顧 鋒

（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧遼陽(yáng) 111000）

0 引言

錨噴形成初期支護(hù)的技術(shù)以其施工簡(jiǎn)便、支護(hù)及時(shí)，在隧道施工中得到廣泛運(yùn)用。根據(jù)其發(fā)展歷史，噴砼工藝主要有干噴、潮噴和濕噴3 種[1]。干噴和潮噴由于其回彈率高、粉塵含量大、對(duì)操作人員職業(yè)健康影響大等因素限制了其發(fā)展，目前隧道工程的初期支護(hù)施工主要采用濕噴工藝。無(wú)論采用哪種工藝，噴砼超耗問(wèn)題是影響隧道工程施工成本的主要因素之一[2]。

1 超欠挖對(duì)噴砼超耗的影響及降耗措施

在鉆爆法施工中，隧道超欠挖現(xiàn)象不可避免，采用噴砼回填超挖，是噴砼超耗的主要控制措施。影響超欠挖的因素主要有鉆孔精度、爆破技術(shù)、施工測(cè)量、地質(zhì)條件變化等，主要控制措施如下。

1.1 采用合理的爆破技術(shù)

不同的爆破方式，對(duì)隧道超欠挖的表現(xiàn)會(huì)有所不同，特別是爆破中所使用的裝藥量、爆破參數(shù)、爆破所用的器材等，對(duì)圍巖產(chǎn)生的擾動(dòng)不同。據(jù)相關(guān)資料顯示，采用光面爆破可以最大限度的減少爆破對(duì)圍巖的影響，可作為爆破過(guò)程中超欠挖控制的主要方法之一[3-4]。

1.2 提高測(cè)量放線的精度

開(kāi)挖輪廓線的精度控制是隧道圍巖爆破中超欠挖控制的重要措施之一，需要做好開(kāi)挖輪廓的測(cè)量放線工作，確定好開(kāi)挖的中線和標(biāo)高，避免出現(xiàn)開(kāi)挖的一側(cè)出現(xiàn)超挖、另外一側(cè)出現(xiàn)欠挖的情況。

1.3 提高鉆孔精度

鉆孔偏差對(duì)隧道圍巖爆破超欠挖量的影響最為直接，需要從多角度采取有效的措施提高鉆孔的精度：①做好鉆孔施工人員的培訓(xùn)，鉆孔機(jī)械使用人員按照爆破設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鉆孔，確保鉆孔的深度、位置、傾斜角等滿足設(shè)計(jì)要求；②鉆孔過(guò)程中，在輪廓線的內(nèi)側(cè)1～3 cm 進(jìn)行鉆孔定位，減少外插角的不利影響。

1.4 根據(jù)地質(zhì)條件和爆破效果調(diào)整爆破參數(shù)

在隧道施工中，圍巖地質(zhì)條件是不斷變化的，時(shí)常有軟弱夾層、溶洞等不良地質(zhì)情況出現(xiàn)。因此，爆破設(shè)計(jì)主要是采用經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。周邊眼的間距和裝藥方式，是對(duì)超欠挖影響最大的因素之一。一般周邊眼的間距為35～45 cm，軟巖取小值，硬質(zhì)巖取大值。裝藥采用間隔裝藥或采用紅繩爆破。為控制超欠挖，工程師應(yīng)該在第一次爆破后分析爆破的效果，并且結(jié)合圍巖的實(shí)際情況，調(diào)整鉆孔的位置、鉆孔的角度等爆破參數(shù)。

（1）若爆破后爆孔出現(xiàn)凸面，表明爆破層太厚，應(yīng)該減??；若爆孔出現(xiàn)凹面，則表明爆破層還可以加大。

（2）若爆破后出現(xiàn)明顯超挖，則需要調(diào)小爆破炸藥的用量；若爆破后出現(xiàn)明顯的欠挖，則需要加大炸藥的用量。

（3）爆破后孔口部分有半孔痕或某些地方出現(xiàn)破碎圈，則表明炸藥分布過(guò)于集中，需要分散間隔裝藥。

2 超前支護(hù)對(duì)噴砼超耗的影響及降耗措施

在軟弱圍巖隧道中，由于圍巖自穩(wěn)能力差，開(kāi)挖后圍巖的松弛變形發(fā)展極快，在實(shí)施初期支護(hù)前，圍巖就有坍塌的可能，造成超挖導(dǎo)致噴砼超耗增加，同時(shí)危及施工安全。因此通常采取超前小導(dǎo)管法進(jìn)行超前預(yù)加固措施，使圍巖的自穩(wěn)能力得到改善或提高，從而保障隧道的施工安全，減少噴砼超耗[5-6]。超前小導(dǎo)管主要有兩個(gè)方面的作用：①小導(dǎo)管自身的錨桿管棚加固；②小導(dǎo)管作為注漿漿液通道，注入漿液對(duì)圍巖加固。兩個(gè)作用都是為了限制圍巖應(yīng)力釋放，加強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力，對(duì)控制圍巖的超挖有利，對(duì)噴砼超耗控制有利。

2.1 加強(qiáng)超前小導(dǎo)管成形質(zhì)量

超前小導(dǎo)管以靠近掌子面的鋼架和前方未開(kāi)挖的部位巖體為支點(diǎn)，將前方不穩(wěn)定的巖塊或巖層穿連起來(lái)，在隧道環(huán)向上形成一道拱形承載殼。理論和實(shí)踐均表明，超前小導(dǎo)管在環(huán)向布置上越接近弧面，管間距越均勻，小導(dǎo)管穿連起來(lái)的這道拱形承載殼對(duì)限制圍巖應(yīng)力釋放、減少拱部巖體墜落導(dǎo)致的超挖越有效。在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)在靠近掌子面作為支點(diǎn)的鋼架上按設(shè)計(jì)間距標(biāo)記出鉆孔位置，嚴(yán)格按照布點(diǎn)鉆孔[7]。同時(shí)在已施作段初支上標(biāo)記鉆孔孔位的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，便于鉆孔過(guò)程隨時(shí)檢查鉆孔的傾斜度和方向，控制外插角控制在10°～15°，保障小導(dǎo)管按同一弧面布設(shè)。

2.2 加強(qiáng)超前小導(dǎo)管注漿質(zhì)量

漿液通過(guò)小導(dǎo)管滲透，擴(kuò)散到地層孔隙或裂隙中，對(duì)破碎圍巖經(jīng)行固結(jié)，這樣既可止水又可在工作面周?chē)纬梢粋€(gè)地層自拱，同時(shí)管體可起到超前錨桿的作用，達(dá)到提高圍巖自穩(wěn)能力、限制圍巖松弛脫落、限制超挖的效果。小導(dǎo)管注漿壓力是促使?jié){液在巖土層裂隙中擴(kuò)散的動(dòng)力，必須有足夠的壓力克服巖內(nèi)天然水壓力和地層裂隙阻力才能使?jié){液充分?jǐn)U散固結(jié)松散巖體，因此注漿壓力一般控制在0.5～1.0 MPa。超前小導(dǎo)管預(yù)注漿過(guò)程中，注漿應(yīng)自下而上進(jìn)行，先注無(wú)滲水孔，后注有滲水孔。當(dāng)注入量大，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，則加大漿液濃度；當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓或注漿量達(dá)設(shè)計(jì)值80%以上時(shí)可終止注漿。隧道爆破開(kāi)挖應(yīng)在小導(dǎo)管注漿3 h 以后進(jìn)行，使注入漿液有效固結(jié)破碎巖體。

3 噴射混凝配合比對(duì)超耗的影響及降耗措施

良好的混凝土性能是減少噴砼回彈量的根本措施。配合比的參數(shù)對(duì)混凝土質(zhì)量及回彈率的影響主要有灰骨比、水灰比、速凝劑，具體影響及控制措施如下。

3.1 灰骨比

適宜的灰骨比為1∶4～1∶4.5。水泥過(guò)少，回彈量大，初期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢；水泥過(guò)多，硬化后的砼收縮也增加，影響砼后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

3.2 水灰比

水灰比是影響噴射砼強(qiáng)度的主要因素。經(jīng)測(cè)定，適宜的水灰比為0.4～0.5。在這一范圍內(nèi)，砼表面平整，呈水量光澤，回彈量減少。偏離這一范圍，回彈量明顯增大。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)噴砼表面出現(xiàn)流淌、滑移、拉裂時(shí)，表明水灰比太大；若噴砼表面出現(xiàn)干斑、作業(yè)中粉塵大、回彈量增多時(shí)，則表明水灰比太小。

3.3 速凝劑

使用速凝劑的主要目的是使噴射砼速凝快硬，防止噴射砼因重力作用引起的脫落，增加回彈量。速凝劑選擇時(shí)，應(yīng)滿足初凝在3 min 以內(nèi)、終凝在12 min 以內(nèi)的條件。速凝劑的最佳摻量為水泥重量的2.5%～4%，而且通過(guò)試驗(yàn)得知，摻加速凝劑后，水灰比越大，速凝效果越差。

4 噴砼施工工藝對(duì)超耗的影響及降耗措施

在施工過(guò)程中，影響噴砼超耗的主要因素是混凝土的回彈值。主要控制手段如下：

4.1 風(fēng)壓控制

實(shí)踐表明，風(fēng)壓過(guò)大或過(guò)小，都將導(dǎo)致回彈量增大。當(dāng)噴嘴處的風(fēng)壓穩(wěn)定在0.1～0.2 MPa 時(shí)，對(duì)回填量的控制最為有利。此時(shí)風(fēng)源風(fēng)壓穩(wěn)定在0.4～0.65 MPa。

4.2 噴砼角度控制

在噴射平整的受?chē)娒鏁r(shí)，噴嘴應(yīng)與受?chē)娒娲怪?，如噴砼射流不能與受?chē)娒嫘纬?0°，將造成回彈量加大和密實(shí)度降低，砼強(qiáng)度下降。

4.3 噴射距離控制

噴砼距離過(guò)遠(yuǎn)或過(guò)近，都會(huì)使噴砼回彈率增加。當(dāng)風(fēng)壓適宜時(shí)，噴嘴與受?chē)娒孀罴丫嚯x一般為0.8～1.2 m。

4.4 一次噴砼厚度及間隔時(shí)間控制

噴砼在終凝前的抗拉及粘結(jié)強(qiáng)度都很低，若一次噴砼過(guò)厚，砼的自重大于其與受?chē)娒娴恼辰Y(jié)強(qiáng)度，即出現(xiàn)下墜和脫落，造成超耗增大（表1）。在剛開(kāi)始作業(yè)時(shí)，噴砼與受?chē)娒媾鲎?，粗骨料幾乎全被回彈，回彈率很大。?dāng)噴射厚度達(dá)到5 cm 后，后續(xù)骨料逐漸嵌入，回彈才基本穩(wěn)定下來(lái)。而且不同方向的受?chē)姴课?，?duì)噴砼的控制厚度也略有區(qū)別。

表1 一次噴砼最佳厚度

5 結(jié)論

通過(guò)分析噴砼超耗的影響因素及控制措施，可得出以下結(jié)論：

（1）合理的爆破參數(shù)、控制好超欠挖量，是降低噴砼超耗的主要手段。

（2）超前支護(hù)以及超前預(yù)注漿的質(zhì)量控制對(duì)提高軟弱圍巖自穩(wěn)能力有利，減少了開(kāi)挖后因圍巖失穩(wěn)導(dǎo)致的超挖，降低因回彈導(dǎo)致的噴砼超耗。

（3）合理的配合比，通過(guò)加快凝結(jié)速度，增強(qiáng)混凝土粘結(jié)力，降低噴砼回彈率，是降低噴砼超耗的保障性措施。

（4）采取合理的噴砼風(fēng)壓、噴射角度、噴砼厚度及順序，從工藝上降低噴砼回彈率，可作為降低噴砼超耗的關(guān)鍵手段。