淺談隧道濕噴超耗的原因及改進(jìn)措施

朱躍球，孫來(lái)超

(中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引言

近年來(lái)，隨著高速公路建筑行業(yè)利潤(rùn)空間的縮小，項(xiàng)目精細(xì)化管理的要求進(jìn)一步提高。眾所周知，隧道工程噴射混凝土超方幾乎是所有隧道工程都會(huì)面臨的重點(diǎn)課題，對(duì)于隧道濕噴超方的原因分析及改進(jìn)措施越來(lái)越受到人們的重視。本文以縉云山隧道為研究背景，對(duì)隧道濕噴超耗的原因及改進(jìn)措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

1 工程概況

縉云山隧道為三車道大斷面隧道，隧道區(qū)分布地層主要為第四系人工堆積層、殘破積層、侏羅系上統(tǒng)珍珠沖組?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工圍巖情況多為Ⅲ級(jí)，故以Ⅲ級(jí)圍巖為本文論述依據(jù)。隧道開(kāi)挖方法選擇上、下臺(tái)階法，開(kāi)挖輪廓線凈寬為16.97 m，凈高為9.67 m；隧道初噴混凝土厚4+12+2=18 cm，預(yù)留變形量為6 cm，整個(gè)開(kāi)挖斷面合計(jì)136 m2。根據(jù)《公路工程施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F60-2009)要求Ⅲ級(jí)圍巖每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺不得超過(guò)2.5 m，現(xiàn)場(chǎng)施工每榀拱架間距為1.2 m，故現(xiàn)場(chǎng)決定每循環(huán)進(jìn)尺采用2.4 m，如圖1所示。

圖1 隧道Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖斷面圖

2 隧道濕噴超耗情況說(shuō)明

項(xiàng)目于2016年10月對(duì)隧道濕噴超耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按封閉循環(huán)計(jì)算，左洞ZK5+357～ZK5+409進(jìn)尺52 m，右洞K5+330～K5+373進(jìn)尺43 m，設(shè)計(jì)用量分別為369.5 m3和282.1 m3，超耗方量皆為724.9 m3，超耗率分別為204.15%和256.97%，總的超耗率達(dá)到227.02%。超耗相當(dāng)嚴(yán)重，給項(xiàng)目的建設(shè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，減少隧道濕噴的超耗顯得迫在眉睫，如表1所示。

表1 噴射混凝土統(tǒng)計(jì)匯總表

3 隧道濕噴超耗原因分析

3.1 濕噴拱架內(nèi)保護(hù)層噴厚

隧道實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工襯砌類型為S3，S3襯砌初噴厚度為4+12+2=18 cm，預(yù)留變形量為6 cm，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)由于濕噴操作的原因?qū)⒊鯂姾穸葒娚涑?+12+8=24 cm，相當(dāng)于將預(yù)留變形量的部分也噴射了，由于鋼拱架里面的保護(hù)層噴厚6 cm，故初噴混凝土增加了損耗33.3%。

3.2 隧道光面爆破打孔角度

隧道爆破時(shí)，為了能有效利用炸藥，減少欠挖，鉆孔有規(guī)定的外傾角度3°～5°。但由于施工地段是反坡施工，隧道縱坡為2.4%，折合成角度為1.4°，根據(jù)調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)10月施工時(shí)多為外傾3°打孔(現(xiàn)在改為水平打孔)，距離開(kāi)挖輪廓線約0.05 m的位置鉆孔，按3.6 m炮眼深度計(jì)算就要造成平均線性超挖達(dá)14 cm，相當(dāng)于斷面放大尺寸，斷面向外增大一環(huán)。光面爆破后根據(jù)測(cè)量測(cè)定結(jié)果顯示隧道左洞ZK5+357～ZK5+409段超挖401.68 m3，實(shí)際開(kāi)挖輪廓線上臺(tái)階比設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線大0.3 m，下臺(tái)階比設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線大0.2 m，隧道右洞K5+330～K5+373段超挖354.23 m3，實(shí)際開(kāi)挖輪廓線上臺(tái)階比設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線大0.35 m，下臺(tái)階比設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線大0.2 m，隧道超挖部分采用初噴料進(jìn)行填補(bǔ)，造成初噴料左洞超耗146.2%，右洞超耗185.2%，如圖2、圖3所示。

(a)

(b)

(a)

(b)

3.3 濕噴回彈率影響

經(jīng)實(shí)驗(yàn)室多次檢測(cè)，測(cè)定濕噴回彈率較穩(wěn)定，且符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，在拱腳位置為6.5%，拱頂位置為8%。但由于回彈率不變，一旦初噴料增多必然會(huì)造成回彈量增多，以10月計(jì)算左洞共計(jì)噴射混凝土1 124 m3，右洞共計(jì)噴射混凝土1 007 m3，回彈率按7%計(jì)算，則造成混凝土超耗：

左洞：1 124×7%÷369.55=21.3%

右洞：1 007×7%÷282.1=25%

濕噴混凝土配合比如表2所示。

表2 濕噴混凝土配合比表

濕噴混凝土回彈率如表3所示。

表3 濕噴混凝土回彈率統(tǒng)計(jì)表

3.4 混凝土超耗合計(jì)

造成濕噴混凝土超耗的主要原因及超耗率統(tǒng)計(jì)如表4所示。

表4 濕噴混凝土超耗統(tǒng)計(jì)表

3.5 實(shí)際統(tǒng)計(jì)量與理論計(jì)算量對(duì)比

實(shí)際統(tǒng)計(jì)量隧道左洞初噴超耗204.15%，隧道右洞初噴超耗256.97%；而理論計(jì)算隧道左洞初噴超耗200.8%，隧道右洞初噴超耗243.5%，實(shí)際超耗率與理論計(jì)算超耗率相差不大，理論分析滿足要求。

4 改進(jìn)措施與效果

4.1 濕噴拱架內(nèi)保護(hù)層噴厚

(1)由于濕噴機(jī)效率較高，一次性噴出的混凝土厚度不易控制，現(xiàn)場(chǎng)采用了在工字鋼上焊接鋼筋控制厚度的辦法，但由于濕噴機(jī)威力較強(qiáng)，一次噴射厚度已經(jīng)超過(guò)了規(guī)定的2 cm。現(xiàn)場(chǎng)采用調(diào)整風(fēng)壓與水壓的辦法來(lái)調(diào)整噴射力度，適當(dāng)降低風(fēng)壓和水壓來(lái)減少一次性噴射的厚度。

(2)將開(kāi)挖輪廓線進(jìn)行收縮，適當(dāng)減少預(yù)留變形量的大小。

4.2 隧道光面爆破打孔角度

4.2.1 打孔外傾角度

由于項(xiàng)目隧道為反坡施工，縱向坡度為2.4%，折合成角度為1.4°，光面爆破方案要求周邊眼外傾3°～5°，實(shí)際施工發(fā)現(xiàn)按此方法打孔每次開(kāi)挖輪廓線都會(huì)超出設(shè)計(jì)輪廓線30～40 cm，故可以調(diào)整周邊眼的打孔角度進(jìn)行水平鉆孔或以隧道縱坡為線以內(nèi)傾1.4°的方向打孔。

4.2.2 打孔位置

現(xiàn)場(chǎng)施工原來(lái)周邊眼的打孔位置為距離設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線向內(nèi)收縮5 cm，但實(shí)際光面爆破后進(jìn)行斷面掃描發(fā)現(xiàn)實(shí)際開(kāi)挖輪廓線都會(huì)超出設(shè)計(jì)輪廓線30～40 cm，故可以考慮調(diào)整周邊眼距離設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線的距離，可以參考10 cm為宜。

4.2.3 周邊眼的間距

嚴(yán)格控制周邊眼的間距，周邊眼的間距不得超過(guò)50 cm，采用小爆破多鉆孔的形式增加光面爆破的效果。

4.3 濕噴回彈率影響

回彈率受多種因素影響，在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)加強(qiáng)配合比的優(yōu)化，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)控制，選擇最合適的風(fēng)壓、水壓及噴射角度。現(xiàn)場(chǎng)噴射時(shí)當(dāng)巖面噴厚達(dá)到2～3 cm后，回彈最小，且穩(wěn)定，當(dāng)噴射到附著在巖面的混凝土滑落、流淌時(shí)，一次噴厚達(dá)到最大，此時(shí)不能再繼續(xù)噴射，應(yīng)等噴射混凝土初凝后方能進(jìn)行復(fù)噴，一次噴射厚度，拱頂為6 cm，邊墻為8 cm。

4.4 改進(jìn)效果

結(jié)合濕噴超耗原因分析，在后期的隧道施工中，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)積極采取改進(jìn)措施，通過(guò)適當(dāng)降低濕噴機(jī)工作風(fēng)壓和水壓、適當(dāng)減少預(yù)留變形量、調(diào)整打孔外傾角度及位置、控制周邊眼間距、提高濕噴機(jī)械手操作手技術(shù)水平等改進(jìn)措施，對(duì)隧道濕噴進(jìn)行改進(jìn)以降低隧道初支濕噴超耗率。通過(guò)對(duì)隧道左洞ZK5+450～ZK5+509段及右洞K5+410～K5+461段現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土用量的統(tǒng)計(jì)得知濕噴施工在采取一系列的改進(jìn)措施后超耗率得到了有效控制，濕噴超耗率能控制在120%以內(nèi)，如表5所示。

表5 噴射混凝土統(tǒng)計(jì)匯總表

5 結(jié)語(yǔ)

濕噴是強(qiáng)制性工藝標(biāo)準(zhǔn)，也是未來(lái)隧道施工的必然趨勢(shì)。濕噴超耗率高投入成本大一直阻礙著濕噴技術(shù)的有效推廣。本文以重慶市縉云山隧道施工為背景，通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)出一套降低濕噴超耗的措施，有效地降低了濕噴技術(shù)在隧道初支施工中的超耗率，降低了濕噴施工成本，為濕噴技術(shù)的應(yīng)用起到了較大的推進(jìn)作用。

[1]重慶九龍坡至永川高速公路JY1合同段.兩階段施工圖設(shè)計(jì)[Z].