淺析水工引水隧洞噴射混凝土的質量控制

孫曉亮

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030000）

1 工程概況

混凝土噴射支護的類型，應根據施工圍巖類別和洞室尺寸來選擇。根據某引水隧洞工程施工實踐，分析隧洞噴射混凝土施工工藝的質量控制。該隧洞洞室開挖斷面4 m×5 m，圍巖結構分別為III類、IV類、V類圍巖，一次支護緊跟開挖面進行。圍巖類別不同，采用的支護方式也不同，V類圍巖采用鋼拱架支護，結合全斷面掛網，頂拱布設系統錨桿，噴射C20混凝土厚度12 cm；IV類圍巖采用全斷面噴射C20混凝土，厚度10 cm，局部破碎地帶采用V類圍巖支護方式；III類圍巖采用全斷面噴射C20混凝土，厚度8 cm。

2 噴射混凝土施工工藝

噴射混凝土是將砂石骨料、水泥、水、外加劑等進行拌合，采用壓縮氣體作為噴射動力，通過噴射機及管道，將混凝土噴射到巖層表面，形成高強度的支護混凝土。噴射混凝土起強后，在隧洞支護中起到支撐、填平、補強圍巖，阻止圍巖松動的作用，并通過噴層把外力傳給錨桿、鋼拱架等，使支護結構的受力均勻分配。噴射混凝土的優點如下：

一是工序簡單，應用較普遍。在施工中，噴射混凝土有的需要單面模板，有的甚至不需要模板，提高了施工效率及經濟效益。靈活性高，可通過軟管，在隧洞或極其狹窄的工作面向各方位噴射作業，減小了安全隱患，保證了施工安全。

二是質量保證，具有好的耐久性和強度。噴射混凝土一般使用比較小的水灰比，在砂石骨料及水泥拌合時摻入指定外加劑，利用噴射時水泥和骨料的反復撞擊使混凝土密實。噴射過程中回彈少、粉塵少，對作業人員身體危害輕。

3 噴射混凝土質量控制

3.1 原材料質量要求

（1）水泥：滿足設計所需要的強度、保水性好、凝結硬化快等要求。首選普通硅酸鹽水泥，也可選用礦渣硅酸鹽水泥，標號不得低于42.5，圍巖破碎不穩時應選用早強水泥。存放時嚴禁受潮、結塊，嚴禁把不同廠家、標號、規格的水泥混合使用。

（2）砂石骨料：混凝土的強度，取決于骨料的強度及水泥漿與骨料的粘結強度，表面越粗糙，粘結強度就越高，因此一般選用碎石骨料。一定范圍內骨料粒徑越小，分布越均勻，混凝土強度越高。為保證施工混凝土強度及管道通暢，減少回彈量及作業粉塵，粗骨料應選取小于15 mm，細骨料應使用中、粗砂，含水控制在6%左右，細度模數大于2.5。

（3）水：水質應符合《水工混凝土施工規范》（SL 677-2014）中拌合用水的有關標準。嚴禁使用污水、pH小于4的酸性水和硫酸鹽含量超1%的水。

（4）外加劑：為了最大限度地降低回彈率和粉塵率，保證噴射混凝土早凝早強，需使用符合質量要求并經試驗室檢驗合格的速凝劑，應有廠家的質量證明書，按國家和行業標準進行試驗鑒定，初凝時間不應超過5 min，終凝時間不應超過10 min。

3.2 隧洞噴射混凝土施工工藝相關參數控制

3.2.1 施工準備

為保證隧洞施工安全，一次支護緊跟開挖工作面進行。先對掌子面附近進行初噴，以便于封閉裂隙，然后在主噴區按設計厚度分層噴射；再次噴射時，需在第一次噴射的混凝土終凝后進行。噴射混凝土作業前，應先做好作業面的檢查和清理，包括清除松動巖塊和雜物，安設工作平臺及噴射混凝土厚度的標志，對風、水、電線線路檢查和試運行。嚴重漏水、滲水地段，噴射作業之前，應先做好排水、治水工作。

3.2.2 混凝土拌合

拌合前，首先要檢查設備能否正常運行，各種計量器具是否完好，配套設施是否準備完善，否則不予進行開機攪拌。各種原材料均按質量計量，砂石料允許的偏差值為±3%，水泥和外加劑允許偏差值為±2%。采用強制式攪拌機拌合，時間不小于1 min，采用自落式或滾筒式攪拌機，拌合時間不小于2 min，混合料應隨伴隨用。運輸、存放過程中，應防雨防塵。

3.2.3 混凝土噴射作業

施工時，噴射機及噴射手操作是個重要環節，混凝土的厚度、均勻性、密實程度以及回彈等，都與正確的操作技術密不可分。

根據噴射機的輸送距離，將噴射機安設于受噴面附近，噴射機正常運轉后，先注水送風，保證機筒和管路通暢，同時對受噴面進行清洗。混凝土運送至洞內噴射機旁，根據作業面和已噴射的混凝土情況，調整水量，保證混凝土易粘著、回彈少，表面有濕潤的光澤度。施工時噴嘴略向下傾斜10°左右，使噴頭與受噴面垂直，并保持0.6～1.0 m的距離，噴嘴附近壓力約0.1 MPa，供水壓力約0.2 MPa，使水均勻地與混合料混合后，噴射在較厚的混凝土頂端，避免粗骨料直接與巖面接觸，減少回彈量。

噴射應采用分段、分片依次進行，噴射順序自下而上。對于巖面不平整部位，先凹后凸進行找平。噴射必須分層進行，一次厚度約5 cm，后一層應在前一層終凝后進行。若終凝1 h后再噴射，需重新清理受噴面，將乳膜、浮塵及雜物等沖洗干凈，再進行后一層噴射。噴射混凝土表面應平整，誤差應控制在10 cm以內，噴射過程中還應控制好回彈率，邊墻不應大于15%，頂拱不應大于25%。

噴射時必須保證供料的連續性，保持工作風壓穩定，因故中斷或完成噴射后，應將噴射機和管路內的積料清理干凈。為避免水泥產生預先水化反應，拌合料應在30 min內用完。

3.2.4 混凝土養護

養護是保證噴射混凝土質量的重要環節，必須按照規范要求進行養護，加強質量管理，強化質量意識，保證噴射混凝土在隧洞一次支護時發揮重要作用。

在不破壞內部結構及粘結基層的前提下，當噴射的混凝土初凝后，及時進行刮抹修平。終凝2 h后，應噴水養護，14 d內保持濕潤，以防干裂影響襯砌體的質量。當氣溫低于-5℃時，不得噴水養護。

3.2.5 質量檢查

噴射混凝土的質量評價，要檢查28 d齡期抗壓強度，須在施工時采取噴大板（450 mm×350 mm×200 mm）的取樣方法進行；有特殊要求時，應采用現場取芯（金剛石鉆頭鉆機鉆取3塊，并切割成高度與直徑相同的試塊）的方法進行。每種材料或每一配合比，噴1 000 m2取樣一組，不足1 000 m2的單項工程取樣一組；取樣位置應包括具有代表性的側墻和頂拱。噴層厚度，應采用針探或鉆孔方法檢查，每隔20～50 m檢查一個斷面，每個斷面測點不少于5點，頂拱不少于3點。

4 結語

噴射混凝土在水利工程引水隧洞施工中的應用非常廣泛，質量直接影響著支護體的耐久性及后期的開挖等情況。因此，噴射混凝土質量必須嚴格按照規范及質量控制系統的要求，通過各種組織、技術措施強化質量管理意識，保證噴射混凝土在隧洞支護中發揮作用。