高速公路超长隧道支护湿喷混凝土施工技术及质量控制

张旭

（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

隧道是高速公路路网的重要组成部分。随着我国路网的进一步完善，隧道规模也在不断增大，出现了很多超长隧道。在超长隧道施工中，难免需要从某些特殊地层中穿过，这无疑给隧道围岩支护提出了更高的要求。为保证围岩的稳定性与安全性，湿喷混凝土技术凭借其操作简单、效果显著和适应性强等优势得到了广泛的应用。为了使这项支护技术充分发挥出应有的效果，本文结合某工程的实际情况，对相关施工技术及质量控制进行深入探讨。

1 工程概况

某高速公路合同段总长约5.72km，挖、填方量分别为86.653万m3和68.337万m3，沿线范围内分布有2座大桥和1座隧道。其中，隧道为分离式结构，左、右两幅之间的距离为20～30m，总长约3 108.5m。结合前期地质调查结果可知，隧道从断层中穿越，断裂带宽度为20m左右，倾斜角为60°左右，断层围岩以花岗岩风化土为主，对围岩稳定性影响很大。设计采用湿喷混凝土技术加以支护，现对该支护技术的具体应用及质量控制作如下分析。

2 机具配套

（1）以隧道断面大小为依据制作工作台架。台架长度不能比一个循环长度小，否则会给正常喷射作业造成很大影响。

（2）由于喷射机料斗相对较高，为减轻施工人员劳动强度，增设一个0.7m高上料平台。

（3）喷射机选择湿喷机，其结构由4部分构成，分别为空气管路、喂料机构、输料机构和计量系统。喂料机构作为整个湿喷机的核心部分，主要通过转子活塞的持续运动进行上料。混凝土到达混合仓库以后，和压缩空气混合，变为稀薄流，然后通过管道与喷嘴向外喷出。与此同时，由计量泵对液态速凝剂进行泵送，并采用雾化器进行雾化加速，由管道输送，在喷嘴处和稀薄流混凝土混合[1]。

（4）空压机，供风能力不低于0.5MPa。

（5）供水设备，水压不低于0.15～0.20MPa。

3 材料选择和配比

（1）水泥以标号为42.5的普硅水泥为主；砂的细度模数为2.59；粗骨料采用连续级配碎石，其粒径在5～15mm范围内；拌和用水采用符合标准的饮用水；外加剂采用防水剂与速凝剂。

（2）混凝土配比需根据湿喷机各项技术要求确定，将素混凝土的配比作为基准配比，通过掺入不同类型的外加剂予以试配，所有试配方案对应的强度等级都应达到C25以上。

（3）结合现场地质调查结果，在设计确定的配比基础上对不同速凝剂实际掺量予以试验比对。为达到良好的喷射质量效果，对于渗水的岩面，需对混凝土配比予以适当更改，如只用细骨料，并按照6%的掺量加入速凝剂，以此配比先喷射2cm，然后采用正常配比的混凝土进行喷射[2]。

4 机械操作要求

开机之前相关操作人员应认真做好下列各项工作：

（1）检查材料，确定材料质量达到要求。

（2）检查料斗，确定无异物和速凝剂液面实际高度，通过对计量泵的适当调整，确保速凝剂的实际添加比例与配比要求完全相符。

（3）检查压力控制器的实际动作压力，确定其与输送距离等技术参数相适应，通常情况下，动作压力的设定值比正常工作时的风压大0.1～0.2MPa[3]。

（4）通过接管以避免混凝土输送管道产生急弯。

（5）检查电路，确定电压处于允许范围内。

（6）检查转子的运动方向，确定其与标记方向完全相同，并观察吸入管中液体的实际流动情况是否正常。

（7）按照以上要求完成检查并确认合格后，先在斜斗内倒入1/2斗砂浆，然后开启电机，使砂浆进入转子腔内。

（8）在斗筛中加入混凝土，并通过适当的振动辅助混凝土进入。

（9）结束以上各项工作后，观察风压值及其变化情况。通常情况下，喷射边墙时，风压需保持在0.2～0.5MPa范围内；喷射拱部时，风压需保持在0.30～0.45MPa范围内。施工中，要结合出料情况对主风阀开度进行适当调整。

5 施工工艺与质量控制

湿喷混凝土支护的施工工艺与质量控制要点如下：

（1）混凝土喷射开始前，需将岩面上的松动碎石清理干净，并在节理发育部位挂网与布设锚杆，以增强混凝土和围岩之间的整体性，使混凝土发挥良好的支护作用[4]。

（2）干净的集料不仅黏结力很大，而且不会产生太大的回弹，所以集料是否干净对实际喷射效果至关重要。在喷射时使用的混凝土，如果水灰比过大，将影响速凝效果，导致回弹，使成型后的混凝土无法形成足够的强度；如果水灰比过小，则会影响喷射过程，使水泥的水化无法充分完成，也会对成型后的强度造成影响。另外，水泥凝结速度还与温度有关，如果温度在30℃及以上，则会给混凝土终凝时间及后期强度造成一定影响，因此，在喷射施工中，应尽量将温度控制在15～25℃范围内。至于喷射厚度，应注意不可一次喷射过厚，否则可能造成大面积塌落；反之，如果喷射厚度过小，则可能导致粗骨料回弹。对此，结合施工经验和相关试验结果，对隧道拱部进行喷射时，厚度需按6cm控制；对隧道边墙进行喷射时，厚度需按8cm控制。在喷射过程中，如果风压过大，会使实际喷射速度过快，导致回弹；风压不足，又会影响混凝土和岩面之间的黏结性。同样，水压也是影响喷射质量的重要因素，施工中要根据现场实际情况选择适宜的参数，并加以严格控制。

（3）粗骨料搅拌之前，应先进行过筛和冲洗。为避免收缩裂缝的产生，细骨料以中、粗砂为宜，其细度模数应达到2.5以上，在搅拌之前同样要过筛。

（4）检查开挖面实际尺寸，并将表面松散的岩石清除，尤其对欠挖超标相对较多的地方应及时处理，然后用高压风水自上而下冲洗岩面，以清除粉尘，避免对混凝土黏结性造成影响，同时按照要求合理设置喷射厚度。

（5）喷射开始前，要结合岩面潮湿情况适当调整混凝土水灰比，并确保上料速度，保持连续性和均匀性，使进料斗内始终有适当的贮存量，并及时清除筛网上粒径超过16mm的料，以免掉落造成堵塞。喷射一般要分段和分块进行，先喷射边墙、再喷射拱部，将喷嘴对准岩面后，沿顺时针方向进行螺旋运动，将直径控制在20～30cm范围内，按照S形进行往返运动。喷嘴与岩面之间的距离按1m控制，且两者应保持垂直，也可稍微偏向刚完成喷射的位置。对于凹陷处，应适当多喷与先喷，而对于凸出的部位，则应适当少喷与后喷。

（6）输料管长度一般为40m左右，使风压与水压分别保持为200N/cm,210N/cm，供水系统压力不能超过40N/cm，并始终保持稳定。

6 质量检查

混凝土喷射完成后，做好以下各项质量检查工作：

（1）喷射完成后进行跟踪检查，确认混凝土表面是否存在裂纹。本次喷射完成后，经跟踪检查没有发现裂纹，但出现了麻点，其原因为喷射过程中工作风压相对较大，导致喷射速度过快。由于麻点数量较多，使喷射厚度不足，所以在喷射完成后需继续在表面喷射一层砂浆，其厚度按1～3cm控制。

（2）检查喷射完成后的岩面是否存在渗水痕迹，并通过凿孔确定该喷射厚度条件下的整体防水效果。若发现由于喷射厚度不足导致漫渗且漫渗范围相对较大时，则应及时进行补喷处理。

（3）若盲管安装部位的每个出水口均有水向外排出，且盲管两侧产生的渗漏比中间少很多，则说明盲管安装质量合格，可以达到预期要求。

（4）通过埋设检测钉来确定喷射厚度。如果对混凝土喷射层防水要求高，则喷射厚度应达到12～15cm，并采用分层喷射法，具体分层厚度应根据实际施工条件确定，一般第一层喷射厚度不得小于6cm，第二层喷射要达到设计要求厚度。

7 结语

综上所述，湿喷混凝土是一种现阶段常用的隧道支护手段。该高速公路超长隧道工程的湿喷混凝土支护施工已顺利完工，且经检查确认施工质量合格，表明所用施工工艺合理可行，值得类似高速公路超长隧道施工借鉴。