費(fèi)瑞振

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津300142）

城市隧道濕噴混凝土施工工藝及質(zhì)量控制＊

費(fèi)瑞振

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津300142）

在城市隧道中使用濕噴混凝土技術(shù)，能極大地改善城市隧道內(nèi)的施工作業(yè)環(huán)境，可以縮短噴射混凝土的作業(yè)時(shí)間，同時(shí)，提高噴射混凝土的品質(zhì)及質(zhì)量。以城市暗挖隧道濕噴混凝土施工為背景，在深入研究國(guó)內(nèi)外城市隧道濕噴混凝土技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)城市暗挖隧道濕噴混凝土的施工工藝及質(zhì)量控制進(jìn)行了探討，可為類似工程提供技術(shù)參考。

濕噴混凝土；城市隧道；施工工藝；質(zhì)量控制

噴射混凝土作為一種成熟的施工技術(shù)，多年來(lái)在隧道工程、礦山井巷和建筑基坑等支護(hù)中已得到普遍應(yīng)用。噴射混凝土的施工工藝主要有干式噴混凝土和濕式噴混凝土這兩種。濕式噴混凝土施工時(shí)可使工作面附近的空氣粉塵含量降低至2 mg/m3以下，混凝土回彈可減少5%～10%，并能獲得較好的施工質(zhì)量，同時(shí)，改善施工環(huán)境。

高速鐵路及城際鐵路一般會(huì)以城市隧道的形式下穿城市繁華區(qū)域，暗挖法城市隧道常采用濕噴混凝土技術(shù)進(jìn)行施工。隨著暗挖法城市隧道工程越來(lái)越多，有必要針對(duì)城市隧道濕噴混凝土的施工工藝和質(zhì)量控制進(jìn)行思考和研究，從而確保城市隧道初期支護(hù)的安全施工及工程質(zhì)量。

1 城市隧道濕噴混凝土施工工藝

1.1 施工準(zhǔn)備

1.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

施工前，應(yīng)由專業(yè)工程師向現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，并確認(rèn)人員、設(shè)備、材料、機(jī)具、作業(yè)環(huán)境等滿足正常作業(yè)的要求。

1.1.2 原材料準(zhǔn)備

水泥技術(shù)要求：應(yīng)優(yōu)先采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 MPa；遇含可溶性硫酸鹽地層或地下水地段，應(yīng)根據(jù)侵蝕類型及侵蝕程度選擇抗硫酸鹽水泥；水泥的安定性、凝結(jié)時(shí)間均應(yīng)合格。骨料與水泥中的堿離子可能發(fā)生反應(yīng)時(shí)，應(yīng)首選低堿水泥；噴混凝土需要早期強(qiáng)度較大時(shí)，可選用硫鋁酸鹽水泥或者其他早強(qiáng)水泥。

砂、石技術(shù)要求：粗骨料應(yīng)采用堅(jiān)硬、耐久的碎石或卵石，兩者混合物亦可。嚴(yán)禁選用堿活性骨料，當(dāng)使用堿性速凝劑時(shí)，不得使用含有活性二氧化硅的石料。噴混凝土中的石子最大粒徑不宜大于15 mm，噴射鋼纖維混凝土中的石子最大粒徑不宜大于10 mm，骨料級(jí)配宜采用連續(xù)級(jí)配。按重量計(jì)含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.25%.細(xì)骨料應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5。砂中小于0.075 mm的顆粒不大于20%.含泥量不大于3%，泥塊含量不大于0.5%.

水的技術(shù)要求：水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)，不使用污水、海水、酸性水以及硫酸鹽含量超過(guò)水重1%的水。

速凝劑技術(shù)要求：混凝土的后期強(qiáng)度無(wú)明顯損失；對(duì)混凝土和鋼材無(wú)腐蝕作用；不污染環(huán)境，對(duì)人體無(wú)害。在使用速凝劑前，應(yīng)進(jìn)行與水泥的相容性試驗(yàn)及水泥凈漿凝結(jié)效果試驗(yàn)，嚴(yán)格控制摻量；水泥凈漿初凝時(shí)間不應(yīng)大于5 min，終凝時(shí)間不應(yīng)大于10 min。

減水劑技術(shù)要求：應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一等品及以上的質(zhì)量要求和其他有關(guān)環(huán)境保護(hù)的規(guī)定，品種和摻量應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。

合成纖維技術(shù)要求：抗拉強(qiáng)度不宜小于280 MPa。合成纖維長(zhǎng)度和直徑允許偏差應(yīng)為設(shè)計(jì)尺寸的±10%，合成纖維不得有妨礙纖維與水泥黏結(jié)的雜質(zhì)，也不得混有妨礙水泥硬化的化學(xué)成分。

1.1.3 配合比準(zhǔn)備

目前，一般認(rèn)為較為合適的基本配合比是20%的水泥材料，加上15%～20%的粗骨料以及總重量60%～65%的砂料。根據(jù)粗、細(xì)骨料的不同以及水泥種類、外加劑摻量、外加劑種類、噴射混凝土的具體要求，上述比例會(huì)有所不同。噴射混凝土?xí)r，會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的回彈，鑒于回彈會(huì)使噴射后的混凝土成分與最初拌和成分不一致，因此，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮這種因素。只有這樣，才能確保噴射到工作面上的混凝土能夠達(dá)到設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

1.1.4 機(jī)具準(zhǔn)備

噴射混凝土的設(shè)備機(jī)具配置應(yīng)結(jié)合隧道開(kāi)挖方法、工期要求等進(jìn)行合理配置，配套的生產(chǎn)能力應(yīng)為均衡施工能力的1.2～1.5倍。需要準(zhǔn)備的主要機(jī)械設(shè)備有挖掘機(jī)、裝載機(jī)、混凝土運(yùn)輸車、空壓機(jī)、濕噴機(jī)、通風(fēng)機(jī)、拌和站等。

1.2 混凝土攪拌

濕噴混凝土的攪拌通常采取全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)，施工配料應(yīng)嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行操作，速凝劑在噴射機(jī)喂料時(shí)加入。

1.3 混凝土運(yùn)輸

運(yùn)輸應(yīng)采用混凝土運(yùn)輸罐車，隨運(yùn)隨拌。噴射混凝土?xí)r，多臺(tái)運(yùn)輸車應(yīng)交替運(yùn)料，以滿足濕噴混凝土的供應(yīng)。在運(yùn)輸過(guò)程中，要防止混凝土離析、水泥漿流失、坍落度變化以及產(chǎn)生初凝等現(xiàn)象。

摻有合成纖維混凝土的攪拌時(shí)間宜為4～5 min。攪拌完成后隨機(jī)取樣，如果纖維已均勻分散成單絲，則混凝土可投入使用；如果仍有成束纖維，則至少應(yīng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間30 s才可使用。

1.4 噴射作業(yè)

噴射操作程序應(yīng)為：打開(kāi)速凝劑輔助風(fēng)→緩慢打開(kāi)主風(fēng)閥→啟動(dòng)速凝劑計(jì)量泵、主電機(jī)、振動(dòng)器→向料斗加混凝土。噴射混凝土作業(yè)應(yīng)采用分段、分片、分層依次進(jìn)行，噴射順序應(yīng)自下而上，分段長(zhǎng)度不宜大于6 m。噴射混凝土?xí)r應(yīng)該先將低洼處大致噴平，再自下而上順序分層、往復(fù)噴射。

噴射速度適當(dāng)有利于混凝土的壓實(shí)。開(kāi)機(jī)后需要觀察風(fēng)壓，當(dāng)起始風(fēng)壓達(dá)到0.5 MPa后才能開(kāi)始操作，并據(jù)噴嘴出料情況進(jìn)行風(fēng)壓調(diào)整。一般工作風(fēng)壓為：邊墻0.3～0.5 MPa，拱部0.4～0.65 MPa。如果為土質(zhì)隧道，則噴射混凝土?xí)r噴射機(jī)的壓力一般不應(yīng)大于0.2 MPa。

噴射時(shí)應(yīng)使噴嘴與受噴面間保持適當(dāng)距離，噴射角度盡可接近90°，以使其獲得最大壓實(shí)和最小回彈。噴嘴與受噴面的距離宜為1.5～2.0 m；噴嘴應(yīng)連續(xù)緩慢地作橫向環(huán)行移動(dòng)，一圈壓半圈；如果受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)等覆蓋時(shí)，可將噴嘴稍加偏斜，但噴射角度不宜小于70°。

1.5 養(yǎng)護(hù)

噴射混凝土終凝2 h后，應(yīng)該進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。石質(zhì)隧道采用噴霧養(yǎng)護(hù)，土質(zhì)隧道采用養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)不小于14 d。當(dāng)氣溫低于5℃時(shí)，不得采用灑水養(yǎng)護(hù)。

2 城市隧道濕噴混凝土質(zhì)量控制

2.1 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

采用噴大板切割法或鑿方切割法制作混凝土試塊，且標(biāo)養(yǎng)28 d進(jìn)行試驗(yàn)，強(qiáng)度必須滿足要求。每10延米至少在拱部和邊墻各制作1組試件，材料或配合比變化時(shí)應(yīng)按要求增加試件。抗壓強(qiáng)度不合格時(shí)，要認(rèn)真查找原因，鑿除重噴。

2.2 回彈控制

應(yīng)采用合適的配合比，配比中，細(xì)骨料需采用較細(xì)的河砂，粗骨料粒徑最大控制在10 mm左右，適當(dāng)增加速凝劑的添加量也可以減少回彈。噴射混凝土?xí)r，噴槍與壁面應(yīng)垂直噴射，這種操作方法的壓密效果好，且回彈量少。

2.3 濕噴混凝土厚度檢測(cè)

噴層厚度應(yīng)用鑿孔法檢查，每10延米至少設(shè)置一個(gè)檢查斷面，再?gòu)墓绊斊鹈扛? m鑿孔1個(gè)。濕噴混凝土厚度不合格時(shí)，必須補(bǔ)噴。如果發(fā)現(xiàn)有裂縫、脫落或滲漏水現(xiàn)象時(shí)，要整治后補(bǔ)噴。

2.4 濕噴面事前處理控制

應(yīng)清除可能落下的浮石，如果有涌水時(shí)，先噴1層具有較大速凝劑量的砂漿，安設(shè)枝丫狀盲溝引流至排水溝；涌水較大時(shí)，在涌水處鉆眼，埋設(shè)帶堵頭的鋼管把水引出。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整混凝土配合比，增加水泥用量，并噴射混凝土。

2.5 濕噴混凝土表面控制

濕噴混凝土要做到均勻密實(shí)，表面平順整潔，無(wú)干斑或流滑現(xiàn)象。對(duì)圍巖表面凸凹明顯的部位應(yīng)填平補(bǔ)齊，為防水板的鋪設(shè)創(chuàng)造了良好條件。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用濕噴式混凝土技術(shù)不僅能加快初期支護(hù)循環(huán)，縮短濕噴作業(yè)時(shí)間，而且能提高濕噴混凝土質(zhì)量，減少城市隧道的不安全因素。

濕噴混凝土是保證城市隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，其施工質(zhì)量直接影響到城市隧道的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。城市隧道設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)濕噴混凝土施工工藝及質(zhì)量控制進(jìn)行研究及應(yīng)用，有利于完善城市隧道施工初期支護(hù)質(zhì)量控制體系，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］郭陜?cè)?隧道施工技術(shù)方案及方法遴選之我見(jiàn)［J］.隧道建設(shè)，2006，26（06）.

［2］王毅才.隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］朱廣兵.噴射混凝土研究進(jìn)展［J］.混凝土，2011（04）.

［4］彭巨中.淺談隧道濕噴混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用［J］.低碳世界，2015（08）.

［5］劉應(yīng)安，王同民.隧道施工中混凝土濕噴工藝技術(shù)探討［J］.公路交通技術(shù)，2010（03）.

〔編輯：張思楠〕

U455.4

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.001

2095－6835（2017）16－0001－02

中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題（編號(hào)：2014G004-K）“京沈客專城市隧道綜合修建技術(shù)研究”

費(fèi)瑞振（1988—），男，河北秦皇島人，助理工程師，從事隧道及地下結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)研究