噴射混凝土(濕噴工藝)在山嶺隧道損耗量控制

劉鵬飛

摘要：噴射混凝土超耗會對工程建設(shè)帶來巨大損失，噴射混凝土超耗量對工程效益起著舉足輕重的作用，控制好噴射混凝土超耗量是一項非常艱難的任務(wù)，也是隧道工程質(zhì)量通病治理關(guān)鍵點之一，影響噴射混凝土超耗量的因素有很多，合理控制超耗量是保證工程質(zhì)量的唯一選擇。在萬州北山隧道項目，采用CD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，針對噴射混凝土損耗控制更為重要。建設(shè)初期，經(jīng)過不斷優(yōu)化方案，針對不同原材料進行了上百次室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試噴，發(fā)現(xiàn)影響噴射混凝土超耗量的幾個主要原因，通過對噴射混凝土原材料、配合比、機械設(shè)備、人為因素等進行控制，可以有效地降低噴射混凝土超耗量。

關(guān)鍵詞：噴射混凝土??山嶺隧道??損耗量??控制

中圖分類號：U455??????文獻標(biāo)識碼：A

Control?of?the?Loss?of?Shotcrete?（Wet?Shotcreting?Technology）?in?Mountain?Tunnels

LIU??Pengfei

（The?First?Engineering?Company?of?CCCC?Fourth?Harbor?Engineering?Co.，?Ltd.?Guangzhou，?Guangdong?Province，510310?China）

Abstract：?The?;excessive?loss?of?shotcrete?will?bring?huge?losses?to?engineering?construction，?and?the?excessive?loss?of?shotcrete?plays?a?decisive?role?in?project?benefits.?It?is?a?very?difficult?task?to?control?the?excessive?loss?of?shotcrete，?and?it?is?also?one?of?the?key?points?for?the?treatment?of?common?quality?problems?of?tunnel?engineering.?There?are?many?factors?that?affect?the?excessive?loss?of?shotcrete，?and?reasonable?control?of?the?excessive?loss?is?the?only?option?to?ensure?project?quality.?In?the?Beishan?Tunnel?project?in?Wanzhou，?using?the?CD?method?and?double-side?drift?method?to?dig?is?more?important?to?control?the?loss?of?shotcrete.?At?the?early?stage?of?construction，?through?continuous?optimization?of?the?scheme，?hundreds?of?indoor?tests?and?on-site?shotcreting?tests?were?carried?out?for?different?raw?materials，?and?several?main?reasons?affecting?the?excessive?loss?of?shotcrete?were?found.?The?excessive?loss?of?shotcrete?can?be?effectively?reduced?by?controlling?raw?materials，?mix?ratio，?mechanical?equipment?and?human?factors?of?shotcrete.

Key?Words：?Shotcrete;?Mountain?tunnel;?Loss;?Control

噴射混凝土（濕噴工藝）在市政工程山嶺隧道施工中最常見的施工方法，各類隧道工程建設(shè)中都要對噴射混凝土損耗量采取有效方法進行降低并進行嚴格控制，以確保工程質(zhì)量或因損耗量過大對工程經(jīng)濟效益造成巨大損失。在北山隧道施工過程中采用CD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行開挖，在開挖方法中由于拱頂形成了倒三角形狀，增加了噴射混凝土施工難度及回彈量，從而本工程噴射混凝土損耗控制更為重要。噴射混凝土對于試驗檢測人員都很熟悉，也是隧道施工中每日必備的常規(guī)工作，雖然施工中配合比、原材料均通過檢驗檢測合格后才投入使用。但是，往往在施工中，就是材料的變化，機器設(shè)備的磨損，這些細小的環(huán)節(jié)被忽略。特別是試驗檢測人員在日常工作中，一般不太重視機械設(shè)備的性能，非本專業(yè)的關(guān)系而未引起足夠的注意，因此會造成大量回彈且無法通過調(diào)整原材料及配合比找出真正原因，正因為損耗量控制較為困難，于是綜合分析并對比試驗噴射混凝土損耗量的各個環(huán)節(jié)，追根溯源[1]。

1技術(shù)要求

（1）粗集料應(yīng)采用堅硬耐久的碎石或卵石，粒徑不宜大于12mm。細集料應(yīng)采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數(shù)宜大于2.5，集料級配宜采用連續(xù)級配。

（2）應(yīng)選擇速凝效果好，對噴射混凝土強度和收縮影響小的速凝劑，其初凝時間應(yīng)不大于3min，終凝時間應(yīng)不大于12min，并應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50119）的相關(guān)規(guī)定。

（3）噴射混凝土應(yīng)分段、分片、分層由下而上順序進行，拱部噴射混凝土應(yīng)對稱作業(yè)。

（4）初噴混凝土厚度宜控制在20～50mm，巖面有較大凹洼時，可結(jié)合初噴找平。

（5）根據(jù)噴射混凝土設(shè)計厚度、噴射部位和鋼架、鋼筋網(wǎng)設(shè)置情況，復(fù)噴可采用分次作業(yè)或分層作業(yè)。拱頂每次復(fù)噴厚度不宜大于100mm。邊墻每次復(fù)噴厚度不宜大于150mm。復(fù)噴最小厚度不宜小于50mm。

（6）后一層噴射混凝土應(yīng)在前一層噴射混凝土終凝后進行，若終凝后初噴混凝土表面已蒙上粉塵時，后一層噴射混凝土作業(yè)前，受噴面應(yīng)吹洗干凈。

（7）噴射混凝土作業(yè)時噴嘴宜垂直巖面，噴槍頭到受噴面的距離宜為0.6～1.5m[2]。

2?影響噴射混凝土損耗重要因素

2.1原材料

萬州北山隧道噴射混凝土主要原材料包括：重慶萬州西南水泥有限公司科華牌P?O42.5R、重慶鼎鉆實業(yè)有限公司碎石（5～10mm）、重慶市順志礦業(yè)有限公司機制砂（0～4.75mm）、山西黃河新型化工有限公司無堿速凝劑、中交四航局第七工程有限公司材料分公司高性能減水劑（標(biāo)準(zhǔn)型）、自來水。

針對原材料分別進行了不同廠家比對試驗，經(jīng)過比對數(shù)據(jù)分析，速凝劑與水泥的凝結(jié)時間和機制砂的細度模數(shù)、石粉含量指標(biāo)對噴射混凝土回彈量影響較大[3]。

2.1.1速凝劑

針對規(guī)范要求，本次比對試驗以重慶萬州西南水泥股份有限公司科華牌PO42.5R水泥為基礎(chǔ)，噴射混凝土無堿速凝劑摻量為6%～9%，以不同廠商的試樣進行比較，檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

2.1.2機制砂

針對本工程所在地區(qū)周邊機制砂廠家質(zhì)量摸底，對不同廠家所生產(chǎn)的機制砂進行了石粉含量和篩′試驗，以確定選擇滿足設(shè)計及規(guī)范要求的合格機制砂，檢測數(shù)據(jù)如表2、圖1所示。

2.2配合比（C25噴射混凝土）

針對本工程所使用的C25噴射混凝土配合比進行試配，試配配合比數(shù)據(jù)如表3所示。

2.3施工現(xiàn)場試噴驗證

針對表4完成的C25噴射混凝土配合比試配結(jié)果，對不同石粉含量和細度模數(shù)的機制砂進行現(xiàn)場生產(chǎn)試噴，檢測混凝土實際回彈量數(shù)據(jù)，實測回彈量數(shù)據(jù)如表4所示。

2.4機械設(shè)備（速凝劑摻量）

在北山隧道施工對回彈率查因刨析過程中，濕噴機械手中一個并不重要的易損配件引起了注意，那就是濕噴機械手泵送設(shè)備密封膠墊，這個不會被引起重視的小東西卻有著舉足輕重的作用，它在施工過程中經(jīng)過每分鐘幾十次不停工作，磨損和損壞程度極高，經(jīng)過調(diào)查取證并咨詢生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)，此配件屬于易損件，應(yīng)定期對其進行更換，正常使用周期為90～180?d，如果高負荷工作更換周期為30～60?d，需要操作人員具有一定責(zé)任心，經(jīng)常對損壞程度進行判斷并及時更換，否則帶病工作將對速凝劑實際摻量大打折扣，導(dǎo)致噴射混凝土施工過程中掉塊、黏結(jié)效果差，回彈率高[4]。

經(jīng)過一段時間的探索和數(shù)據(jù)積累，針對濕噴機械手泵送設(shè)備磨損與速凝劑摻量形成相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖2所示。

2.5噴層厚度控制

北山隧道噴射混凝土設(shè)計厚度為24cm，噴射混凝土作業(yè)指導(dǎo)書按初噴、復(fù)噴、二次復(fù)噴分別進行施作[5]。

初噴混凝土厚度控制在50mm以內(nèi)，巖面有較大凹洼時，結(jié)合初噴找平。

拱頂復(fù)噴厚度控制在100mm以內(nèi)。每次邊墻復(fù)噴厚度控制在150mm以內(nèi)。最小厚度每次復(fù)噴不小于50mm。

后一層噴射混凝土應(yīng)在前一層噴射混凝土終凝后進行，若終凝后初噴射混凝土表面己黏結(jié)粉塵時，后一層噴射混凝土作業(yè)前，則應(yīng)將受噴面吹洗干凈，然后進行噴射混凝土操作。

未摻入速凝劑的混合料存放時間不大于2h。

噴射混凝土施工時，噴嘴與巖面垂直，噴槍頭要控制在0.6～1.5m之間。噴射機根據(jù)混凝土坍落度、噴射距離、噴射部位等因素確定工作壓力，可先在0.2～0.7MPa之間選擇與調(diào)節(jié)[6-9]。

3?結(jié)語

通過表1速凝劑凝結(jié)時間試驗對比可以看出，多家無堿速凝劑生產(chǎn)企業(yè)符合GB/T35159-2017《噴射混凝土用速凝劑》規(guī)范要求。但各廠家生產(chǎn)的無堿速凝劑并不一定會與工程所在地水泥相適應(yīng)，開工前一定要針對所在地水泥品牌進行摸查，并通過速凝劑與水泥適應(yīng)性試驗進行比對，確保符合規(guī)范要求后擇優(yōu)推薦。

通過表5細集料試驗，碎石機制砂在濕噴混凝土中使用，細度模數(shù)宜控制在2.7～3.0之間為最佳狀態(tài)；石粉含量最好控制在6%～9%為最佳狀態(tài)。

通過對山嶺隧道濕噴混凝土原材料優(yōu)化并采取有效措施進行控制后，針對山嶺隧道濕噴混凝土回彈量有明顯提升，在這些情況下，邊墻回程彈率可以控制在5%～10%之間，臺階法的拱頂回彈率可以控制在8%～12%之間，CD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法拱頂回彈率可控制在10%～15%之間，總體回彈率可控制在10%以下，對工程建設(shè)資源浪費和經(jīng)濟效益起到非常大的幫助。

濕噴操作手需每月進行檢查、保養(yǎng)、維護，清理清洗并檢查各密封件是否損壞，特別是速凝劑泵密封效果影響非常明顯，如有磨損及時更換，杜絕帶病作業(yè)，怕麻煩、省小錢的心態(tài)不可取，無論從工程質(zhì)量、進度、經(jīng)濟效益等方面都會產(chǎn)生較大的損失。

參考文獻

[1]謝富強.降低噴射混凝土回彈率的初步探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（22）：226，230.

[2]交通運輸部.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T?3660-2020[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.

[3]張毅，許清海.隧道混凝土超耗分析及解決方案[J].建材與裝飾，2019（31）：281-282.

[4]任文光，周鵬.隧道初支噴砼超耗原因分析及降耗措施[J].江西建材，2017（13）：171-172.

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[8]鄭小魁.?基于離散元法濕噴混凝土回彈率研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2021.

[9]張戈.?噴射混凝土高性能化機制與組成設(shè)計方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2021.