长大隧道采用车载式湿喷机如何有效控制喷射混凝土平整度

高建勋

（蒙西华中铁路股份有限公司湘赣指挥部，江西 新余338000）

1 工程概况

蒙华铁路九岭山隧道设计为单洞双线隧道，全长15 372m，全隧道Ⅱ级围岩805m，Ⅲ级围岩4 520m，Ⅳ级围岩1 492m，Ⅴ级围岩573m，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩分别占全长的57.21%、29.38%、9.69%、3.72%；设置2座辅助坑道，长度分别为1 707m、1 607m，均位于线路左侧。隧道洞身穿越地层主要为花岗岩、花岗闪长岩等，隧道最大涌水总量为40 108m3/d。主要不良地质有断层破碎带（断层6条，节理密集带4条）、岩爆、软岩大变形、地热等【1】。

2 湿喷机械的的确定

根据施工现场施工工况以及技术、经济比较，最终选定中铁五新生产的CPH25B车载式湿喷机，详见图1。湿喷机技术参数为车长9 450mm、宽2 500mm、高3 380mm，额定重量为160kN（16t），喷射高度为16m，宽度24m、喷射方量为25m3/h。

3 喷射混凝土配合比确定

隧道初支喷射混凝土强度设计等级为C25，为了使混凝土的质量满足施工现场要求，现场使用P·O42.5普通硅酸盐水泥，根据试配及强度试验，配合比水用量确定为189kg/m3，水灰比选用0.38，喷射混凝土配合比计算结果见表1。

图1 车载式湿喷机图片（单位：m）

表1 计算配合比混凝土每立方米的材料用量表

3.1 混凝土搅拌、运输

喷射混凝土采用强制式搅拌机搅拌，其搅拌时间应不小于1.5min，采用液体速凝剂，严格按施工配合比进行操作，混凝土塌落度控制在8～13cm。

运输采用混凝土运输罐车，随运随拌。喷射混凝土时，多台运输车应交替运料，以满足混凝土的供应，混凝土拌合料的停放时间不得大于30min。混凝土拌和料在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化以及产生初凝等现象。

3.2 原材料质量控制

粗骨料应采用坚硬耐久的碎石或卵石，或两者混和物，严禁选用具有潜在碱活性骨料。喷射混凝土中的石子最大粒径不宜大于16mm，骨料级配宜采用连续级配。按重量计含泥量应大于3%，泥块含量应大于0.5%。

细骨料应采用坚硬、耐久的中砂或粗砂，细度模数应大于2.5，含泥量应大于3%，泥块含量应大于0.5%。

外加剂应对混凝土的强度及围岩的黏结力基本无影响；对混凝土和钢材无腐蚀作用；对混凝土的凝结时间影响不大（除速凝剂和缓凝剂外）；吸湿性差，易于保存；不污染环境，对人体无害。

4 喷射混凝土平整度质量控制

4.1 施工工艺控制

1）喷射混凝土作业应采用分段、分片依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6m。喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射，直至满足设计厚度。

（1）喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。

（2）分片喷射要自下而上进行，并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层。

（3）分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度。

2）喷射速度要适当，以利于混凝土的压实，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。

3）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°，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【2】，可将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。

4）隧道开挖后应及时初喷混凝土，混凝土终凝到下一循环爆破作业间隔不得小于3h。

4.2 无钢架地段喷射质量控制

无拱架地段为Ⅱ、Ⅲ级围岩，为避免初支表面出现凹凸情况，对喷射工艺顺序进行调整，作业顺序为先将洞壁周边"凹"坑大致喷平，基面处理完毕后，再自下而上顺序分层、分段往复喷射，如喷射混凝土的坍落度和和易性均不发生变化，采取湿喷机的喷射方量控制在25m3/h以内；如现场混凝土塌落度较大采取喷射方量控制16m3/h以下，工作风量控制最大的参数喷射，有利于将混凝土通过高压吹散，防止初支面出现凹凸现象，保证初支面的喷射质量。

4.3 有钢架地段喷射质量控制

4.3.1 无渗水地段喷射施工

对于无渗水地段采取喷射两侧拱架拱脚、初喷拱顶、初喷两侧边墙，然后再喷拱顶，来回往复喷射待（喷射方量控制在20～25m3/h），喷射至拱架表面距设计剩余5cm时，采取自下而上的方式喷射（喷射方量控制在8m3/h）直至将初支面喷平顺【3】。

4.3.2有渗水地段喷射施工

有水地段，对于集中股状水提前埋管引排处理，喷射方式大致与无水地段相近，为了确保有水处喷射混凝土能够与拱架黏结，一般采取在开始时对有渗水处进行初喷，使拱架和钢筋网片表面能够黏结部分混凝土，在无渗水拱架喷射趋于完毕后；对渗水处先喷射1层速凝剂，待1～2min过后开始对渗水处进行喷射（喷射方量控制在12～16m3/h）待初凝重复上述工艺直至喷射至拱架表面距设计剩余5cm时，采取自下而上的方式喷射（喷射方量为8m3/h，）直至将初支面喷平顺。

4.4 施工控制要点

1）喷射前应仔细检查喷射面，如有松动土块应及时处理，喷射中当有脱落的土块或混凝土被钢筋网架住时，应及时清除后再喷射。机械手应布置在安全地带，并尽量靠近喷射工作面，便于操作员随时调整风压。

2）喷射完成后应检查喷射混凝土与土质表面粘结情况，同时测量其平整度和断面，并将此断面与开挖断面对比，确认喷射混凝土厚度是否满足设计和规范要求。当有空鼓、脱壳时，应及时凿除，冲洗干净后进行重喷或采用压浆法填充。

3）在喷射侧壁下部时，需将上半断面喷射时的回弹物清理干净，防止将回弹物卷入下部喷层中形成“蜂窝”而降低支护强度。

4）喷射混凝土冬期施工时，洞口喷射混凝土应有防冻保暖措施；作业区的气温和混合料进入机械手的温度均不应低于5℃；在结冰的层面上不得进行喷射混凝土作业。

4.5 整修和养护

喷射混凝土初凝后，进行人工修整，铲除结固、凸出的混凝土；喷射混凝土在终凝2h后开始洒水养护，每天3～4次，保证湿润状态，当温度低于5℃时，禁止洒水。

5 结语

通过车载式湿喷机使用中施工工艺和方法的改进，既有效地解决了湿喷机械手在长大隧道实际应用的问题，又提高了喷射混凝土施工质量，避免后期因喷射混凝土平整度造成隧道隐患的发生，既保证隧道施工质量，又加快了隧道施工的进度。