隧道噴射混凝土施工質量控制措施探討

【摘 要】 噴射混凝土是隧道工程中復合襯砌普遍采用的結構材料，它的質量好壞直接影響到整個隧道的結構受力、安全防護及耐久性。因此，對隧道中噴射混凝土施工質量的控制，有利于更好的滿足隧道工程的技術特點。噴射混凝土的施工質量優劣，主要取決于噴射混凝土的強度、其與巖層的粘結力、噴射厚度及平整度等因素。

【關鍵詞】 隧道工程，噴射混凝土，質量控制，施工

【Abstract】Shotcrete is a type of structure material that commonly used in composite lining of tunnel engineering， its quality will directly influence the whole tunnel’s structure stress， safety and durability.Therefore，to control the shotcrete construction quality in the tunnel is conducive to better meet the technical characteristics of tunnel engineering.Shotcrete construction quality， mainly depends on the strength of shotcrete， the injection of strata and the bond strength， depth and smoothness etc..

【Keyword】Tunnel engineering，Shotcrete，Quality control，Construction

前言

隨著我國交通事業的不斷深入推進，加大對基礎設施建設的投入仍然是拉動內需的必要選擇之一。而在建設浪潮中，隧道里程也在日益增加。目前，隧道工程符復合襯砌支護中普遍采用噴射混凝土技術，它的質量好壞將直接影響后續工序施工質量的優劣及整座隧道結構受力和使用功能。

1. 噴射混凝土的作用

噴射混凝土是使用混凝土噴射機，按一定的混合程序將摻有速凝劑的混凝土拌料以適當的壓力高速噴射到巖面并迅速凝固成一層水泥石的支護結構，從而對圍巖起到支護作用。

噴射混凝土的作用可分成兩個階段：在水泥石形成過程中（初期階段），我們可以把噴射混凝土看作是柔性支護結構，為水泥充分水化及圍巖變形應力的釋放提供空間和時間；當噴射混凝土達到一定強度后，把鋼拱架、系統錨桿及噴射混凝土組成的支護體系看作剛性結構，用來控制圍巖變形，達到保護和發揮圍巖自承能力的效果。

2.噴射混凝土施工質量控制

現代隧道施工對成本投入、技術性能及工期等要求越來越高，而高質量的噴射混凝土在滿足技術要求的同時，能減少施工成本，還能合理縮短施工工期。噴射混凝土支護工程的質量，主要取決于噴射混凝土的強度，噴射混凝土與巖面的粘結力，噴射混凝土的厚度及平整度等因素，因此，對這些因素的控制，在噴射混凝土施工質量控制過程中顯得尤為重要。

2.1 噴射混凝土強度控制

噴射混凝土的強度是一個反映噴射混凝土支護質量全貌的指標。噴射混凝土強度包括抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度及粘結強度等。在具體檢測中一般主要檢測噴射混凝土的抗壓強度，因為抗壓強度是表示其物理力學性能和耐久性的一個綜合指標。

噴射混凝土的強度既受原材料質量的影響，也受施工工藝和養護條件等的影響。

2.1.1 原材料選擇

作為制備噴射混凝土的原材料，具有一般性，又具有特殊性，其特殊的地方在于，既要滿足噴射混凝土的施工工藝要求，又要符合隧道內結構的受力特點及各種摻合物之間的相容性。

（1）水泥

水泥的品種和標號是影響砂漿強度的重要因素。我國隧道工程噴射混凝土一般選用普通硅酸鹽水泥P.O 42.5，它不僅與速凝劑具有較好的相容性，而且強度高，抗滲性和耐久性好，早期強度也高，是使用于噴射混凝土的理想膠凝材料。

（2）細骨料

噴射混凝土宜選用細度模數大于2.5的堅硬耐久的中粗砂，或平均粒徑為0.35～0.50 mm的中砂或平均粒徑大于0.50 mm的粗砂。不宜采用細砂，因為細砂能加劇噴射混凝土的收縮，同時其中也含有較多的微小顆粒，噴射時容易懸浮在空氣中，惡化洞內作業環境，危害作業人員的健康。

（3）粗骨料

噴射混凝土一般選用卵石或碎石作為粗骨料。卵石顆粒強度高于碎石，其表面光滑，有利于噴射料在管道中的輸送，但卵石光滑的表面不利于與砂漿的粘結；碎石表面粗糙多棱角，利于在噴射時嵌入砂漿層內，提高了砂漿與粗骨料間的粘結力。

大多數工程選用碎石作為噴射混凝土的粗骨料，考慮到管道內徑及回彈量的控制原因，碎石粒徑為5～16 mm最佳。

（4）速凝劑

速凝劑是影響噴射混凝土最終強度的一個重要因素，其摻量一般控制在水泥摻量的2%～4%。在施工過程中，速凝劑要求攪拌均勻，如若不然，會導致水泥石結構不均質，從而降低噴射層的支護能力和抗滲能力。速凝劑攪拌不均還會導致噴射層成片的脫落。

2.1.2 配合比設計

良好的骨料級配能提高混凝土結構的勻質性和各部位強度的均衡性。合理的配合比是保證噴射混凝土施工質量的前提。以合福客專北山隧道C30噴射混凝土為例（如表1）。

采用以上配合比施工的噴射混凝土，經鉆芯取樣后，混凝土1d抗壓強度為11.32 MPa，28d抗壓強度為32.46 MPa，其抗滲性和耐久性均能達標。

2.1.3 回彈量控制

相比干噴、潮噴及混合噴等噴射方式而言，濕噴能很好控制混凝土的回彈量，大大降低作業環境中的粉塵濃度，且混凝土密實性好。如果做到以下幾點，那么將會把噴射混凝土回彈量控制在合理范圍內（邊墻<15%，拱部<25%）。

① 合理的配合比設計。在滿足混凝土強度、耐久性前提下，混凝土的用水量不宜過小，碎石粒徑不宜過大。

② 穩定的風壓、水壓。風壓過大會造成噴射速度過快，反彈量增加，但混凝土密實性較高；風壓過小，雖然可以減少回彈量，但混凝土密實性較差，影響混凝土強度和抗滲性等。

③ 合適的噴射角度、距離及一次噴射厚度。這三點與噴射手的操作和經驗密不可分。

2.1.4 養護

噴射混凝土施工后不久，混凝土內部開始水化反應，水分開始蒸發散失，散失的速度與其周圍空氣的溫度和相對濕度以及風速有關。為使水化作用充分進行，一般在噴射混凝土終凝2 h后進行灑水養護，不少于14 d，灑水頻率應根據現場環境諸多因素做適當調整。

2.2 噴射混凝土與巖面的粘結力

噴射混凝土抗壓強度的高低，只能說明混凝土結構本身的質量好壞，它與巖面相粘結才能達到噴射混凝土與巖層“共同作用”的目的，這是噴射混凝土支護的一個重要特點。巖層表面的粉塵或灰土，把噴層與巖面隔離開，降低了噴射混凝土與巖層的粘結力。因此，在噴射混凝土之前，應認真清洗巖層表面，確保噴射混凝土與圍巖之間有足夠的粘結力，從而形成共同支護體系，提高支護能力。

2.3 噴射混凝土厚度控制

合理的噴射混凝土厚度，是綜合考慮安全及經濟因素之后得出的結果。噴射混凝土應該達到設計厚度和規范允許誤差范圍內，噴射混凝土厚度可用埋釘法和短釬鑿孔法控制。

2.3.1 埋釘法

對初支內無拱架的支護類型，隧道沿縱向3 m，環向2 m埋設厚度標志，并用鋼絲連接以便操作人員檢查；初支內有拱架時，一般在每節拱架上環向2m焊接2～3cm鋼筋頭作為厚度標志。

2.3.2 短釬鑿孔法

混凝土噴射完畢后，以縱向每10延米，環向3m用短釬鑿孔，此時會對噴射混凝土厚度、密實度有直觀了解，若不滿足設計要求，應及時做出補救措施。

以上兩種方法的應用，為噴射混凝土的厚度控制提供了“雙保險”。

2.4 噴射混凝土平整度控制

平整度是噴射混凝土的“門臉”，是給人直觀感受的最后一道坎。好的平整度，不僅給人以美的視覺享受，而且還為防水卷材的鋪設提供一個平整基面，防水板能與基面密貼，二次襯砌空洞率大大下降。

噴射混凝土平整度影響因素眾多，波動性較大，歸納起來主要是開挖面不圓順、混凝土質量不穩定、工藝操作不科學等方面的原因，要做到對各個環節都控制好，是一個理論與實踐相結合的過程，得到一個合理的施工參數，最終有效指導施工。

2.4.1 開挖爆破

隧道開挖爆破是隧道工程所有工序的基礎作業。爆破效果好，輪廓圓順，會省去很多后續處理環節，從經濟角度出發也是合理的。但有時一味追求進度指標，常常會忽略掉對開挖爆破的控制措施。這會帶來些許不必要的麻煩，如超欠挖厲害，造成混凝土消耗量增大或是二次襯砌厚度不足甚至侵入建筑界限，影響后期運營安全。

所以，良好的開挖爆破效果是保證經濟投入少，安全性能高的重要一項內容，更是能確保初支平整的最有效手段。

2.4.2 混凝土質量控制

高質量的噴射混凝土是從原材料選擇、混凝土配合比設計、攪拌及運輸等多方面條件入手控制。前面已簡述，這里不再贅述。

2.4.3 操作工藝

噴射手的經驗和技術直接影響噴射混凝土的質量，所以噴射手上崗前必須經過專業培訓，合格后方可上崗操作。噴射完成初凝后，人工用刮鏟及時進行修正，刮除凸起。并用靠尺檢查平整度，確保外觀平順美觀。

合福客專北山隧道通過以上措施對噴射混凝土進行質量控制，取得了不錯的效果。

結語

噴射混凝土是隧道工程的外層支護，是防排水的第一道屏障，也是隧道施工生產的重要一環，對其施工質量的控制是一項長期的任務。在施工過程中，應該不斷總結經驗，適時調整施工工藝，以期不斷提高噴射混凝土施工質量。

參考文獻

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