PCAI（T）型聚羧酸系缓凝型高性能减水剂减水率28%，泌水率比、坍落度经时损失、抗压强度比均满足验标要求。

3.3 施工配合比

根据现场测试砂、石含水率计算施工配合比，水泥∶细骨料∶粗骨料∶减水剂∶防腐剂∶水∶速凝剂=500∶1071∶738∶5∶30∶66∶30，因速凝剂在施工现场掺入，可根据喷射部位不同进行适当调整[4]。

3.4 混凝土拌和物性能测试

2019 年7 月5 日21：27 第一车混凝土搅拌完成，在拌和站完成出机坍落度试验，现场实测坍落度为210mm，21：45 第一车混凝土到达施工现场，进场坍落度试验，现场实测坍落度为195mm（设计坍落度160～200mm），符合设计要求，第一车喷射部位主要位置为线路右侧边墙至拱腰部分，虽到现场时拌和物性能能满足施工要求，但坍损稍大，通知拌和站进行调整。

22：38 第二车混凝土搅拌完成，在拌和站完成坍落度试验，现场实测坍落度为205mm，23：05 第二车混凝土到达施工现场，进场坍落度试验，现场实测坍落度为190mm，和易性良好，符合设计要求，第二车喷射部位主要位置为线路左侧边墙至拱腰部分，因第二车喷射后基本进入拱顶部分，通知拌和站调整坍落度。

22：49 第三车混凝土搅拌完成，在拌和站完成坍落度试验，现场实测坍落度为200mm，23：25 第三车混凝土到达施工现场，进场坍落度试验，现场实测坍落度为185mm，和易性良好，符合设计要求，第三车喷射部位主要位置为拱腰至拱顶部分。

3.5 施工机具选择及喷射施工

3.5.1 喷射混凝土机械手及操作手

本次喷射混凝土选用湿喷机械手，生产厂家：中铁五新，型号：CHP25B，速凝剂掺量为数控数显，操作手对机械手操作熟练，性能熟悉，对喷射作业熟练掌握。本次机械手选型对于普通湿喷机的优势在于速凝剂掺量智能化，普通湿喷机以公式计算刻度代表速凝剂掺量（刻度为在0～8，掺量有时未能达到所需速凝剂掺量）；混凝土湿喷机械手作业时，施工人员少（3 人）且人员可站在初期支护完成部位，利用遥控装置对喷射进行控制，提高了施工安全性。另一方面，目前新配置的湿喷机械手喷射速度快，喷射混凝土能够快速凝固并形成稳定的支护体系，有效地保证了初支施工的安全。

3.5.2 施工喷射作业控制

1）喷射顺序与一次喷射厚度

试验前用高压风水冲洗受喷面，埋设钢筋头控制喷砼厚度。喷射作业分段、分片、分层，由下而上、由内自外进行，分段长度不宜超过6m，如有较大凹洼处，应先喷射填平。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的黏结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。边墙一次喷射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持喷层厚度均匀[5]。

2）风压与喷嘴角度

喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此，在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa 后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。一般工作风压：边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。

喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可能接近90°，以使获得最大压实和最小回弹。喷嘴与受喷面间距宜为1.5～2.0m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60cm，高15～20cm；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果喷嘴与受喷面的角度大小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。本次喷射混凝土厚度为25mm，喷射完成时，操作手利用喷嘴风压对喷射面平整度进行修整。整个过程喷射混凝土30m3，共喷射3 车。

3）速凝剂掺量控制

边墙喷射时因其喷射面较垂直，混凝土受自重或地球引力较小，速凝剂掺量约3%～4%；而边墙至起拱线部位速凝剂掺量约4%～5%，拱顶混凝土喷射因混凝土受自重或地球引力较大，易掉落，为防止混凝土回弹量大导致混凝土强度不足，喷射厚度不足，因此，起拱线至拱顶速凝剂掺量约5%～7%。

3.5.3 回弹量收集

喷射前边墙下铺设彩条布以收集混凝土回弹料。整个喷射过程设备运转正常，出料顺畅，无异常现象。喷射混凝土总方量为30.0m3（73 200kg），收集现场回弹料为9 516kg，计算得出回弹量为13.0%，满足规范设计要求。

4 工艺试验结果检测

工艺试验结果检测包括：（1）混凝土强度检测。通过试验，喷射混凝土1d 强度为11.7MPa，大于10MPa，满足要求。留置的C25 喷射混凝土试件，7d 强度为23.8MPa，14d 强度为34.0MPa，28d 强度分别为37.9MPa，满足设计要求。通过本次试验，使用无碱速凝剂喷射混凝土后期强度较高，7d 强度达到设计强度的95.2%，14d 强度达到设计强度的136%，28d 强度达到设计强度的151.6%。（2）喷射混凝土厚度、平整度检测。通过初支检测打孔验证喷射混凝土无脱空，厚度满足要求。

5 工艺试验效果

5.1 无碱速凝剂对初期支护混凝土的作用

使用无碱速凝剂喷射混凝土，喷射过程中粉尘浓度较高碱速凝剂混凝土低，能见度较好，且对作业工人损害比高碱速凝剂混凝土小，且使用机械手提高作业效率，工人施工的积极性得到提高，有利于提高隧道施工进度，且因无碱速凝剂混凝土后期强度较高，确保初期支护混凝土强度。

5.2 机械设备配套对初期支护混凝土的作用

使用合适的机械设备（如机械手），不仅能提高工作效率，较普通湿喷机需要的工人人数少，且远距离操作，对作业人员的身体损害稍低；速凝剂掺量的数控数显，有效控制其掺量等。有效选择施工设备不仅节约成本，提高工人效率，有效地加快施工进度，确保工程实体质量。

5.3 强有力的管理，协调工作到位

任何项目的根本在管理，管理者的意识及管理协调能力主导整个项目的成败。本次试验段的成功，管理者对技术交底到位、各项作业协调统一起到了至关重要的作用。

6 结语

本次初期支护无碱速凝剂喷射混凝土试验段，原材料、混凝土拌和物性能、强度、回弹量、厚度、平整度等均符合设计及规范要求。根据初支混凝土现状，需持续保持试验段时的各项作业配合及管理者持续管理，确保混凝土质量。