对隧道喷射混凝土几种工艺的比较

付文凤

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100107）

目前，国内隧道喷射混凝土施工工艺有干喷、潮喷、湿喷3种方法，而现行设计文件、工业卫生条件改善、成本的控制、工程质量方面都要求湿喷。

1 隧道喷射混凝土支护的原理

1.1 固结与阻止或延缓风化的原理

在高压风（水）的作用下，混凝土以很高的速度及压力快速与围岩结合，瞬间填满裂隙，提高了围岩本体的黏结力和内摩擦角，从而提高了围岩的强度。由于包裹围岩，能够阻止或延缓外部环境造成的岩体继续变形或破坏。

1.2 改善岩体应力状态原理

喷射混凝土将开挖后凸起或凹陷的岩石封闭成较为平顺、均匀的一体，从而在一定程度上消除了开挖面本身的应力集中，减少了对围岩的破坏。同时，这也改变了周边围岩空间的受力状态，提高了围岩的强度。

1.3 柔性支护结构原理

喷射混凝土具有很强的黏结力，能与围岩高效黏结，并一起受力。此外，由于喷层较薄，兼有一定的柔韧性，所以可与围岩共同发生形变产生径向位移，因而形成了一定范围的非弹性区域，故而围岩的自支承能力得到充分发挥，喷层本身的受力状态也得到改善。

1.4 组合拱原理

被节理裂隙切割形成的块状结构围岩中，岩块间靠相互嵌挤、互锁、咬合作用而保持稳定。爆破开挖后的围岩因震动或破坏了原有的稳定结构，经常会有掉落或松动的石块，但由于岩体本身的关联作用，邻近的石块也会因此不断丧失稳定而坠落，进而造成较大范围的塌方。爆破开挖后，如果能迅速喷射一层混凝土，当喷层与围岩共同作用足以抵抗围岩的局部破坏时，就能有效防止个别松动危石的滑移或坠落，则岩石间的关联咬合作用就能得以保持。这样，不但能保持围岩自身的稳定，而且与喷层构成共同承载的整体结榴弹——组合拱。

2 干喷（潮喷）、湿喷混凝土的工艺区别

（1）喷射混凝土施工工艺框图，如图1所示。

（2）喷射混凝土材料在洞外由砼拌和站拌好，输送车向洞内送料，空压机供风（和高压水）。湿喷射混凝土施工程序详见图2；干喷混凝土施工程序详见图3。

（3）干喷与湿喷混凝土施工工艺的区别主要表现在机型、混凝土拌和料、速凝剂及添加方式等方面，具体见表1和表2。

图1 喷射混凝土施工工艺框图

图2 湿喷射砼施工程序图

图3 干喷射砼施工程序图

表1 干喷与湿喷混凝土施工工艺比较

表2 喷射机性能比较

3 干、湿喷混凝土效果比较

干喷混凝土粉尘大、回弹量大、混凝土密实性差，因此质量难保证，湿喷工艺则很好地解决了这些问题，其比较见表3。

表3 干、湿喷混凝土效果比较

说明：（1）回弹量及粉尘浓度：回弹意味着粗骨料损失，而粉尘则意味着微细颗粒的损失。这两者对附着的喷混凝土质量都具有重要的影响。

（2）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086），回弹率边墙不大于15%，拱部不大于25%，粉尘浓度小于10mg/m3。《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》（TZ231—2007）中规定，喷射混凝土时粉尘含量不得大于2mg/m3。

（3）回弹量与喷浆操作水平有直接关系。一般要领：①控制适当喷射风压。如果喷设风压过大，会导致喷射速度增大，从而混凝土回弹量增加；如果喷射风压过小，会使得喷射速度太小，压实力偏小，影响喷混凝土强度。②保持适当喷射距离，喷射时要注意尽可能保证喷嘴至岩面的距离，距离宜为1.5～2.0m。此外，要尽可能保证喷嘴与受喷面接近垂直，因为这样既可以保证最大压实，又可达到最少回弹的效果。喷射作业时，应连续、缓慢作横向环行移动，重叠搭接，喷嘴所画的环形圈，横向50 cm左右、高18 cm左右为宜。若受喷面有钢架、网片等支撑物时，喷射角度可适当调整，宜大于70°。

4 从成本和操作方面分析比较干、湿喷混凝土

（1）以兰渝铁路某工程局2010年8月份干、湿喷成本比较见表4。

（2）干、湿喷混凝土其他方面对比分析见表5。

表5 干湿混凝土其他方面对比分析

5 结论

通过近年来隧道工程应用实践表明，湿喷具有以下优点：

5.1 环保健康

粉尘浓度大幅降低，洞内空气质量明显提升，极大地改善了隧洞内的施工环境，保护了作业工人的身体健康，具有极好的社会效益。

5.2 高效率

（1）湿喷机（手）机械化程度高，节约劳动力。

（2）喷射速度快，回弹率低，缩短作业时间，提高了生产效率。

（3）一次喷射厚度大，减少重复喷射次数，缩短工序循环时间。这最大程度地体现了隧道施工的时间价值。

5.3 质量可靠、安全性高

喷射混凝土外加剂计量准确，添加方便，拌合及水化作用充分，喷射密实度大。同时，由于一次喷层厚度比干喷大幅度提高,客观上容易达到设计喷层厚度、强度要求。此外，由于湿喷混凝土早期强度明显提高,同时喷射速度快，快速封闭围岩可及早发生作用，尤其在破碎危险地段，可以实现远距离喷射，这些都有效地防止了洞顶塌方等安全、质量事故的发生。

表4 干、湿喷成本比较

5.4 经济效果好

（1）湿喷回弹率低，节约大量材料，节省时间。因此，湿喷技术除上述优点外，还会带来直接的经济效益。

（2）近几年，伴随着高铁的迅猛发展和科技的进步，工程领域在混凝土掺合料方面有了较大的进步与变化，各种外加剂的有效掺入和计量的精确，大大改善了混凝土的性能。总之，从计量控制精度、操作过程等方面来看，与干喷相比，湿喷更有益于很多成熟技术的应用。

（3）湿喷的经济效果还体现在高效率、环保健康、节约时间等方面。

总之，湿喷工艺是一种科技进步的体现，是资源型、环保健康型的工艺。湿喷的根本意义在于：通过湿喷工艺手段来解决以往传统的干喷工艺中难以克服的粉尘量大、污染严重、回弹率高、混凝土品质难保证等关键技术问题。混凝土湿喷技术恰恰可以为解决在隧道施工中混凝土干（潮）喷时的均质性差、强度低、回弹率高、粉尘大等问题开辟了一种新的途径。

随着科学技术的发展和人类文明程度的提高，本着节约资源、实现可持续发展的态度，从质量、环境卫生、职业健康条件的改善，与世界先进技术接轨等方面来分析，湿喷工艺都优越于干喷工艺。因此，建议今后的隧道施工中要强制性推广湿喷工艺，使湿喷工艺变为标准的习惯性操作，使这个行业的参与者都能够认可、接受这种工艺，使这种工艺真正得到推广和应用。