喷射混凝土技术

3/3喷射混凝土技术关于高速铁路隧道工程喷射混凝土的

探究

目前隧道工程初期支护中普遍采用的是喷射混凝土及喷射纤维素

混凝土，喷射方式主要有干喷和湿喷，由于干喷强度达不到设计强度、回弹量大、不环保喷及对施工人员身体危害大的特点，“铁道部120号”文件明确规定，隧道施工必须采取湿喷工艺。

喷射混凝土具有支护及时、强度高、密实性强、操作简单、灵活性大等优点，特别是在软弱围岩地质条件下，配合钢拱架、钢筋网片和系统锚杆作为支护，其优点更为明显。就新奥法原理而言，容许围岩产生变形，同时在围岩变形过程中，通过围岩自稳体系和支护结构对围岩变形进行控制，达到让围岩变形的适度释放而不是彻底释放的目的。在上述过程中，喷射混凝土的作用可分成两个阶段：(1)喷射混凝土施作初期，从材料结构和力学特征，可把喷射混凝土看作柔性结构，为围岩变形的适度释放提供空间；(2)当喷射混凝土具有一定强度后，可把钢拱架、钢筋网片、系统锚杆和喷射混凝土组成的支护体系看作钢性结构，用来控制围岩变形，达到保护和发挥围岩自承能力的效果。当然在所有作用过程中，也应该重视和强调支护体系的韧性概念，目前施工大多采用喷射纤维素混凝土，就是这种概念发展的必然结果。

二、喷射混凝土施工的关键技术

由于隧道干喷存在诸多缺点，井坡隧道工程喷射混凝土施工采取了湿喷工艺。

喷射混凝土的回弹量控制

一般隧道工程的利润主要来自开挖和初期支护的喷射混凝土。如何通过技术改进和加强管理来降低喷射混凝土的回弹量，通过对井坡

隧道工程喷射混凝土施工情况的分析比较，认为做好以下几点可以将回弹量控制在15％左右。

①分层、分段及分片喷射。分段长度不宜大于6m，分块大小不超过一榀拱架间距或3m×3m（素混凝土地段）；分层喷射时，一次喷射混凝土厚度不小于40mm，后一次喷射应在前一层终凝后进行；复喷混凝土的厚度：拱部为50mm～100mm,边墙为70mm～150mm。严格按照先墙后拱、先下而上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落。②控制喷嘴距离(喷射距离)和角度。喷嘴与喷岩面应尽量垂直，喷射距离在～时，混凝土回弹量较小，喷射距离过大或过小都会增加回弹量；喷头长度一般只有～，可将喷头加长到～，这样喷射手站在距离喷岩面左右即可进行喷射；喷射手在喷射时应垂直受喷面做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约20～30cm，这样既可以保证混凝土的密实性也可减少回弹量。③严格控制风压。过大的风压会造成喷射速度太快，加大骨料的反弹，从而加大回弹量，但混凝土密实性较好；风压过小，会使喷射力减弱，造成混凝土密实性较差，甚至达不到设计和规范要求。通过实践经验总结，在上中下台阶一起工作的情况下，上台阶风压达到左右，下中台阶风压达到MPa左右，回弹量是最小的。④原材料的控制。水泥应选用普通硅酸盐水泥；细骨料应选用细度模数大于的坚硬耐久洁净的中砂或者粗砂，其含水率控制在5%～7%；粗骨料选用粒径不大于15mm且连续级配、坚硬耐久的碎石；其他原材料如水分及外加剂等应符合相关规范要求。⑤配合比的控制。配合比的选定应通过实验室内试验和现场试验选取最佳的配合比。水泥优先采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，强

度等级不小于，有抗冻抗渗要求时或钢纤维混凝土不小于；胶骨比宜为1:4～1:5，水胶比宜为～，砂率宜为45%～60%；喷射混凝土塌落度宜为80mm～130mm。配合比及拌制的均匀性每班检查不少于一次。

喷射混凝土厚度的控制

①喷射混凝土的厚度应必须达到设计厚度和规范允许的误差范围。从施工现场的情况看，普遍存在喷射混凝土偏薄或者偏厚（超挖）的现象。偏薄具有一定风险：因为初期支护将会和围岩共同控制围岩变形的释放，保证下道工序施工安全和隧道结构的稳定，是主要受力者。偏厚是由于未严格采用光面爆破设计，造成周边眼及掏槽眼数量不够，爆破效果很差。超挖给施工单位造成很大的经济损失（主要是超方），且造成喷射砼施工时间加长而影响工期，现场实践证明：严格按照光面爆破进行钻爆，是提高经济效益、功效及工期的必然措施。②对局部喷射混凝土过厚的情况，在挂防水板前一定要将突出部分混凝土剔除。这种情况有可能顶破防水板、造成初期支护“侵限”（即初期支护喷射混凝土侵入二衬，造成二衬混凝土厚度达不到设计厚度），更有可能在初期支护和二次衬砌之间形成点接触，造成局部应力集中而导致二次衬砌表面开裂。③喷射混凝土厚度可用凿孔法、埋钉法或者地质雷达法（无损检测）进行检测。无损检测一般对于喷射混凝土表面平整度的要求较高，因此现场一般采用凿孔法、埋钉法进行检测。

喷射混凝土强度检测

井坡隧道属于高速铁路隧道，依据《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010/J1149-2011）,喷射混凝土强度检测试件的制作方法有三种，分别是：

①喷大板切割法。将混凝土喷射在45*35*12cm（可制成6块）或45*20*12cm（可制成3块）的模型内，当混凝土达到一定强度后，加工成10*10*10cm的立方体试件，在标准条件下养护至28d进行试验（精确至）。其优点是可以进行标准试验，而且是在现场制模、养护，基本能反映现场喷射混凝土的强度。缺点是制模时，混凝土回弹量较大，较难操作；并且需要切割，增加了工作量。②凿方切割法。当对采用喷大板切割法检测的强度有怀疑时，可采用凿方切割法。凿方切割法应在已喷好的经14d左右养护的支护上，用凿岩机打密排钻孔，取出长35cm、宽15cm的混凝土块，加工成10*10*10cm的立方体试件，在标准条件下养护至28d进行试验（精确至）。其优点是：由于试块直接取自现场结构物，因此该实验能直接反映现场喷射混凝土的强度。其缺点是工作量大、检测成本高、耗时费力，而且对现场结构造成较大破坏；另外，在取样及加工过程中，有可能对混凝土试块造成不利影响。③钻孔取芯法。当对采用喷大板切割法检测的强度有怀疑时，可采用钻孔取芯法。钻孔取芯法应在具有28d强度的支护上，用钻孔取芯机钻取并加工成长10cm、直径10cm的圆柱体进行试验（精确至）。其比起前两种检测方法来更加直观、准确、可靠。但是其缺点也比较大：费用高，费时较长，且对混凝土造成局部损伤，因而大量的钻芯取样往往受到限制。

通过优缺点的比较，认为喷大板切割法制作的试块接近喷射混凝土的真实情况，且成本低、速度快、可靠性好，尽管需要切割，但作为工程质量控制手段，是有必要的。目前所在单位对于喷射混凝土强度的检测本着经济适用原则全部采用了这种检测方法。三、对喷射混凝土在隧道工程施工中的几点建议

①重视混凝土的喷射方式，积极推广湿喷技术的运用。②加强喷射混凝土配合比的调整和控制，骨料尽量采用连续级配。③做好光面爆破设计，保证光面爆破质量。④大力推广喷大板切割法的试验检测方法对喷射混凝土强度进行检测。⑤采用湿喷方式时，要加强对现场施工人员的劳动保护。

四、结语

在全国公路、铁路及高速铁路迅速发展、路网等级不断提高和环境保护意识日益加强的今天，隧道