熊小鋒

摘要：目前隧道施工隨著施工技術(shù)、設(shè)備機(jī)具及施工理念的發(fā)展和改進(jìn)，隧道初支濕噴混凝土施工工藝具有綜合成本低、社會(huì)效益好、環(huán)境污染小的特點(diǎn)，契合以人為本、構(gòu)建和諧社會(huì)的現(xiàn)代發(fā)展理念，極大的改善了隧道施工環(huán)境， 得到了越來越多的推廣和應(yīng)用，甚至成為隧道初支混凝土施工的規(guī)范性選擇，但由于濕噴混凝土不可避免的會(huì)產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，造成濕噴混凝土浪費(fèi)，施工成本增加，因此控制隧道初支濕噴混凝土回彈率就成為了隧道施工成本控制的首要工作，本文就隧道初支濕噴混凝土回彈產(chǎn)生的過程和原因進(jìn)行了分析和研究，確定了控制回彈率的幾個(gè)主要因素，為以后隧道初支濕噴混凝土施工回彈率控制提供參考和借鑒。

Abstract： At present， with the development and improvement of construction technology， equipment and tools， and construction concepts for tunnel construction， the wet sprayed concrete construction technology for the initial support of tunnels has the characteristics of low comprehensive cost， good social benefits， and small environmental pollution， which is suitable for ?the modern development concept of people-oriented and building a harmonious society， has greatly improved the tunnel construction environment， and has been more and more popularized and applied. It has even become the normative choice for the initial construction of tunnel concrete. However， due to the inevitable rebound phenomenon of wet sprayed concrete， wet sprayed concrete is wasted and the construction cost increases. Therefore， controlling the rebound rate of the wet shotcrete in the initial support of the tunnel has become the primary work of controlling the construction cost of the tunnel. This paper analyzes and studies the process and cause of springback of the tunnel's initial support wet shotcrete， and determines several main factors to control the rebound rate to provide reference for the rebound rate control of the initial support wet sprayed concrete construction of the tunnel.

關(guān)鍵詞：隧道;初支;濕噴;回彈率

Key words： tunnel;initial support;wet spray;rebound rate

中圖分類號(hào)：U454 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）01-0148-03

0 ?引言

隨著隧道施工“新奧法”革命性的出現(xiàn)，根據(jù)其以錨桿、噴射混凝土為主要支護(hù)方法，通過監(jiān)測(cè)控制圍巖的變形，動(dòng)態(tài)修正設(shè)計(jì)參數(shù)和變動(dòng)施工方法的施工理念，初支混凝土作為永久襯砌的一部分，越來越被重視和研究。

目前混凝土噴射技術(shù)主要有干噴和濕噴兩種。干噴過程中水灰比控制不嚴(yán)格，混凝土回彈率高，粉塵飛揚(yáng)、施工環(huán)境惡化，嚴(yán)重影響施工人員身體健康，干噴施工工藝近年來被逐漸淘汰。改進(jìn)的濕噴施工工藝成為必然趨勢(shì)，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。濕噴工藝控制水灰比比較嚴(yán)格，粉塵污染程度低、回彈率低，有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但仍然有一定程度的回彈導(dǎo)致了混凝土材料的浪費(fèi)。因此，需要采用技術(shù)方法來降低濕噴回彈率，是隧道施工成本管控的極其重要的方面。

1 ?回彈機(jī)理分析

根據(jù)動(dòng)量守恒原理，噴射混凝土回彈問題實(shí)質(zhì)上是混凝土顆粒與噴射面的碰撞問題，假設(shè)混凝土顆粒被噴射撞擊一個(gè)完全剛性噴射面后，且不考慮重力的影響，則沒有動(dòng)量損失，混凝土顆粒將被噴射面全部彈回，分析有下式：

由此，要想控制回彈率，就必須減少回彈質(zhì)量，而增加在噴射面上的混凝土動(dòng)量損失是控制噴射混凝土的有效手段，而控制增加在噴射面上的混凝土動(dòng)量損失的措施為控制噴射混凝土性能、速凝劑摻量、噴射層厚、風(fēng)壓、濕噴角度、濕噴距離及施工人員的施工熟練程度等，進(jìn)行控制隧道初支濕噴混凝土回彈率。

2 ?隧道濕噴工藝性試驗(yàn)

工藝性試驗(yàn)方案：

本文以改建鐵路成都至昆明線峨眉至米易段擴(kuò)能工程老鼻山隧道施工為依托，根據(jù)《隧道濕噴混凝土工藝性試驗(yàn)施工方案》[1]及隧道濕噴混凝土工藝性試驗(yàn)總體部署和要求，確定老鼻山隧道3號(hào)橫洞作為試驗(yàn)段，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過程和相關(guān)理論為依據(jù)，根據(jù)《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》[2]，基礎(chǔ)試驗(yàn)參數(shù)選定噴射距離0.6～1.8m，隧道拱部和邊墻分開進(jìn)行進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中逐步調(diào)試噴射距離;噴射角度確定為90°。

初支噴射混凝土采用濕噴工藝，現(xiàn)場(chǎng)濕噴混凝土設(shè)備采用大型機(jī)械手濕噴機(jī)進(jìn)行施工。

試驗(yàn)分次進(jìn)行，試驗(yàn)采用單一影響因素方式進(jìn)行，在測(cè)試某一參數(shù)時(shí)，其他因素均采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定，通過收集回收回彈混凝土比重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 ?濕噴回彈率影響因素分析

經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過回收和對(duì)試驗(yàn)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，形成統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：

綜合分析，可以得出以下幾個(gè)方面的結(jié)論。

3.1 濕噴混凝土性能

在試驗(yàn)過程中，混凝土性能主要考慮坍落度、水灰比及粗細(xì)骨料配比因素的影響，對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，噴射混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)的坍落度宜控制在100mm左右;水灰比宜控制在0.45左右，宜小不宜大;粗細(xì)骨料比宜控制在45%。

另外由于現(xiàn)場(chǎng)施工存在不確定因素較多，單就濕噴工藝而言，因其使用專用設(shè)備和工藝，對(duì)噴射混凝土的性能提出了較高的要求，尤其是到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的坍落度的控制，過大噴射后掉塊嚴(yán)重，且回彈高，過小不易噴射甚至設(shè)備堵管;其次是水灰比，主要是水泥用量，通過數(shù)據(jù)分析，水泥用量達(dá)到要求后再增加對(duì)噴射混凝土性能改變不大，綜合考慮成本因素，在滿足要求的情況下的水泥用量即可;再次是粗細(xì)骨料配比，設(shè)計(jì)配比一般是50%，但實(shí)際施工過程中，細(xì)骨料宜稍多5%控制，有利于噴射和增強(qiáng)混凝土的粘結(jié)力;最后骨料的質(zhì)量也是較為重要的，主要是級(jí)配和骨料形狀，級(jí)配不好或針片狀骨料太多都會(huì)影響混凝土性能和噴射效果。

3.2 速凝劑摻量

速凝劑摻量是控制濕噴混凝土效果的又一重要因素，主要起到噴射后快速凝固減少回彈率的作用，經(jīng)過試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，速凝劑摻量宜控制在6%左右，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

同時(shí)，速凝劑的性能尤為重要，速凝劑越靈敏，摻量越小，速凝劑效果越差，摻量越大，成本越高。

3.3 一次噴射厚度

濕噴混凝土施工按《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》要求，須分層、分區(qū)域分別進(jìn)行噴射施工，且要有一定的時(shí)間間隔，此事件間隔根據(jù)試驗(yàn)室確定的濕噴混凝土初凝時(shí)間和終凝時(shí)間綜合考慮確定，間隔時(shí)間太長(zhǎng)影響施工效率，太短又無法保證濕噴混凝土的穩(wěn)定性導(dǎo)致材料浪費(fèi)和功效降低。單次、單區(qū)域濕噴混凝土的厚度以受噴面噴混凝土不掉落為判斷依據(jù)。邊墻部分單次、單區(qū)域噴射混凝土厚度控制在7～9cm，單次、單區(qū)域拱部控制在6～7cm，并保證噴射混凝土表面平整和厚度均勻。

3.4 噴射風(fēng)壓

隧道初支濕噴混凝土工藝是利用空氣壓縮機(jī)提供的風(fēng)壓充當(dāng)混凝土噴出動(dòng)力，噴射風(fēng)壓要匹配噴射速度，以利于控制噴射混凝土的密實(shí)度。風(fēng)壓過大導(dǎo)致噴射速度過快，噴射混凝土回彈率增加;風(fēng)壓過小導(dǎo)致噴射速度過慢，造成噴混凝土密實(shí)度差而影響混凝土強(qiáng)度。施工時(shí)注意開始風(fēng)壓達(dá)到0.5MPa后，才能開始噴射混凝土施工，并據(jù)隧道初支受噴面的回彈情況適時(shí)調(diào)整風(fēng)壓。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)結(jié)果，邊墻風(fēng)壓控制在0.35～0.55MPa，拱部風(fēng)壓控制在0.45～0.7MPa。

3.5 噴嘴與受噴面的角度和距離

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝性試驗(yàn)過程及反映的實(shí)際效果情況來看，噴嘴與受噴面的角度盡可能的控制在90°效果最佳，實(shí)際在拱部施工過程中，由于拱部空間及現(xiàn)場(chǎng)其他因素的影響，導(dǎo)致濕噴角度難以達(dá)到垂直噴射，導(dǎo)致濕噴混凝土回彈量增加。因此，實(shí)際施工時(shí)應(yīng)盡量保證垂直噴射。噴射距離方面，噴嘴與受噴面的距離控制在1.0m，距離太大導(dǎo)致噴射出的混凝土到達(dá)受噴面速度太小而影響密實(shí)度，距離太小導(dǎo)致噴射出的混凝土到達(dá)受噴面的速度太大而增加回彈量，造成成本浪費(fèi)。

3.6 施工人員的熟練程度

施工人員的熟練程度能很大程度上決定了濕噴混凝土的回彈率的大小和外觀質(zhì)量的好壞。隧道初支噴射混凝土施工時(shí)，應(yīng)按照分段、分部、分層逐步進(jìn)行施工，噴射時(shí)先將低洼處大致噴平后自下而上順序分層、往復(fù)噴射，分段長(zhǎng)度不宜大于3m。

4 ?濕噴回彈率控制要點(diǎn)

通過老鼻山隧道3號(hào)橫洞多次試驗(yàn)、實(shí)踐和分析總結(jié)，在施工過程中除了上述影響因素外，現(xiàn)場(chǎng)不同階段的其他不確定的影響因素依然很多，均不同程度的影響濕噴混凝土的回彈率和施工質(zhì)量。

4.1 施工準(zhǔn)備階段

噴射混凝土前，對(duì)受噴巖面進(jìn)行不利因素處理完成后再噴射混凝土，噴射混凝土施工過程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，并做好以下幾個(gè)方面的準(zhǔn)備工作：

①清理受噴面的巖渣、石屑及其他異物，保證噴射混凝土與背后圍巖粘結(jié)牢固，讓噴射混凝土形成的初支與圍巖共同受力。

②施工前對(duì)機(jī)具設(shè)備和風(fēng)、水、電等管線路進(jìn)行完好性檢查，并進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證施工時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

③按照劃定的區(qū)域分拱部和邊墻部分，采用標(biāo)有刻度的鋼筋頭作為噴層厚度的參照標(biāo)志，邊墻部分單次、單區(qū)域噴射混凝土厚度控制在7～9cm，單次、單區(qū)域拱部控制在6～7cm，標(biāo)志間距為環(huán)縱向1×1m設(shè)置。

④如掌子面圍巖有涌水、滲水或潮濕情況時(shí)，施工前應(yīng)按不同方法先處理后施工：

1）掌子面或者受噴面有股水時(shí)按照先睹后排、排堵結(jié)合的方式將股水引流，集中抽排，不得影響現(xiàn)場(chǎng)施工安全和噴射混凝土施工質(zhì)量。

2）掌子面或者受噴面大面積潮濕時(shí)，采用混凝土粘結(jié)性強(qiáng)的配合比配制噴射混凝土，增強(qiáng)混凝土與受噴巖面的粘結(jié)性;另外也可在混凝土中摻入高效減水劑或提高減水劑摻量，以求混凝土噴出后能快速凝結(jié)。

4.2 攪拌運(yùn)輸階段

對(duì)混凝土進(jìn)場(chǎng)原材料進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，確保原材料滿足質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)原材料的實(shí)際含水量及各項(xiàng)質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，拌制濕噴混凝土?xí)r嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)、施工配合比進(jìn)行拌合，確保噴射混凝土的使用及質(zhì)量性能?；炷列阅苤饕紤]坍落度、水灰比及粗細(xì)骨料配比因素的影響，對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，噴射混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)的坍落度宜控制在100mm左右;水灰比宜控制在0.45左右，宜小不宜大;粗細(xì)骨料比宜控制在45%。

混凝土運(yùn)輸時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工組織和工序交接，確?；炷吝B續(xù)供應(yīng)，盡量避免因組織失誤或銜接不暢導(dǎo)致斷料的情況，造成混凝土浪費(fèi)或濕噴機(jī)械堵管。

4.3 施工階段

噴射混凝土施工時(shí)，應(yīng)按照分段、分部、分層逐步進(jìn)行施工，噴射時(shí)先將低洼處大致噴平后自下而上順序分層、往復(fù)噴射，分段長(zhǎng)度不宜大于3m;速凝劑摻量宜控制在6%左右，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整;邊墻風(fēng)壓控制在0.35～0.55MPa，拱部風(fēng)壓控制在0.45～0.7MPa;噴嘴與受噴面的角度盡可能的控制在90°;噴嘴與受噴面的距離控制在1.0m;邊墻部分單次、單區(qū)域噴射混凝土厚度控制在7～9cm，單次、單區(qū)域拱部控制在6～7cm，并保證噴射混凝土表面平整和厚度均勻。

4.4 進(jìn)行試驗(yàn)段和總結(jié)

由于每個(gè)項(xiàng)目或工點(diǎn)實(shí)際情況不一樣，不同的影響因素對(duì)濕噴混凝土效果影響程度也不同，紛繁復(fù)雜。因此，濕噴混凝土在大面積施工前，應(yīng)逐個(gè)工點(diǎn)進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，總結(jié)出一套適合現(xiàn)場(chǎng)施工的技術(shù)參數(shù)，將濕噴混凝土的回彈率控制在最佳的程度。

5 ?結(jié)束語

隧道初支濕噴混凝土是一種全新的施工工藝和施工方法，根據(jù)《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》和《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[3]，對(duì)于濕噴混凝土只給出了相關(guān)因素的范圍，有些因素還規(guī)定的范圍比較寬泛，且影響因素眾多，現(xiàn)場(chǎng)施工難以控制，為更好的控制濕噴混凝土回彈率，控制施工成本，唯有不斷的進(jìn)行工藝性試驗(yàn)和總結(jié)，確定一套符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的最佳技術(shù)參數(shù)，不斷優(yōu)化，動(dòng)態(tài)修正，多方論證，精心計(jì)算，合理部署，嚴(yán)格施工，方能達(dá)到最佳效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]中鐵十二局老鼻山隧道3號(hào)橫洞初支濕噴混凝土工藝性試驗(yàn)方案[G].

[2]鐵路隧道工程施工技術(shù)指南.TZ 204—2008[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2015.

[3]鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn).TB 10417—2008[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2016.