公路隧道噴射混凝土施工超量分析

王玉林

（云南省交通投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，昆明650000）

1 引言

噴射混凝土在隧道施工中的作用非常大，在施工成本中的比例也較高，其中超量也是造成施工成本較高的因素之一，但在施工中難以實(shí)現(xiàn)不超量，不同的圍巖級(jí)別及施工工藝其超量是不相同的，因此，噴射混凝土的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際超量數(shù)據(jù)尤為重要。

2 噴射混凝土回彈概述及影響因素

噴射混凝土回彈是由于噴射料流與圍巖表面、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片或集料顆粒間相互撞擊，而從受?chē)娒嫔蠌椔湎聛?lái)的混凝土量。回彈是噴射混凝土施工中的大難題，回彈率與原材料的配合比、噴射工藝（干噴、潮噴、濕噴）、噴射角度（噴嘴與水平面的夾角）、噴射方案（素噴、掛網(wǎng)噴、格柵拱架?chē)姟摴凹車(chē)姡⑺倌齽﹨⒘考靶阅堋⑺唷⒐橇稀⑤斄瞎芫嚯x、噴射風(fēng)壓與噴射距離、操作工人的技術(shù)水平及一次噴射厚度相關(guān)聯(lián)[1]。回彈量過(guò)高會(huì)直接延長(zhǎng)噴射混凝土的噴射時(shí)間，影響施工進(jìn)度，增加施工成本。JTG F60—2009《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定拱部回彈率不超過(guò)40%，邊墻回彈率不超過(guò)30%，掛鋼筋網(wǎng)后，回彈率限制可放寬5%。通過(guò)多條隧道的施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析，其相關(guān)影響因素概括如下：

1）施工配合比。水泥用量愈多，砂率愈高，用水量愈大，回彈也就愈少。如果水泥用量不變，則砂率愈高，用水量愈大，抗壓強(qiáng)度也就愈低，因此，應(yīng)選擇既滿(mǎn)足強(qiáng)度要求而回彈量又少的配合比，并且是最重要的控制因素。

2）噴射工藝。干噴回彈較大（約40%），潮噴回彈次之（約30%），濕噴回彈最小（約20%）。

3）噴射角度。噴射角度與受?chē)娒娲怪睍r(shí)回彈小，與受?chē)娒娼嵌仍叫』貜椌驮酱蟆２捎萌斯娚鋾r(shí)，角度很難達(dá)到最佳，采用機(jī)械手噴射時(shí)容易做到。

4）噴射方案（初期支護(hù)類(lèi)型）。初期支護(hù)采用素噴混凝土?xí)r，回彈率最大，鋼拱架次之，只掛鋼筋網(wǎng)偏時(shí)最小。

5）速凝劑。速凝劑參量為最佳時(shí)回彈較小，速凝劑參量應(yīng)根據(jù)出廠時(shí)的參量，通過(guò)試驗(yàn)確定其最佳參量，一般速凝劑摻量約為水泥重量的2%～4%，初凝時(shí)間不應(yīng)大于5min，終凝時(shí)間應(yīng)不大于10min為最佳[2]。

6）水泥。強(qiáng)度高、早強(qiáng)的普通硅酸鹽水泥較好，其他次之。應(yīng)根據(jù)砂石材料及速凝劑做施工配合比，C25標(biāo)號(hào)的噴射混凝土，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)水泥用量宜為430～460kg/m3，水灰比宜為0.4～0.5，回彈量最低。

7）骨料。砂率過(guò)高或過(guò)低易造成堵管，砂率宜為45%～55%為最佳；骨料的表面越粗糙，界面黏結(jié)度越高，回彈量就越低；骨料粒徑越小，噴射混凝土強(qiáng)度越高，細(xì)骨料增加了骨料與水泥漿的黏結(jié)面積，而且骨料周?chē)泻怏w減少，容易拌和均勻，回彈量降低，最大粒徑不得超過(guò)5mm。

8）輸料管距離。噴射混凝土管路越長(zhǎng)阻力越大，風(fēng)的壓力就會(huì)減弱，噴射混凝土的附著力就會(huì)降低，回彈量就會(huì)增大，因此，非特殊情況不要超過(guò)16m。

9）噴射風(fēng)壓。風(fēng)壓過(guò)高，骨料回彈加大；風(fēng)壓過(guò)低，噴射混凝土密實(shí)度不夠，會(huì)產(chǎn)生掉落，一般控制在0.06～0.08MPa時(shí)回彈量最少。

10）噴射距離。噴射距離過(guò)大，噴射混凝土呈散狀，骨料回彈較大；過(guò)小，壓力過(guò)大，噴射混凝土回彈也大；噴頭與巖面相距0.8～1.0m是最佳距離，到受?chē)娒娴陌杏≈睆郊s20cm是最佳狀態(tài)。

11）一次噴層厚度的影響。一次噴層厚度對(duì)回彈的影響也很大。當(dāng)料流開(kāi)始與受?chē)娒媾鲎矔r(shí)，回彈率很大，特別是粗骨料幾乎全都彈回，只有當(dāng)形成一層5～10mm的砂漿塑性層后，粗骨料才被嵌入，回彈率才逐漸減少，大約在噴層厚度為50mm時(shí)為最佳，因此，噴射時(shí)應(yīng)分層分片循環(huán)進(jìn)行。

12）噴射手的技術(shù)操作水平。噴射時(shí)的距離、角度、水量、迂回循環(huán)速度，一次噴厚等，全靠噴射手憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)和制約，因此回彈量與噴射手的技術(shù)熟練程度有很大的關(guān)系，熟練的噴射手不但提高工作效率，而且還降低施工成本。

13）拱部的回彈率最大，拱腳部位及下邊墻的最小。

3 超挖回填量

超挖回填量，在Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖實(shí)施光面爆破時(shí)不存在超挖回填情況；但是Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)圍巖采用鋼拱架（格柵拱架和型鋼拱架）施工時(shí)，超挖回填量就是拱架背后超挖部分用同等級(jí)的噴射混凝土噴射超挖部分的回填數(shù)量，此部分?jǐn)?shù)量在目前的施工圖設(shè)計(jì)和招投標(biāo)文件中均沒(méi)有體現(xiàn)，但在實(shí)際施工中是絕對(duì)存在的，而且是不可避免的，需要用同等級(jí)的噴射混凝土回填，才能保證其初期支護(hù)的結(jié)構(gòu)安全。如圖1、圖2所示。

其產(chǎn)生的因素分析如下：

1）Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階預(yù)留核心土開(kāi)挖施工時(shí)，基本都是要打超前小導(dǎo)管，都不可避免地存在一個(gè)外插角，小導(dǎo)管與鋼拱架之間的土，在挖機(jī)開(kāi)挖時(shí)基本都是掉落完的，因此，存在一定距離的空間，如果只安裝一榀鋼拱架，此空間一般在8～15cm，如果每次掘進(jìn)2榀鋼拱架，此空間一般在8～20cm，回填數(shù)量一般都占設(shè)計(jì)數(shù)量的50%以上。

2）Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖采用兩臺(tái)階開(kāi)挖施工時(shí)，圍巖相對(duì)穩(wěn)定，但是開(kāi)挖爆破后，需采用挖機(jī)排險(xiǎn)，開(kāi)挖輪廓線(xiàn)以外與超前小導(dǎo)管之間的土，如果是圍巖松散一點(diǎn)就容易挖下來(lái)，因此，超前小導(dǎo)管的外插角度控制是很重要的，一般情況下鋼拱架背后的空間都在10～30cm，回填數(shù)量一般都占設(shè)計(jì)數(shù)量的60%以上。

3）Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)圍巖遇到滲水，圍巖呈流塑狀態(tài)時(shí)，即使是打超前小導(dǎo)管，連小導(dǎo)管背后也會(huì)自然掉落，在這樣的情況下，回填量會(huì)高達(dá)80%以上，而且還要采用注漿來(lái)加以控制，否則局部地段會(huì)高達(dá)120%。

4）對(duì)于Ⅳ級(jí)圍巖，一般情況都是采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖掘進(jìn)，沒(méi)有超前小導(dǎo)管，采用格柵鋼拱架時(shí)，因?yàn)榘惭b格柵鋼拱架前，需要用挖機(jī)和人工進(jìn)行排險(xiǎn)，其背后的超挖回填數(shù)量也都在40%以上。

圖1 超挖回填示意圖

圖2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際照片

4 結(jié)論

綜上所述，得到以下結(jié)論：

1）Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖采用光面爆破不立鋼拱架時(shí)，噴射混凝土的超量就是回彈量。采用潮噴工藝時(shí)：拱部超量為設(shè)計(jì)數(shù)量的30%～40%，邊墻超量為設(shè)計(jì)數(shù)量的20%～30%；采用濕噴工藝時(shí)：拱部超量為設(shè)計(jì)數(shù)量的25%～35%，邊墻超量為設(shè)計(jì)數(shù)量的15%～25%。

2）Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)、Ⅵ圍巖采用預(yù)裂爆破、松動(dòng)爆破及挖掘機(jī)開(kāi)挖掘進(jìn)時(shí)，都需要安裝鋼拱架來(lái)支撐圍巖，其噴射混凝土的超量就是回彈量加回填量。采用潮噴工藝施工時(shí)：拱部回填量為設(shè)計(jì)數(shù)量的80%～100%，邊墻回填量為設(shè)計(jì)數(shù)量的70%～90%；采用濕噴工藝施工時(shí)，拱部回填量為設(shè)計(jì)數(shù)量的75%～95%，邊墻回填量為設(shè)計(jì)數(shù)量的65%～85%。