提升涌水段隧道初噴混凝土施工效果的技術研究

唐開軍

（貴州職業技術學院 貴州貴陽 550023）

一、概述

目前隧道施工中的初期支護技術通常采用錨桿、鋼筋網片、鋼拱架、噴射混凝土等對隧道開挖后進行及時封閉圍巖，對圍巖提供支護力，為隧道的施工提供安全保障。噴射混凝土是初期支護中支護作用的主要提供者，其將鋼拱架和鋼筋網片聯結成整體，有效提高初期支護的支護效果。同時噴射混凝土也可以發揮一定的防水作用。因此，提高噴射混凝土的施工質量，對保障初期支護的支護效果具有重要意義，也能保障工程建設的順利進行。通常情況下，噴射混凝土的施工質量不好主要表現為噴射混凝土的強度保證率不足、施工噴射的回彈率高而浪費材料、混凝土質地不密實、與鋼拱架或者鋼筋網片等聯結不牢等問題。噴射混凝土的施工質量的影響因素很多，主要包括原材料、水膠比、外加劑以及施工機械、噴射混凝土操作手的操作水平等。因此，強化施工現場的控制管理是保障施工質量的有效方式。

二、工程案例概況

某高速公路隧道左洞起止里程為Z K 5 4+1 1 2.7 0 0 ～ZK54+166.950段約54m長處于軟弱圍巖地質條件。該段隧道地下涌水量大，最大涌水為10米長度內涌水量133m3/h。隨著隧道施工的不斷進行，隧道涌水呈現如下特點，洞身土石方開挖后并進行初期支護施工時出現涌水量最大，但是隨時間的延長涌水量逐漸減弱，一般為15天以后涌水量減至32m3/d，隨后到達30～35天后地下水呈滲水狀態，只在初期支護表面看到有少量滲水。此段隧道滲水現象總體表現為工作面涌水量最大，然后距離工作面越遠滲水量就越小，涌水主要集中在工作面約23m范圍內。因為本段隧道圍巖破碎，在隧道開挖后應及時進行初期支護并保證其施工質量和支護效果。由于隧道的地下水發育，涌水量大，噴射混凝土的施工質量成為保證初期支護支護作用得到有效發揮的關鍵因素。

該段隧道初期支護采用型鋼拱架加錨網噴的綜合支護形式，具體參與如表1所示。

表1 某高速公路隧道涌水段初期支護參數

三、涌水段隧道噴射混凝土施工質量的主要影響因素分析

（一）隧道圍巖涌水量大

隧道工作面開挖后，巖體中富藏的水由于失去巖體的約束而較快的流露出來，此時的出水量通常比較大，根據該段隧道開挖后的監測顯示，開挖段圍巖的涌水量通常能達到約13m3/h，此涌水量對隧道初期支護施工的產生較為不利的影響。當噴射混凝土噴向圍巖表面遇到涌出的地下水，隨即與地下水產生如下作用，一是兩者相遇改變噴射混凝土的配合比，使得噴射混凝土的凝結硬化效果改變，達不到快速凝結的效果；二是地下水與噴射混凝土混合，增加噴射混凝土的流動性和自重，使得噴射混凝土未凝結即在自重影響下掉落；三是較大的涌水將會在噴射混凝土與圍巖巖面之間產生一層隔離水膜，對噴射混凝土與巖面凝結產生不良影響。因此，當隧道圍巖巖面涌水量較大時，將嚴重影響噴射混凝土的噴射效果。

（二）隧道開挖后巖面平整度差

圍巖巖面的平整度將會影響初期支護型鋼拱架和鋼筋網片與巖面的貼合度，進而影響噴射混凝土與圍巖巖面的粘結效果。通常情況下，若圍巖的巖面平整度較差，型鋼拱架和鋼筋網片施工時，會在型鋼拱架背面、鋼筋網片與圍巖表面之間形成較大空隙。在進行噴射混凝土施工作業時，容易造成如下不良影響：一是很容易在圍巖巖面、型鋼拱架、鋼筋網片之間造成此空隙填充不密實，形成空鼓而影響噴射混凝土的密實性；二是噴射混凝土施工時很容易形成骨料回彈，不易凝結，極大影響噴射混凝土的施工效率，不能及時封閉圍巖，亦將造成混凝土骨料的浪費，增加施工成本。

（三）隧道圍巖巖體松散

松軟破碎段隧道圍巖的自穩時間通常比較短，隧道開挖后變形會逐步發展，破碎松散的巖塊會不斷的脫離掉落。在初期支護前沒有對其進行及時清理作業，則在噴射混凝土施工作業時，噴射混凝土粘結于松散巖塊上面增加其自重，通常巖塊會掉落，尤其是在隧道圍巖涌水量較大時，這種情況將會更加普遍和嚴重。這時需要用噴射混凝土對脫離部位進行填補，這種情況會增加噴射混凝土需要量與降低噴射混凝土的施工效率，同時也延長隧道圍巖的封閉時間，不能及時給圍巖提供必要支護作用，將會給初期支護施工帶來不利影響。

四、提升噴射混凝土施工效果的技術措施

（一）改進隧道施工循環進尺及時跟進巖面清理作業

松軟破碎的涌水隧道，其圍巖的穩定性通常會比較差，因此在進行隧道掘進施工時，應結合圍巖穩定監測數據分析，采用與之相適應的隧道掘進循環進尺，以保證隧道初期支護施工能及時跟進，提供快速的支護效應，保證隧道施工安全。為避免隧道開挖后松散巖塊掉落對施工人員帶來安全威脅，也為不影響初期支護噴射混凝土施工效果，尤其是涌水量較大的隧道，應對開挖后的隧道圍巖巖面松散巖塊進行及時清理，可以采用高壓風清理，剔除穩定性較差的碎塊，為后續施工作業提供有力條件。

（二）堵、排結合改善圍巖水系狀況

隧道在進行掘進開挖時，對于地下水的處理應該遵循“堵、排”結合的原則進行。首先，可以在掌子面上采用超前鉆孔方式探明前方的地下水的情況，同時也可以將前方地下水進行泄壓排放，有利于掘進施工和掌子面穩定；其次，可以調整隧道中空注漿錨桿的施工參數，采用長短混打的方式，通過向巖體內部注入水泥漿與水玻璃的雙漿液，實現填充圍巖裂隙和止水效果，改善圍巖表面涌水狀態；最后，在圍巖面初噴后每隔適當距離設置環向的排水盲溝，盲溝的直徑可根據圍巖涌水水量確定，形成過水通道，當噴射混凝土施工作業時，巖體涌水可以通過排水盲溝進行有效引流。通過以上的方法，可以有效的改善圍巖的涌水對噴射混凝土施工的不利影響，提高噴射混凝土施工的效果。

（三）調整噴射混凝土配合比改善凝結效果

在隧道初期支護噴射混凝土施工中，其配合比對施工效果有著重要影響，如噴射混凝土的骨料凝結效果、回彈率以及混凝土質地的密實性等均受其影響。在進行噴射混凝土配合比設計時，應經過計算設計，試配、實地試噴、調整等過程[1]。骨料級配應合理適用，以保證噴射混凝土噴凝后的密實性，提高初期支護噴射混凝土的止水效果。水膠比在施工過程中不因降雨等天氣原因產生較大的波動，確保噴射混凝土的配合比能較好的適應涌水段圍巖的初期支護施工。在施工過程中，應加強對隧道涌水量的監測，根據實際施工需要調整噴射混凝土的配合比，保證其施工質量符合要求。

（四）改善隧道開挖方式提高巖面平整度

隧道開挖后圍巖巖面的平整度對噴射混凝土施工的效率及密實性等有重要影響。由于軟弱松散地質條件的影響，隧道開挖后圍巖表明的平整度通常比較差。而在實際施工過程中，超欠挖經常出現斷面坑洼不平，主要原因是工人一味追求進度，炮眼數量不足且鉆孔方向隨意性較大，沒有按照鉆爆設計進行施工，尤其是周邊眼，間距過大，使用過量炸藥，爆破后沒有形成良好的弧形[2]。因此，在隧道開挖過程中，應根據地質水文條件選擇相適應的開挖方法。當機械開挖可以適應時則應采取機械開挖的方式，以減少對圍巖的擾動，減少圍巖表面局部掉塊等情況的出現。如必須采用爆破開挖時，應采用光面爆破的控制爆破技術，選擇小進尺、短孔距、少藥量的原則，以弱爆破的形式開挖掘進，既可提高隧道圍巖表面的平整度，亦能減小洞身開挖對圍巖的繞道。通過提供隧道開挖圍巖表面的平整度，可以提高噴射混凝土的施工效率，改善其施工效果。

五、結束語

涌水隧道在開挖掘進過程中，圍巖的自穩時間通常比較短，需要及時施作初期支護以及時提供支護作用以限制圍巖的變形，從而為隧道的安全施工提供有力保障。隧道的初期支護中，噴射混凝土是支護作用的主要提供者，因此提高噴射混凝土的施工效果可有效提高初期支護作用。在噴射混凝土的施工時，還應該注重現場質量管控，原材料質量，施工操作人員技能水平等方面施工效果的影響，以“全方位質量控制”的原則進行質量控制，提升噴射混凝土的施工效果。