公路隧道建设中喷射混凝土支护施工工艺研究

摘要：现代公路隧道工程，喷射混凝土逐渐成为主流的初期支护形式，利用混凝土面层来维持隧道侧壁结构稳定状态，预防围岩变形失稳等安全事故发生，对于提高隧道施工水准、保证现场生产安全有重要意义。对公路隧道工程中喷射混凝土支护施工技术要点进行分析，详细阐述了混凝土制备、隧道侧壁处理、混凝土喷射、养护验收等环节的操作方法，并提出喷射混凝土支护施工阶段的优化控制措施，旨在对以后喷射混凝土支护施工技术在公路隧道工程中的具体运用提供有益经验与借鉴。

关键词：公路隧道""喷射混凝土支护""施工工艺""注浆

Research"on"the"Construction"Technology"of"Shotcrete"Support"in"Highway"Tunnel"Construction

HU"Wei

Sichuan"Highway"Engineering"Consult"Supervision"Company，Ltd.，"Chengdu，"Sichuan"Province，"610200"China

Abstract："In"modern"highway"tunnel"engineering，"shotcrete"has"gradually"become"the"mainstream"form"of"initial"support."The"use"of"concrete"surface"layer"to"maintain"the"stability"of"tunnel"sidewall"structure"and"prevent"safety"accidents"such"as"deformation"and"instability"of"surrounding"rock"is"of"great"significance"for"improving"tunnel"construction"level"and"ensuring"on-site"production"safety."This"paper"analyzes"the"main"technical"points"of"shotcrete"support"construction"in"highway"tunnel"engineering，"elaborates"on"the"operational"methods"of"concrete"preparation，"tunnel"sidewall"treatment，"concrete"spraying，"maintenance"and"acceptance，"and"proposes"optimization"control"measures"for"the"shotcrete"support"construction"stage，"aiming"to"provide"useful"experience"and"reference"for"the"specific"application"of"shotcrete"support"construction"technology"in"highway"tunnel"engineering"in"the"future.

Key"Words："Highway"tunnel;"Shotcrete"support;"Construction"technology;"Grouting

在城市化进程中，公路隧道在城市交通建设中占据着举足轻重的地位，对施工质量，工期和成本的要求与日俱增。在现代隧道工程施工方法中，喷射混凝土支护施工技术具有施工速度较快、施工质量较高、节省人力资源的优点，已经逐步成为公路隧道施工中最主要的选择。

1"喷射混凝土支护施工技术要点

1.1""混凝土制备

1.1.1"原材料选型

混凝土由水泥、粗细集料、外加剂等原材料加水搅拌制成，根据公路隧道工程设计要求与建设标准，明确掌握全部原材料的选用标准。例如：对于水泥材料，由于混凝土面层厚度较小，无须考虑水化热引起的温度裂缝问题，选择普通硅酸盐水泥即可，水泥标号控制为42.5；对于粗集料，推荐选用连续级配碎石，碎石粒径不得超过31.5"mm，压碎值、含泥量与针片状颗粒含量分别不超过20%、1%与8%；对于细集料，推荐选用洁净河砂，河砂细度模数保持在2.5或3.0以上，粒径控制在4.75"mm以内，含泥量控制在3%以内；对于外加剂，主要选用速凝剂，掺加速凝剂后的混凝土初凝时间不超过5"min、终凝时间不超过10"min，不得选用具备腐蚀性质的速凝剂，可使用TY-S108无碱液体速凝剂[1]。

1.1.2""配合比设计

根据公路隧道初期支护需求，提前确定混凝土材料性能指标要求，按照常规配合比方案，制备少量混凝土用于制作试件，开展多项试验，试验内容包括抗压强度、抗渗性能等，如果试件性能未达到使用标准，针对性修改配合比方案。正常情况下，混凝土水灰比控制在0.36，水泥、石、砂的用量比例控制为1∶1.75∶2.06，即可满足公路隧道初期支护需求。

1.1.3"质量检验

混凝土制备完毕后，全面检查材料性能质量，检验内容包括抗压强度等物理性能，以及坍落度、扩展度、是否分层离析、是否提前初凝在内的材料状态，不得把质量不合格的劣质材料投入使用。

1.2""隧道侧壁处理

基层状态是决定喷射混凝土支护效果的一项核心因素，如果基层状态不佳、平整度不达标、附着灰尘污渍与存在质量病害，则都会降低隧道结构和混凝土面层的黏结强度，后续容易出现面层空鼓和脱落情况，致使初期支护体系失效。对此，正式开展喷射混凝土支护作业前，施工人员必须重点处理隧道侧壁，拆除作业面的全部障碍物，清理墙脚部位的岩渣堆积物与开挖面浮石，使用高压空气或高压射流反复冲洗受喷面，直至完全去除表面遇水易潮解的泥化岩层，保持受喷面的洁净和平整状态。后续在受喷面上弹放控制线与设置厚度标志，用于控制混凝土喷射范围和厚度。同时，重点观察岩面是否出现渗水和漏水问题，开展降水、排水施工，引导地下水排放到隧道外部，尽量保持受喷面的潮湿无水状态。在局部出水量过大情况下，额外采取埋管、凿槽等技术措施来设置排水沟[2]。

1.3""混凝土喷射

在混凝土喷射环节，在隧道断面开挖结束、受喷面处理后，即可组织开展混凝土喷射作业。按照从下到上顺序，分段喷射混凝土面层，单次施工纵向长度保持在6"m内，混凝土喷射作业紧跟隧道断面开挖作业，上段混凝土喷射作业、下段隧道开挖作业的间隔时间保持在4"h以上，避免前后道工序相互干扰。考虑到总体喷射厚度往往超过10"cm，为改善混凝土面层结构状态，需要分多次喷射混凝土。首次喷射厚度控制在5"cm左右，根据受喷面部位来确定第二次喷射厚度，例如：隧道拱顶部位第二次喷射厚度控制在5～6"cm，隧道边墙部位第二次喷射厚度控制在7～10"cm。以钢拱架和拱壁间隔部位作为起始点，最后完成两拱间混凝土喷射作业。重点控制前后层混凝土喷射时间，上层混凝土终凝后，方可继续喷射下层混凝土，前后层混凝土进行搭接处理，搭接宽度保持在2倍厚度以上，上、下层接缝相互错开[3]。下层混凝土喷射前，还应观察初喷表面状态，如果表面蒙上粉尘，则使用高压空气或水体把初喷表面清洗干净。

1.4""养护验收

在养护验收环节，在混凝土面层喷射完毕且最后一层混凝土终凝2"h后，即可进入养护工序。推荐采取洒水养护方式，混凝土表面覆盖一层保湿材料，根据现场环境湿度与混凝土水化进程，定期在表面洒水，精准控制单次洒水量与洒水频率，完全满足水化反应用水需求，洒水养护时间保持在7"d以上，避免面层结构干缩开裂。如果现场气温偏低，则不宜继续采取洒水养护方式，重点做好保温养护作业，始终把面层温度维持在5"℃以上。面层喷射与养护期间，表面禁止结冰，且面层强度超过6"MPa前，禁止出现受冻问题[4]。直至混凝土面层完全成型、到达养护龄期后，细致检查面层成型效果是否达到公路隧道初期支护质量标准，以混凝土强度、喷射厚度、是否存在空洞病害作为检查内容，质量验收项目、方法与标准要求如表1所示。

1.5"初期支护拱部回填注浆

隧道拱部作为喷射混凝土支护体系的薄弱环节，必须开展回填注浆作业来强化支护效果，环向设置注浆孔，拱顶与边墙部位的环向间距分别保持为2"m、3"m，按照梅花状布设注浆孔，制备水泥浆，选用普通硅酸盐水泥材料，水灰比控制为1∶1。完成前置工作后，即可开展注浆作业。按照注浆孔编号来确定注浆顺序，首次注浆压力保持在0.3～0.5"MPa区间，加压压力不得超过0.8"MPa，按照从低到高顺序，连续开展注浆，尽量维持稳定的注浆压力，注浆压力超标容易形成结构裂隙。注浆结束后，在注浆孔口处封填同一强度等级的水泥砂浆。

2"喷射混凝土支护施工的优化措施

2.1"施工参数控制

喷射混凝土施工期间，支护效果主要受到工艺参数影响，包括面层厚度、喷射压力、喷射角度、喷射顺序等。正式开工前，施工单位需要挑选代表性隧道节段，开展工艺试验，根据试验结果，确定各项施工参数的最佳值。正常情况下，喷射风压关乎到混凝土面层施工期间回弹率和成型质量，确定喷射高度后，开展试喷作业，喷头部位风压值保持在0.1"MPa左右，中途维持风压稳定状态。对于喷射顺序，以隧道内壁受喷面为例，提前找平侧壁凹陷部位，按照从下到上顺序，水平旋转开展喷射作业，旋转半径保持在150"mm，前后圈搭接宽度控制在25"mm。喷射距离取决于风压值，实际喷射角度控制在1.5"m左右即可。对于喷射角度，隧道边墙等厚度较大部位喷射面层时，酌情向下倾斜一定角度，倾斜角度控制在15°左右，有利于降低骨料反弹率。而对于喷射厚度，单次喷射厚度不得小于50"mm，水平旋转喷射期间，要求施工人员每隔2"s旋转一次喷头[5]。

2.2"纤维增强

早期公路隧道工程主要使用普通混凝土材料，面层结构容易出现开裂、渗漏等质量病害。为了解决此项问题，可以采取纤维增强措施。混凝土制备期间，掺加适量纤维材料，用于强化面层结构抗裂性能，纤维体起到抑制裂缝发育、延缓裂缝形成时间与改善湿喷混凝土力学性能的作用。从实操层面来看，可以使用聚丙烯纤维，不宜使用易锈蚀的钢纤维，聚丙烯纤维性能指标如表2所示，其有着密度大、抗拉强度高、适应酸碱环境与分散性好的性能优势，纤维掺量保持在0.1%以上，掺量过少容易降低混凝土力学性能。同步改进混凝土拌和工艺，适当延长搅拌时间，干拌时间控制在1"min，加水后湿拌时间控制在3～4"min。同时，制备少量纤维混凝土，开展回弹试验和强度试验在内的多项现场试验，用于确定聚丙烯纤维最佳掺量。例如：在某公路隧道工程中，聚丙烯掺量设定为0.9"kg/m3，开展回弹试验；制作试样板，喷射厚度控制在100"mm；普通混凝土喷射料重为485.8"kg、回弹料重为104.3"kg，回弹率为21.47%；纤维混凝土喷射料重为485.9"kg、回弹料重为56.7"kg，回弹率降低到11.67%，下降幅度约为45.65%，效果显著。

2.3"混凝土超耗控制

超耗是喷射混凝土支护期间最为常见的施工问题，其原因包括型钢钢架过渡加长、钻孔超挖、混凝土回弹率超标、材料级配不均匀与含泥量超标。对此，为把控造价成本，必须在施工方案内并行采取多项混凝土超耗控制措施，包括动态控制预留变形量、围岩超欠挖控制与分区分段喷射面层。以动态控制预留变形量为例，全程监测公路隧道施工过程，按照监测数据来调整预留变形量、收缩隧道开挖轮廓线，通过减少型钢架过渡加长距离，间接起到节省混凝土材料用量的作用。

3"结语

综上所述，喷射混凝土支护既是公路隧道施工体系的重要组成部分，也是质量病害与安全隐患的高发部位。施工单位必须加强对喷射混凝土支护施工技术的研究程度，施工人员应梳理工艺流程、掌握正确工艺操作要点与技术细节，并落实参数控制、纤维增强和超耗控制3项优化措施，为工程建设质量与施工安全提供技术保障。

参考文献

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• 李准，刘延辉.单线铁路大变形隧道喷射混凝土超耗分析[J].铁路工程技术与经济，2024，39（4）：15-18.
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• 李满强.隧道初支喷射混凝土超耗原因及控制措施[J].中国高新科技，2023（22）：59-61.

[3]梁世俊.纤维喷射混凝土在隧道施工中的应用研究[J].山西交通科技，2022（3）：86-89.

[4]文一鸣，徐惠涛.高富水粉质黏土地层地铁联络通道喷射混凝土支护技术[J].云南水力发电，2023，39（11）：206-208.

[5]荣传新，孙世成，王彬，等.改性脱硫石膏基喷射混凝土支护结构及其应用[J].广西大学学报（自然科学版），2020，45（1）：67-74.