對隧道噴射混凝土幾種工藝的比較

付文鳳

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100107）

目前，國內(nèi)隧道噴射混凝土施工工藝有干噴、潮噴、濕噴3種方法，而現(xiàn)行設(shè)計文件、工業(yè)衛(wèi)生條件改善、成本的控制、工程質(zhì)量方面都要求濕噴。

1 隧道噴射混凝土支護(hù)的原理

1.1 固結(jié)與阻止或延緩風(fēng)化的原理

在高壓風(fēng)（水）的作用下，混凝土以很高的速度及壓力快速與圍巖結(jié)合，瞬間填滿裂隙，提高了圍巖本體的黏結(jié)力和內(nèi)摩擦角，從而提高了圍巖的強(qiáng)度。由于包裹圍巖，能夠阻止或延緩?fù)獠凯h(huán)境造成的巖體繼續(xù)變形或破壞。

1.2 改善巖體應(yīng)力狀態(tài)原理

噴射混凝土將開挖后凸起或凹陷的巖石封閉成較為平順、均勻的一體，從而在一定程度上消除了開挖面本身的應(yīng)力集中，減少了對圍巖的破壞。同時，這也改變了周邊圍巖空間的受力狀態(tài)，提高了圍巖的強(qiáng)度。

1.3 柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)原理

噴射混凝土具有很強(qiáng)的黏結(jié)力，能與圍巖高效黏結(jié)，并一起受力。此外，由于噴層較薄，兼有一定的柔韌性，所以可與圍巖共同發(fā)生形變產(chǎn)生徑向位移，因而形成了一定范圍的非彈性區(qū)域，故而圍巖的自支承能力得到充分發(fā)揮，噴層本身的受力狀態(tài)也得到改善。

1.4 組合拱原理

被節(jié)理裂隙切割形成的塊狀結(jié)構(gòu)圍巖中，巖塊間靠相互嵌擠、互鎖、咬合作用而保持穩(wěn)定。爆破開挖后的圍巖因震動或破壞了原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，經(jīng)常會有掉落或松動的石塊，但由于巖體本身的關(guān)聯(lián)作用，鄰近的石塊也會因此不斷喪失穩(wěn)定而墜落，進(jìn)而造成較大范圍的塌方。爆破開挖后，如果能迅速噴射一層混凝土，當(dāng)噴層與圍巖共同作用足以抵抗圍巖的局部破壞時，就能有效防止個別松動危石的滑移或墜落，則巖石間的關(guān)聯(lián)咬合作用就能得以保持。這樣，不但能保持圍巖自身的穩(wěn)定，而且與噴層構(gòu)成共同承載的整體結(jié)榴彈——組合拱。

2 干噴（潮噴）、濕噴混凝土的工藝區(qū)別

（1）噴射混凝土施工工藝框圖，如圖1所示。

（2）噴射混凝土材料在洞外由砼拌和站拌好，輸送車向洞內(nèi)送料，空壓機(jī)供風(fēng)（和高壓水）。濕噴射混凝土施工程序詳見圖2；干噴混凝土施工程序詳見圖3。

（3）干噴與濕噴混凝土施工工藝的區(qū)別主要表現(xiàn)在機(jī)型、混凝土拌和料、速凝劑及添加方式等方面，具體見表1和表2。

圖1 噴射混凝土施工工藝框圖

圖2 濕噴射砼施工程序圖

圖3 干噴射砼施工程序圖

表1 干噴與濕噴混凝土施工工藝比較

表2 噴射機(jī)性能比較

3 干、濕噴混凝土效果比較

干噴混凝土粉塵大、回彈量大、混凝土密實性差，因此質(zhì)量難保證，濕噴工藝則很好地解決了這些問題，其比較見表3。

表3 干、濕噴混凝土效果比較

說明：（1）回彈量及粉塵濃度：回彈意味著粗骨料損失，而粉塵則意味著微細(xì)顆粒的損失。這兩者對附著的噴混凝土質(zhì)量都具有重要的影響。

（2）《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB50086），回彈率邊墻不大于15%，拱部不大于25%，粉塵濃度小于10mg/m3。《鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業(yè)指南》（TZ231—2007）中規(guī)定，噴射混凝土?xí)r粉塵含量不得大于2mg/m3。

（3）回彈量與噴漿操作水平有直接關(guān)系。一般要領(lǐng)：①控制適當(dāng)噴射風(fēng)壓。如果噴設(shè)風(fēng)壓過大，會導(dǎo)致噴射速度增大，從而混凝土回彈量增加；如果噴射風(fēng)壓過小，會使得噴射速度太小，壓實力偏小，影響噴混凝土強(qiáng)度。②保持適當(dāng)噴射距離，噴射時要注意盡可能保證噴嘴至巖面的距離，距離宜為1.5～2.0m。此外，要盡可能保證噴嘴與受噴面接近垂直，因為這樣既可以保證最大壓實，又可達(dá)到最少回彈的效果。噴射作業(yè)時，應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動，重疊搭接，噴嘴所畫的環(huán)形圈，橫向50 cm左右、高18 cm左右為宜。若受噴面有鋼架、網(wǎng)片等支撐物時，噴射角度可適當(dāng)調(diào)整，宜大于70°。

4 從成本和操作方面分析比較干、濕噴混凝土

（1）以蘭渝鐵路某工程局2010年8月份干、濕噴成本比較見表4。

（2）干、濕噴混凝土其他方面對比分析見表5。

表5 干濕混凝土其他方面對比分析

5 結(jié)論

通過近年來隧道工程應(yīng)用實踐表明，濕噴具有以下優(yōu)點(diǎn)：

5.1 環(huán)保健康

粉塵濃度大幅降低，洞內(nèi)空氣質(zhì)量明顯提升，極大地改善了隧洞內(nèi)的施工環(huán)境，保護(hù)了作業(yè)工人的身體健康，具有極好的社會效益。

5.2 高效率

（1）濕噴機(jī)（手）機(jī)械化程度高，節(jié)約勞動力。

（2）噴射速度快，回彈率低，縮短作業(yè)時間，提高了生產(chǎn)效率。

（3）一次噴射厚度大，減少重復(fù)噴射次數(shù)，縮短工序循環(huán)時間。這最大程度地體現(xiàn)了隧道施工的時間價值。

5.3 質(zhì)量可靠、安全性高

噴射混凝土外加劑計量準(zhǔn)確，添加方便，拌合及水化作用充分，噴射密實度大。同時，由于一次噴層厚度比干噴大幅度提高,客觀上容易達(dá)到設(shè)計噴層厚度、強(qiáng)度要求。此外，由于濕噴混凝土早期強(qiáng)度明顯提高,同時噴射速度快，快速封閉圍巖可及早發(fā)生作用，尤其在破碎危險地段，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離噴射，這些都有效地防止了洞頂塌方等安全、質(zhì)量事故的發(fā)生。

表4 干、濕噴成本比較

5.4 經(jīng)濟(jì)效果好

（1）濕噴回彈率低，節(jié)約大量材料，節(jié)省時間。因此，濕噴技術(shù)除上述優(yōu)點(diǎn)外，還會帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）近幾年，伴隨著高鐵的迅猛發(fā)展和科技的進(jìn)步，工程領(lǐng)域在混凝土摻合料方面有了較大的進(jìn)步與變化，各種外加劑的有效摻入和計量的精確，大大改善了混凝土的性能?？傊瑥挠嬃靠刂凭?、操作過程等方面來看，與干噴相比，濕噴更有益于很多成熟技術(shù)的應(yīng)用。

（3）濕噴的經(jīng)濟(jì)效果還體現(xiàn)在高效率、環(huán)保健康、節(jié)約時間等方面。

總之，濕噴工藝是一種科技進(jìn)步的體現(xiàn)，是資源型、環(huán)保健康型的工藝。濕噴的根本意義在于：通過濕噴工藝手段來解決以往傳統(tǒng)的干噴工藝中難以克服的粉塵量大、污染嚴(yán)重、回彈率高、混凝土品質(zhì)難保證等關(guān)鍵技術(shù)問題。混凝土濕噴技術(shù)恰恰可以為解決在隧道施工中混凝土干（潮）噴時的均質(zhì)性差、強(qiáng)度低、回彈率高、粉塵大等問題開辟了一種新的途徑。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類文明程度的提高，本著節(jié)約資源、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的態(tài)度，從質(zhì)量、環(huán)境衛(wèi)生、職業(yè)健康條件的改善，與世界先進(jìn)技術(shù)接軌等方面來分析，濕噴工藝都優(yōu)越于干噴工藝。因此，建議今后的隧道施工中要強(qiáng)制性推廣濕噴工藝，使?jié)駠姽に囎優(yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的習(xí)慣性操作，使這個行業(yè)的參與者都能夠認(rèn)可、接受這種工藝，使這種工藝真正得到推廣和應(yīng)用。