隧道涌水段喷射混凝土平整度的施工控制技术

作者：凌振国

来源：《中国高新科技·上半月》2020年第04期

摘要：混凝土喷射是隧道施工的重要环节，若缺乏合适的技术措施将出现质量不良问题。文章引入工程实例，根据涌水段混凝土平整度要求提出相適应的施工控制技术，取得了良好的施工效果，可为相关工程提供参考。

关键词：隧道工程;涌水段施工;混凝土平整度 1.工程概况

某高速公路隧道为左右分离式结构，双向四车道，起讫桩号K6+008～K8+562.63，隧道总长度2554.63m。地质状况方面以中风化、强风化岩居多，围岩自稳能力欠佳，伴随有不同程度掉块或坍塌现象，施工区域富水性强，受开挖作业影响易引发涌水。根据地质勘察资料，K6+008～K6+250、K6+880～K7+150、K8+235～K8+562.63段围岩设计为V级。 2.隧道涌水段喷射混凝土施工状况

隧道工程中喷射混凝土难度较大，此环节易出现表面平整度不达标的情况，随之产生缺陷，如局部鼓包、锚杆头外露等。根据现场施工情况，K6+880～K7+150段出现大规模涌水问题，破坏了喷射混凝土作业条件，由于涌水量偏大且覆盖范围较广，因此要从工艺角度入手，采取合适的控制技术以确保喷射混凝土的平整度。结束喷射作业后安排人员检查，得知正常段施工状况良好且平整度达到设计要求，而大范围涌水段施工效果一般，存在平整度不良的问题。经检测得知K7+880掌子面处发生的涌水现象最为明显，涌出量高达108m3/h，该段喷射混凝土耗时也延长1倍，而与设计要求相比可知平整度偏差达到10cm，不利于防水板与二衬的连接，存在较明显空洞。

3.提高隧道涌水段喷射混凝土平整度的措施 3.1准备工作

爆破是隧道工程的基础环节，良好的爆破效果可为后续施工创造良好条件，当断面足够圆滑时有助于提升喷射混凝土的平整度。从实际工程状况来看，断面坑洼不平的问题尤为突出，施工人员一味追求速度爆破孔的设置会偏离实际情况，未严格按照钻爆设计而完成，如出现周边眼间距偏大、炸药用量超出合理范围等情况。为确保开挖效果较可行的是光面爆破方式，要

求净尺长度足够合理。根据现场围岩情况，若为Ⅱ级围岩要求进尺控制在2～3m，若遇到地质条件更差的区域如V级围岩，考虑到安全性要求进尺应缩减至1～2m。从围岩实际情况出发选择合适的钻爆设计方案，确定周边眼的具体位置及规格，绘制装药表，并安排专员监督各项操作，结合实际情况灵活调整钻眼角度。选择合适的装药结构以免出现超欠挖现象。 （1）原材料是决定混凝土性能的重要因素，因此要挑选符合要求的原材料，进场时加强质量检验，缩小碎石级配差以免对混凝土平整度造成影响。通过对原材料的质量控制措施来缩减平整度偏差。

①水泥：优先选择普通硅酸盐水泥。②集料：主要分为2部分，一是粗集料，较合适的有碎石或砾石，要求其具备坚硬耐久的特点且粒径≤16mm以及满足连续级配要求;二是细集料，较为合适的是中砂或初砂，要求其具备坚硬耐久的特点且细度模数≥2.5。③外加剂：基本原则是不降低混凝土强度且不存在任何腐蚀性。关于外加剂的选择和用量可通过性能试验的方式确定。④速凝剂：综合考虑水泥种类、水灰比等相关参数，以试验的方式确定最合适的掺量，要求初凝时间≤5min，终凝时间≤10min。⑤外掺料：基于试验的方式明确合适的用量，且在使用外掺料后混凝土的整体性能要维持相对稳定的状态。⑥水：基本要求是水中不可掺杂有害物质。

（2）灵活调整钢筋网网孔尺寸，若出现尺寸偏大的情况将大幅降低混凝土的使用效果，其支撑能力不足;若喷射厚度超出设计值易出现坍落现象，也会对平整度造成影响。 （3）喷射设备可提升施工效率，施工前检验设备工作状况，当使用频率过高时设备易出现工作能力不足的问题。混凝土回弹量偏大的主要成因在于喷枪压力不足，产生大范围孔洞，因此对喷枪压力的调整也尤为关键。

（4）混凝土性能是影响最终施工质量的关键，若缺乏严格的控制措施会导致回弹量偏大等，在浪费材料的同时降低工程品质。混凝土控制工作可从如下几点切入：

①优化配合比。伴随现场温度、设备性能等方面的变化，对应配合比也需及时调整，以不影响强度为基本前提，通过合适的配比起到加快施工效率、节省材料的效果，此项工作需要持续性的经验积累。

②注重原材料选择。各类参与拌制的物料要满足性能要求，尤为关键的是砂石料需满足含泥量

③综合控制。采取先干拌后加水湿拌的方式，持续搅拌时间至少要达到3min。制得的混凝土利用砼运输车转移到施工现场，遵循随用随拌原则，避免混凝土离析、初凝等质量问题。坍落度在8～13cm内，超出此范围将对混凝土性能造成影响。而基于长期观察得知坍落度最为合适的区间为10～11cm，此条件下的回弹问题得到有效解决。

3.2施工过程控制工作

（1）形成喷射断面后于该处设置混凝土厚度标识。利用厚度标志钢筋头可为施工作业提供参考，需设置在围岩横断面上。喷射施工时以标志线为准，严格控制各层厚度，结束喷射作业后检验喷层表面，不可出现低于最外层标志线的情况。通过喷层厚度标志可为工程人员提供指导及确保施工效果。

（2）确定施工工艺参数：整个喷料作业要遵循均匀性原则，风压维持恒定状态。加强对空压机的检查与维护以提升设备的工作稳定性，使得风量与风压相对恒定。根据施工要求当风压提升至0.5MPa后方可施工，并以喷嘴出料情况为准灵活调整风压，拱部风压稳定在0.4～0.6MPa。以料斗容量为准且实际存储料量至少达到该值的3/4，使得湿喷机可持续运行，各阶段喷料均匀。调整喷嘴位置，与受喷面间距要足够合理，本工程为1.0～1.5m，喷射角度约为90°，有效控制回弹的同时提升压实度。

（3）选择具备较高资质的喷射手，通过提升人员操作水平的方式确保喷射质量。喷射施工中应做到如下几点：采取分段、分片的方式，流程为先墙后拱、由下至上，若出现岩面平整度欠佳的情况首先对凹处找平，随后均匀喷射混凝土。整个喷射作业形成的线路为小螺旋形，绕圈直径约30cm。喷射呈“S”型运动轨迹，单次S型运动长度约3～4m。当进入到纵向第2行喷射环节时，两行搭接部分需达到2～3cm，要求料斗旋转速度维持相对稳定的状态，不可出现过快或过慢的现象。喷射作业要具有连续性，部分情况下受喷面被钢架覆盖，为有效喷射各个区域可适当偏斜喷嘴，但角度应≥70°。结束所有喷射作业且混凝土达到初凝状态后安排员工修整平面，将凸出的混凝土清理干净，使其具备平整、美观的效果。

（4）由于隧道施工发生于密闭空间内，因此洞内的通风与照明条件要足够良好，确定照明设备位置，其与封嘴要保持安全距离。 3.3钢筋网与受喷面不密贴的解决措施

涌水段围岩稳定性欠佳，开挖作业时常出现小范围冲刷沟槽的情况，钢筋网与受喷面形成空隙，难以达到紧密贴合的状态，经喷射混凝土后表面平整度欠佳。考虑到此问题，首先初喷一层混凝土，主要目的在于找平围岩面，随后挂设钢筋网。部分区域超挖严重，可行方式是先挂网初喷，使得开挖面具有较好的平整度并缩小钢筋网与受喷面间距。具体而言，开挖作业时测设中线并全面检查上一次开挖质量状况，尽可能避免超挖问题;经开挖作业后围岩上易残留松碴，此部分得到清理后再喷射混凝土，形成厚约5cm的结构层，实现对围岩面的找平。若部分地段出现极为严重的超挖现象，该处可设置钢筋网，通过混凝土初喷的方式找平，确保不平整偏差控制在10cm内，满足此要求后再全面铺设钢筋网。 3.4涌水量大的解决措施

涌水段的特点在于涌水量大、覆盖范围广，尽管完成喷射作业但混凝土尚未达到凝固状态，便出现了被冲刷的现象，此环境下明显加大施工难度，受涌水的影响平整度欠佳。对此施工中需将水引出，减少涌水量后再挂网喷射，因开挖作业将产生涌水集中区域，该处可通过硬塑管导水;钢筋网背后的排水也尤为关键，于该处设置软式透水管可达到集中排水的效果，控制涌水的影响范围。具体流程为：涌水处设置DN50硬塑管并将其与钢筋网稳定连接，达到集中引出的效果，首先完成四周的喷射施工，当其初凝后再快速完成管道处的喷射作业，随后将管口混凝土清理干净，涌水即可从管道内顺利流出;软式透水管安装在钢筋网背部，采取由拱部向边墙逐步喷射的方式，边墙处预留管口。采取上述方法可有效引出涌水，为喷射混凝土作业创造良好条件。 3.5养护

检验混凝土，当其终凝且经过2h后即可安排人员洒水养护，每日操作3～4次，要求混凝土在各时段都保持湿润状态，持续养护时间需超过14d。以現场温度为准，若在5℃以内时不可洒水。 4.结语

喷射混凝土是决定隧道施工质量的关键环节，但平整度控制难度较大且易受到涌水的影响。因此，施工单位要根据实际情况采取合适的平整度控制技术，以合理的方式控制各类因素的影响，并不断探索全新的平整度控制方法，提升涌水段喷射混凝土的施工质量。 （作者单位：中交第四公路工程局有限公司）