城市隧道湿喷混凝土施工工艺及质量控制

    喷射混凝土作为一种成熟的施工技术，多年来在隧道工程、矿山井巷和建筑基坑等支护中已得到普遍应用。喷射混凝土的施工工艺主要有干式喷混凝土和湿式喷混凝土这两种。湿式喷混凝土施工时可使工作面附近的空气粉尘含量降低至2 mg/m³以下，混凝土回弹可减少5%～10%，并能获得较好的施工质量，同时，改善施工环境。

高速铁路及城际铁路一般会以城市隧道的形式下穿城市繁华区域，暗挖法城市隧道常采用湿喷混凝土技术进行施工。随着暗挖法城市隧道工程越来越多，有必要针对城市隧道湿喷混凝土的施工工艺和质量控制进行思考和研究，从而确保城市隧道初期支护的安全施工及工程质量。

1  城市隧道湿喷混凝土施工工艺

1.1  施工准备

1.1.1  技术准备

施工前，应由专业工程师向现场技术人员、作业人员进行技术交底，并确认人员、设备、材料、机具、作业环境等满足正常作业的要求。

1.1.2  原材料准备

水泥技术要求：应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5 MPa；遇含可溶性硫酸盐地层或地下水地段，应根据侵蚀类型及侵蚀程度选择抗硫酸盐水泥；水泥的安定性、凝结时间均应合格。骨料与水泥中的碱离子可能发生反应时，应首选低碱水泥；喷混凝土需要早期强度较大时，可选用硫铝酸盐水泥或者其他早强水泥。

砂、石技术要求：粗骨料应采用坚硬、耐久的碎石或卵石，两者混合物亦可。严禁选用碱活性骨料，当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石料。喷混凝土中的石子最大粒径不宜大于15 mm，喷射钢纤维混凝土中的石子最大粒径不宜大于10 mm，骨料级配宜采用连续级配。按重量计含泥量不大于1%，泥块含量不大于0.25%.细骨料应采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数应大于2.5。砂中小于0.075 mm的颗粒不大于20%.含泥量不大于3%，泥块含量不大于0.5%.

水的技术要求：水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，不使用污水、海水、酸性水以及硫酸盐含量超过水重1%的水。

速凝剂技术要求：混凝土的后期强度无明显损失；对混凝土和钢材无腐蚀作用；不污染环境，对人体无害。在使用速凝剂前，应进行与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，严格控制掺量；水泥净浆初凝时间不应大于5 min，终凝时间不应大于10 min。

减水剂技术要求：应符合现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》或行业标准一等品及以上的质量要求和其他有关环境保护的规定，品种和掺量应经试验确定。

合成纤维技术要求：抗拉强度不宜小于280 MPa。合成纤维长度和直径允许偏差应为设计尺寸的±10%，合成纤维不得有妨碍纤维与水泥黏结的杂质，也不得混有妨碍水泥硬化的化学成分。

1.1.3  配合比准备

目前，一般认为较为合适的基本配合比是20%的水泥材料，加上15%～20%的粗骨料以及总重量60%～65%的砂料。根据粗、细骨料的不同以及水泥种类、外加剂掺量、外加剂种类、喷射混凝土的具体要求，上述比例会有所不同。喷射混凝土时，会产生一定数量的回弹，鉴于回弹会使喷射后的

混凝土成分与最初拌和成分不一致，因此，在配合比设计时，应考虑这种因素。只有这样，才能确保喷射到工作面上的混凝土能够达到设计质量要求。

1.1.4  机具准备

喷射混凝土的设备机具配置应结合隧道开挖方法、工期要求等进行合理配置，配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2～1.5倍。需要准备的主要机械设备有挖掘机、装载机、混凝土运输车、空压机、湿喷机、通风机、拌和站等。

1.2  混凝土搅拌

湿喷混凝土的搅拌通常采取全自动计量强制式搅拌机，施工配料应严格按照配合比进行操作，速凝剂在喷射机喂料时加入。

1.3  混凝土运输

运输应采用混凝土运输罐车，随运随拌。喷射混凝土时，多台运输车应交替运料，以满足湿喷混凝土的供应。在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化以及产生初凝等现象。

掺有合成纤维混凝土的搅拌时间宜为4～5 min。搅拌完成后随机取样，如果纤维已均匀分散成单丝，则混凝土可投入使用；如果仍有成束纤维，则至少应延长搅拌时间30 s才可使用。

1.4  喷射作业

喷射操作程序应为：打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土。

喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6 m。喷射混凝土时应该先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。

喷射速度适当有利于混凝土的压实。开机后需要观察风压，当起始风压达到0.5 MPa后才能开始操作，并据喷嘴出料情况进行风压调整。一般工作风压为：边墙0.3～0.5 MPa，拱部0.4～0.65 MPa。如果为土质隧道，则喷射混凝土时喷射机的压力一般不应大于0.2 MPa。

喷射时应使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可接近90°，以使其获得最大压实和最小回弹。喷嘴与受喷面的距离宜为1.5～2.0 m；喷嘴应连续缓慢地作横向环行移动，一圈压半圈；如果受喷面被钢架、钢筋网等覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但喷射角度不宜小于70°。

1.5  养护

喷射混凝土终凝2 h后，应该进行养护。石质隧道采用喷雾养护，土质隧道采用养护液养护。养护时间应不小于14 d。当气温低于5 ℃时，不得采用洒水养护。

2  城市隧道湿喷混凝土质量控制

2.1  混凝土抗压强度试验

采用喷大板切割法或凿方切割法制作混凝土试块，且标养28 d进行试验，强度必须满足要求。每10延米至少在拱部和边墙各制作1组试件，材料或配合比变化时应按要求增加试件。抗压强度不合格时，要认真查找原因，凿除重喷。

2.2  回弹控制

应采用合适的配合比，配比中，细骨料需采用较细的河砂，粗骨料粒径最大控制在10 mm左右，适当增加速凝剂的添加量也可以减少回弹。喷射混凝土时，喷枪与壁面应垂直喷射，这种操作方法的压密效果好，且回弹量少。

2.3  湿喷混凝土厚度检测

喷层厚度应用凿孔法检查，每10延米至少设置一个检查断面，再从拱顶起每隔2 m凿孔1个。湿喷混凝土厚度不合格时，必须补喷。如果发现有裂缝、脱落或渗漏水现象时，要整治后补喷。

2.4  湿喷面事前处理控制

应清除可能落下的浮石，如果有涌水时，先喷1层具有较大速凝剂量的砂浆，安设枝丫状盲沟引流至排水沟；涌水较大时，在涌水处钻眼，埋设带堵头的钢管把水引出。根据实际情况调整混凝土配合比，增加水泥用量，并喷射混凝土。

2.5  湿喷混凝土表面控制

湿喷混凝土要做到均匀密实，表面平顺整洁，无干斑或流滑现象。对围岩表面凸凹明显的部位应填平补齐，为防水板的铺设创造了良好条件。

3  结束语

采用湿喷式混凝土技术不仅能加快初期支护循环，缩短湿喷作业时间，而且能提高湿喷混凝土质量，减少城市隧道的不安全因素。

湿喷混凝土是保证城市隧道初期支护施工质量的关键工序，其施工质量直接影响到城市隧道的施工质量和施工进度。城市隧道设计施工经验表明，对湿喷混凝土施工工艺及质量控制进行研究及应用，有利于完善城市隧道施工初期支护质量控制体系，具有一定的经济效益和社会效益。

参考文献：

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［2］王毅才.隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2006.

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作者简介：费瑞振（1988—），男，河北秦皇岛人，助理工程师，从事隧道及地下结构工程的设计研究

〔编辑：张思楠〕