隧道濕噴混凝土回彈率控制技術(shù)

康 建 榮， 羅 鵬， 呂 彩 云， 潘 新 元

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

江習(xí)高速是重慶市“三環(huán)十二射七聯(lián)線”的重要省際通道，也是重慶第四輪新千公里高速公路建設(shè)的首個(gè)項(xiàng)目，其建成將打通重慶西南出境通道，不僅可以促進(jìn)重慶的發(fā)展，還能增強(qiáng)其輻射力和帶動(dòng)力，對(duì)經(jīng)濟(jì)的雙向發(fā)展尤為重要。作為江習(xí)高速兩個(gè)控制性工程之一的四面山特長(zhǎng)隧道的貫通對(duì)全線通車具有舉足輕重的意義。

四面山特長(zhǎng)隧道為雙線分離式，是江習(xí)高速公路建設(shè)全線中最長(zhǎng)的一條隧道，其中左線長(zhǎng)4 880 m，右線長(zhǎng)4 875.35 m，設(shè)計(jì)平均開挖斷面尺寸為11.89 m×9.94 m，進(jìn)、出口洞門分別為削竹式和端墻式，隧道穿越地層為砂巖、泥巖護(hù)層，圍巖主要類別為Ⅳ、Ⅴ級(jí)，開挖方式為臺(tái)階法、環(huán)形開挖留核心土法與CD法。采用新奧法 “少擾動(dòng)、快加固、勤量測(cè)、早封閉”的原則，快速地將圍巖與支護(hù)形成一個(gè)受力體系共同支護(hù)圍巖[1]，可以有效地加快開挖與支護(hù)的循環(huán)進(jìn)度。在施工過程中，錨噴支護(hù)作為穩(wěn)定和封閉圍巖[2]最關(guān)鍵的一環(huán)，由于濕噴混凝土回彈率大而造成濕噴混凝土的大量浪費(fèi)，延長(zhǎng)了支護(hù)作業(yè)需要的時(shí)間，不利于對(duì)工程成本與進(jìn)度的控制。對(duì)此，項(xiàng)目部結(jié)合工程實(shí)際對(duì)如何降低濕噴混凝土回彈率進(jìn)行了研究。

2 濕噴混凝土回彈率分析

項(xiàng)目部對(duì)四面山隧道已施工完成洞段的16個(gè)循環(huán)濕噴混凝土回彈率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，四面山隧道濕噴混凝土回彈率統(tǒng)計(jì)見表1。

由表1可知：濕噴混凝土平均回彈率達(dá)35.82%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值允許的20%。對(duì)此，項(xiàng)目部針對(duì)濕噴混凝土回彈率過大的問題在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)查，分別觀察到濕噴混凝土回彈率主要是由頂拱回彈、邊墻回彈、流態(tài)滑落、其他原因造成的，針對(duì)上述問題統(tǒng)計(jì)編制的四面山隧道濕噴混凝土回彈率問題調(diào)查統(tǒng)計(jì)表見表2。

表1 四面山隧道濕噴混凝土回彈率統(tǒng)計(jì)表

表2 四面山隧道濕噴混凝土回彈率問題調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

由表2可以看出：頂拱回彈量大的問題占全部問題的72.7%，是四面山隧道濕噴混凝土回彈率高的主要問題。項(xiàng)目部對(duì)頂拱回彈量大的問題繼續(xù)進(jìn)行調(diào)查分析，共檢查了21個(gè)循環(huán)，制定了四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)表(表3)。為提高噴射混凝土回彈主次問題辨識(shí)度，根據(jù)表3繪制了排列圖，四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大現(xiàn)狀調(diào)查排列圖見圖1。

從表3和圖1可以看出，影響四面山隧道頂拱回彈率高的問題是：附著性差回彈與噴射過厚回彈占全部問題的73.6%。根據(jù)目前現(xiàn)有的資源和能力，若能將這兩個(gè)問題解決85%以上，則四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈率可降低至19.5%，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求(19.5%<20%)，方能達(dá)到本次研究的目的。

表3 四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

圖1 四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大現(xiàn)狀調(diào)查排列圖

3 濕噴混凝土回彈率高的原因分析

通過前期對(duì)濕噴混凝土回彈率高的問題進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合附著性差回彈與噴射過厚回彈兩個(gè)問題，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)方面[3]調(diào)整了濕噴混凝土前后回彈率檢測(cè)頻次，將洞內(nèi)質(zhì)量管控及三檢制度落實(shí)到位。噴射混凝土施工前，均對(duì)噴漿班組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底，對(duì)型號(hào)為PX28A的濕噴機(jī)定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)以保證其現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，洞內(nèi)溫度平均為17 ℃，從驗(yàn)證效果看，上述因素不是造成回彈率高的主要原因，只在濕噴配合比、爆破方案調(diào)整過程中出現(xiàn)了較大波動(dòng)。濕噴混凝土配合比調(diào)查分析表見表4、爆破方案調(diào)整前后調(diào)查分析表見表5。

表4 濕噴混凝土配合比調(diào)查分析表

表5 爆破方案調(diào)整前后調(diào)查分析表

由表4得知：在不同摻量速凝劑的情況下，附著性差的回彈出現(xiàn)頻率最大為91.7%、最小為41.7%，具有明顯的差距。隨著摻量增加，附著性差回彈出現(xiàn)的頻率呈現(xiàn)出不規(guī)則變化，且其均在41%以上；而初凝時(shí)間的降低明顯降低了附著性差回彈出現(xiàn)的頻率，說明濕噴混凝土配合比的初凝時(shí)間對(duì)附著性差的回彈影響很大。

根據(jù)表5所示的試驗(yàn)驗(yàn)證情況，經(jīng)過爆破方案調(diào)整，半孔率達(dá)64.9%時(shí)的噴射過厚回彈出現(xiàn)的頻率由85.7%變?yōu)?6.4%，說明隨著大小風(fēng)化帶及斷層交錯(cuò)分布的變化爆破方案未進(jìn)行實(shí)際調(diào)整對(duì)混凝土噴射過厚的回彈影響很大，半孔率的提升對(duì)噴射混凝土過厚的回彈具有良好的改善。

4 針對(duì)濕噴混凝土回彈率高采取的控制措施

4.1 濕噴混凝土配合比調(diào)整

(1)室內(nèi)調(diào)整。在室內(nèi)，通過控制變量法不斷調(diào)整各種材料的摻量，經(jīng)過多次試拌、反復(fù)調(diào)整，逐步確定在濕噴混凝土中添加一定量的減水劑能有效改善濕噴混凝土和易性[4]，減少坍落度損失，有助于降低凝結(jié)時(shí)間。最終確定的減水劑摻量為0.6%，速凝劑摻量為6%。

(2)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。采用根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定的濕噴混凝土配比拌制的濕噴混凝土進(jìn)行施工，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤檢查了12個(gè)循環(huán)，濕噴混凝土和易性良好，未發(fā)生堵管現(xiàn)象，平均坍落度損失為21 mm，濕噴混凝土平均初凝時(shí)間為77 s，調(diào)整后的濕噴混凝土情況統(tǒng)計(jì)表見表6。

表6 調(diào)整后的濕噴混凝土情況統(tǒng)計(jì)表

調(diào)整后的濕噴混凝土和易性明顯改善，初凝時(shí)間達(dá)到優(yōu)良水平，可以保證濕噴混凝土快速施工，對(duì)洞身初期支護(hù)安全、質(zhì)量及進(jìn)度起到了較大的促進(jìn)作用。

4.2 爆破方案的調(diào)整

(1)根據(jù)圍巖爆破循環(huán)進(jìn)行了工藝性試驗(yàn)調(diào)整以確定施工參數(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際踏勘，根據(jù)圍巖分布及斷層走向，將周邊孔孔距由0.6 m調(diào)整至0.5 m。根據(jù)圍巖的軟硬程度將線裝藥密度控制在100～150 g/m，嚴(yán)格控制周邊孔分段裝藥[5]。與此同時(shí)，制定了“三證五表”(鉆孔許可證、裝藥聯(lián)網(wǎng)許可證、爆破許可證、測(cè)量放樣成果表、鉆爆布孔分區(qū)責(zé)任表、鉆孔工序質(zhì)量驗(yàn)收表、裝藥聯(lián)網(wǎng)檢查驗(yàn)收表、爆破設(shè)計(jì)表)并逐一循環(huán)執(zhí)行，嚴(yán)格控制爆破開挖過程。爆破設(shè)計(jì)示意圖見圖2。

圖2 爆破設(shè)計(jì)示意圖

(2)跟蹤施工參數(shù)的實(shí)施效果及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。根據(jù)工藝性試驗(yàn)取得的結(jié)果對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)與改進(jìn)。調(diào)整爆破參數(shù)后累計(jì)跟蹤檢查了13個(gè)循環(huán)，開挖后的平均平整度偏差達(dá)到8.2 cm、周邊孔半孔率平均達(dá)到70.7%，爆破參數(shù)調(diào)整后的爆破情況統(tǒng)計(jì)表見表7，現(xiàn)場(chǎng)爆破效果見圖3。

表7 爆破參數(shù)調(diào)整后的爆破情況統(tǒng)計(jì)表

圖3 現(xiàn)場(chǎng)爆破效果圖

5 工程應(yīng)用情況及取得的效果

將調(diào)整后的濕噴混凝土配合比應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)爆破參數(shù)隨著圍巖類別、分層及走向進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整，對(duì)調(diào)整后的后續(xù)17個(gè)濕噴混凝土循環(huán)過程中頂拱回彈量大的質(zhì)量問題現(xiàn)狀、濕噴混凝土回彈率分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，調(diào)整后的四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大的現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況見表8，調(diào)整后的四面山隧道濕噴混凝土回彈率統(tǒng)計(jì)情況見表9。為明確頂拱回彈量主次問題辨識(shí)度，根據(jù)表8繪制出相關(guān)排列圖，調(diào)整后的四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大的現(xiàn)狀調(diào)查排列情況見圖4。

表8 調(diào)整后的四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大的現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

圖4 調(diào)整后的四面山隧道濕噴混凝土頂拱回彈量大的現(xiàn)狀調(diào)查排列圖

表9 調(diào)整后的四面山隧道濕噴混凝土回彈率統(tǒng)計(jì)表

由表8及圖4可以看出：頂拱回彈量大的主要原因——附著性差回彈、噴射過厚回彈經(jīng)采取以上控制措施后已由關(guān)鍵的少數(shù)變?yōu)榇我亩鄶?shù)，其現(xiàn)狀得到了良好的改善。由調(diào)整后的四面山隧道濕噴混凝土回彈率統(tǒng)計(jì)表(表9)可知：濕噴混凝土回彈率已達(dá)16.44%，小于設(shè)計(jì)值20%。

6 結(jié) 語

以江習(xí)高速四面山特長(zhǎng)隧道大斷面濕噴混凝土回彈率大的問題為例，嚴(yán)格遵循PDCA程序，以解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題為導(dǎo)向，客觀事實(shí)為依據(jù)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和施工情況，通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證了使用效果，解決了濕噴混凝土回彈率大的問題，降低了濕噴混凝土回彈帶來的成本支出，保證了四面山隧道的如期貫通，獲得了良好的社會(huì)效益，形成了關(guān)于大斷面濕噴混凝土支護(hù)施工質(zhì)量控制的流程，所取得的經(jīng)驗(yàn)可為后期類似工程遇到同類問題提供參考。