公路隧道喷射混凝土施工质量控制措施
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作者: 唐明
摘 要：结合公路隧道喷射混凝土支护试验，阐述了喷射混凝土支护的原理和影响混凝土强度因素。重点介绍了施工中控制喷射混凝土质量方法。
关键词：喷射混凝土；材料选用；施工；质量控制；措施
目前，我国铁路隧道和公路隧道大多都采用新奥法施工，新奥法(NATM)是新奥地利隧道施工方法的简称，它是以隧道工程经验和岩体力学为理论基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。新奥法的核心思想是最大限度地发挥围岩的自承作用。所以要树立“爱护围岩、保护围岩”的理念，努力降低围岩的荷载作用，充分发挥围岩的结构作用，尽可能减少对岩体的扰动，不损伤或少损伤遗留围岩的固有支护能力；通过各种手段和方法，提高围岩物理力学性质，控制围岩变形，增强围岩的自支护能力。喷射混凝土支护不仅仅是整个施工过程中的重要工序，而且还是复合式衬砌第一道防水屏障，它的质量好坏对整个隧道的施工安全、质量来说尤为重要。
1 原材料选用上应采取的控制和预防措施
优先采取水热较低的水泥, 如大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥或低强度水泥。并改善混凝土砂石等骨料的级配、降低水灰比、掺加适当的混合料、掺加外加剂等方法减少水泥的用量, 以减少水化热的产生。在保证混凝土强度等级的前提下, 使用适当的缓凝减水剂, 减少水泥用量, 放慢混凝土中胶凝材料的硬化放热, 延长放热时间, 以利于混凝土内温度的散发, 使混凝土内外温差不致过大; 充分利用混凝土的后期强度, 减少水泥用量, 每立方米混凝土每减少10kg 水泥用量, 混凝土水化温度将降低1℃； 掺入缓凝型减水剂, 避免水化热集中产生。冷却集料, 特别是冷却粗集料较冷却细集料容易些, 具体方法是石子浇水( 井水更好)。在炎热的夏季, 将粗集料浇水, 降低其温度, 使得混凝土温升的起点较低, 粗集料首先吸受水泥水化热, 减少混凝土内部温度的升高; 夏季施工时砂、石等材料应避免阳光直晒, 在运输过程中也应当避免直晒和温度的升高; 有条件的可保证模内通风, 加速模内热量的散发。
2 喷射混凝土的作用
喷射混凝土是用喷射机把掺有速凝剂的粗细骨料混凝土以适当的压力，高速喷射到隧道岩壁表面迅速凝结而成的混凝土。由于混凝土颗粒在高速度喷射的猛烈冲击下，混凝土被连续地冲击和压实，具有密实的结构和较好的物理力学性能。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、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。
3 喷射混凝土施工质量控制
喷射混凝土有施工有干喷、湿喷和潮喷等喷射方法。干喷具有回弹物大、粉尘大的缺点；湿喷具有回弹率小、粉尘少、混凝土均匀性好等优点，因此喷射混凝土宜采用湿喷技术，可显著提高锚喷支护的质量。在隧道施工过程中经常会发现喷射混凝土强度偏低的问题，根据调查发现影响喷射混凝土强度的因素有以下几个方面：①原材料的质量；②喷射工的业务能力；③喷射机具的性能；④ 回弹料的控制；⑤ 喷射方法的选择；⑥喷射砼的养护等几个方面。根据以上因素，在施工中喷射混凝土的方案可以按照以下几个方面控制。
1)工地试验人员及现场技术人员把好原材料进场关，所有材料进行各项指标试验，不合格材料一律不得进场。砂采用中、粗砂细度模数大于2.5，含泥量小于3％。使用的外加剂也检测含水率，保证外加剂不受潮，外加剂准确称量。
2)使用技术水平高的喷射工，喷射工固定专人，不得随意更换。试验员和工地技术人员跟班作业，并做好施工纪录。技术人员现场指导和控制喷射工的操作，喷射混凝土应分段分片依次进行，喷射顺序自下而上作业(见图1)。先喷钢架与岩壁(除喷层)间隙部分，再喷两钢架之间部分。喷射砼作业要保持供料均匀，喷射连续，如喷层间隔时间超过1小时，用水冲净受喷面后再进行喷护作业。喷射时喷射移动可以采用s形往返移动。喷射口在沿隧道纵向作前后移动时要保持与受喷面等距，并使受喷面和喷射口始终保持相同的距离和喷射角度，一般控制在0.8～1.21m之间并尽量垂直于受喷面，使受喷面均匀密实。使喷射混凝土表面湿润光泽，粘塑性好，无干斑或滑移流淌现象。
3)检查喷射设备及状况，压力表能正常使用，保证风管不漏风，水管不漏水。
4)喷射砼是将喷料借助喷射机械，利用压缩空气做动力，通过高压管道输送并以高速喷射到受喷面上，所以受喷面所受压力很大。因此钢筋网片一定要紧贴初喷砼面，并固定牢固。如果不牢固，在喷射作业时，钢筋网在冲力下来回晃动，导致回弹量增大，砼密实度差，导致砼强度低。
5)砼养护的目的是为了保证水泥水化过程能正常进行。由于水泥水化而是水分蒸发失去，而且水泥水化过程中产生的水泥凝胶具有很大的比表面积，大量的水变为表面吸附水。从而阻止水进入砼，则供水化反应的水越来越少，在水灰比小于0.5的情况下出现自干现象，使水泥水化不能继续进行，直接影响砼的强度。喷射砼终凝后2小时开始养护。在养护期每天、专人、定时洒水养护3次，养护期14天。
4 喷射混凝土施工应注意的问题
(1)喷射混凝土作业应在隧道开挖后及早进行，防止岩体发生松弛。
(2)严格掌握规定的速凝剂掺量，并添加均匀。应根据水泥品种、水灰比等，通过不同掺量的混凝土试验选择最佳掺量。使用前应做速凝效果试验，要求初凝不应大于5min，终凝不应大于10min。
(3)喷射手严格控制水灰比，使喷层表面平整光滑，无干斑或滑移流淌现象。
(4)喷嘴移动轨迹应因地制宜，横条、竖条、圆圈等应交替使用，移动速度要慢，让混凝土“堆”起来，有了一定厚度再移开，然后逐块扩大其喷射范围。喷射顺序一般采用先下后上，先墙后拱。凹凸不平时应先将凹处喷平，按正常顺序喷射，以减少回弹。
(5)有钢架时，钢架与围岩间隙必须以喷射混凝土充填密实，喷射混凝土应将钢架覆盖，并应由两侧拱脚向上喷射。
(6)喷完或问歇时，喷嘴应向低处放置，一工班结束，要拆开喷头，取出水环，用水清洗干净，疏通水眼，以备下一班使用。喷完后，喷射机具均应清洗、保养，以保证机具处于完好状态。
(7)开机按先开主机，再依次开震动棒、计量泵、风阀的顺序进行；喷射完成后先关主机，再依次关闭风阀、计量泵和震动棒，然后用清水将机内、输送管路内残留物清除干净。
(8)严格控制拌和物的水灰比，经常检查速凝剂注入环的工作状况，发现问题及时处理。
(9)如有堵管现象发生，必须先关闭主机，然后才能进行处理。
5 喷射砼强度结果分析
根据施工纪录及试块强度的数值可以得出喷射砼强度偏低的原因，在正确的施工方法、正确的施工工艺、施工中严格按照初期支护砼施工要求的前提下，喷射砼强度的大小与喷料中碎石、水泥的含量、钢筋网片的挂设及砼养生有很大的关系。砼养护期内随意养护与正确的养护也对砼强度有很大的影响。混凝土中水泥与水接触的时间短及范围有限, 与混凝土相比水泥水化的程度更低。混凝土的凝结过程也是水泥进一步水化的过程, 水泥的水化反应必须在有水的条件下才能发生, 水泥水化因为水泥石缺少水分不能继续进行, 还因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩。此时的混凝土强度还很低, 收缩引起的拉应力将使混凝土开裂, 破坏了混凝土结构, 影响混凝土强度的继续增长, 并且停止水化将使水化物不能进一步向水泥石的毛细孔填充,还将影响混凝土的抗渗性。在喷射砼施工中，必须降低喷射砼回弹料、降低在喷射砼时水泥的流失、加强对喷射砼的养护。
6 结 语
喷射混凝土支护层作为复合式衬砌的最外层支护，其施作质量受围岩开挖、施作工艺及结构形式影响很大，喷射混凝土支护是一种柔性支护结构，是在充分发挥围岩自身承载能力的基础上设置的支护结构，因此隧道开挖时要尽量少扰动围岩，开挖后要及时喷射混凝土层，确保隧道施工安全。
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