馬草原，牟明俊，歐陽祿龍

(中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070)

1 工程概況

某高速公路隧道工程全長為13.2 km，穿越數(shù)條大斷裂帶和數(shù)十條斷層破碎帶，經(jīng)過水文地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，該段地下涌水多且地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜。通過對已完成噴射混凝土施工經(jīng)過現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)施工中存在噴射支護厚度未達標、回彈率高、混凝土脫落等情況，其中以高回彈率問題最為突出，導致隧道工程的整體噴射支護效果差，現(xiàn)場噴射效果如圖1所示，嚴重影響隧道工程的整體施工質(zhì)量與進度。

圖1 現(xiàn)場噴射效果圖

2 高回彈率原因

為確保隧道工程的施工質(zhì)量與進度，在充分了解施工現(xiàn)場噴射混凝土高回彈率問題的基礎(chǔ)上，從影響噴射混凝土的回彈率大小的3個主要因素上著手分析高回彈率原因。

2.1 原材料質(zhì)量

在隧道噴射混凝土施工中，原材料質(zhì)量對回彈率的大小有著直接影響，如果出現(xiàn)原材料質(zhì)量不合格，就會引起高回彈率問題。如果水泥材料的初凝速度過低，就會出現(xiàn)回彈率過高問題；如果在施工中砂子過粗，導致砂子與碎石不能均勻混合，回彈率會顯著增大，而在該隧道工程中，所采用的是砂子細度模數(shù)為3.2、含泥量為4.2%的中粗砂，符合施工要求，不影響回彈率。對采購不同批次的水泥摻量5%速凝劑進行測試，檢測結(jié)果顯示均滿足標準中合格品凝結(jié)時間檢測指標的要求，但不同采購批次的水泥顏色存在差異，說明水泥存在明顯品質(zhì)波動。由此可見，水泥品質(zhì)影響了回彈率大小。

2.2 噴射混凝土配合比

配合比直接決定著噴射混凝土的回彈率大小，因此在一般情況下，噴射混凝土配比都是根據(jù)隧道初期支護設(shè)計標準進行設(shè)計，并嚴格控制水泥、砂子、減水劑等材料質(zhì)量。在該隧道施工中，根據(jù)隧道初期支護設(shè)計標準，噴射混凝土采用的是和易性較好的C25混凝土，配合比如表1所示。并在施工前對水泥、砂子、速凝劑等原材料的品質(zhì)、性能進行檢驗，各項性能指標均能滿足設(shè)計標準要求，其工作性如表2所示。

表1 C25混凝土配合比 單位：kg/m3

表2 混凝土的工作性

由表2可知，混凝土各項性能指標均滿足相關(guān)標準規(guī)定要求，具有較好的和易性，且在施工中并未出現(xiàn)和易性不良問題。由此可見，在隧道工程中噴射混凝土的配合比是滿足噴射施工要求的不會引起高回彈率。

2.3 噴射工藝

噴射工藝是影響噴射混凝土高回彈率的主要原因，而噴射工藝主要受混凝土噴射厚度、噴射角度、風壓、水壓等因素的影響。本次隧道施工中，噴射施工中主要存在以下問題。

1)噴射混凝土流動性較大。在噴射混凝土施工過程中，由于混凝土入噴射機坍落度為150 mm，導致混凝土流動性不足，現(xiàn)場進料困難，相關(guān)操作人員在作業(yè)過程中往混凝土中加水，使得混凝土的流動速度增大，遠遠超過混凝土設(shè)計要求的坍落度。當混凝土加水后，混凝土在凝結(jié)硬化過程中需要更多的速凝劑，但是速凝劑的量是一定的，隨著自由水量的增多，凝結(jié)硬化時間變長，噴射混凝土的回彈率也隨之增加。

2)單層噴射厚度過厚。本次噴射混凝土施工為降低回彈率，采取分層噴射。但是，從單層噴射厚度來看，拱腳和拱肩的一次性噴射滿足設(shè)計厚度，而拱頂?shù)膯螌訃娚浜穸冗^厚，導致粘結(jié)在拱頂巖面的粘結(jié)力不足以抵消混凝土自身的重力，使得混凝土發(fā)生脫落，增加了回彈率。

3)噴射角度不正確。在噴射施工中，噴嘴與隧道弧面切線并未呈90°，導致噴射機噴射混凝土的噴射力F自動分解為擠壓混凝土的力F1和剪切混凝土的力F2，具體如圖2所示，如果混凝土凝結(jié)硬化產(chǎn)生的抗彎力難以抵消剪切力，就容易產(chǎn)生混凝體脫落現(xiàn)象，進而增加回彈率。

圖2 噴射力示意圖

4)噴射風壓過低。據(jù)研究表明，風壓過高或過低都會造成混凝土脫落，從而增加回彈率。如果噴射風壓過低，會使混凝土受壓實力不足，并導致噴射的混凝土不能與受噴面黏結(jié)密實，造成混凝土脫落，最終增大混凝土的回彈率。

3 控制措施

針對噴射混凝土高回彈率出現(xiàn)原因，本文主要從原材料質(zhì)量控制、優(yōu)化材料配合比以及加強工藝要點管理等方面，提出相應的控制措施，以有效降低噴射混凝土回彈率。

3.1 嚴格控制原材料質(zhì)量

為有效降低回彈率，在施工過程中應嚴格控制原材料質(zhì)量。根據(jù)以上論述，主要控制水泥質(zhì)量。本次隧道混凝土噴射施工中，在水泥、砂子、減水劑等原材料的各項性能指標均滿足相關(guān)要求且保持均勻穩(wěn)定的情況下，在原材料保存時應在分批次驗收合格后分類入倉，不得隨意變更原材料產(chǎn)地與批次。同時，還應將速凝劑與水泥的檢測基準樣封存，做好水泥同速凝劑的匹配性，提升水泥品質(zhì)的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)水泥品質(zhì)波動問題。

3.2 優(yōu)化材料配合比

在施工中要準確計量各原材料，嚴格控制混凝土攪拌時間，確保拌合物質(zhì)量均勻穩(wěn)定，使出機料具備良好的和易性。同時，還應針對噴射施工中出現(xiàn)的混凝土流動性問題，結(jié)合現(xiàn)場實際情況對配合比進行優(yōu)化，當出現(xiàn)混凝土流動性不足時，嚴禁在噴射施工前加水，應通過優(yōu)化配合比，如適當增加減水劑摻量或改善減水劑的保塑效果等。對于因待料時間過長已初凝的混凝土作廢料處理，可有效減少回彈率。

3.3 加強工藝要點管理

針對上述噴射工藝缺陷，要想降低噴射混凝土回彈率，就必須加強工藝要點管理。主要從以下幾個方面著手。

1)分層噴射厚度控制。混凝土黏結(jié)在拱頂巖面的黏結(jié)力不足以抵消混凝土自身的重力而出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。因此，需要結(jié)合不同噴射部位混凝土的下墜力不同的特點，合理調(diào)整速凝劑摻量，通常情況下拱頂速凝劑摻量要大于拱腳、拱肩速凝劑摻量。根據(jù)設(shè)計要求，每層厚度控制在5 cm以內(nèi)，噴嘴繞受噴巖面做橢圓形運動，先進行拱腳處理，然后開展邊墻和拱腰處理，最后噴射拱頂部分，相鄰區(qū)域間隔時間不得低于3 min，避免在噴射壓力的作用下，導致混凝土脫落。

2)噴射角控制。根據(jù)上文論述，噴嘴與隧道弧面切線的角度宜控制為 90°，以降低回彈率。但是，在噴射邊墻結(jié)構(gòu)時，應將噴嘴適當向下傾斜10°左右，這樣才能確保噴射的混凝土束可以落在厚度較大的混凝土頂端區(qū)域，減少回彈量。

3)風壓管理。在噴射過程中，噴射風壓宜控制在 0.8～0.9 MPa，避免因噴射風壓過低，影響混凝土的受壓實力，使噴射的混凝土不能與受噴面黏結(jié)密實，造成混凝土脫落，增大回彈率。同時還應合理控制噴嘴與受噴面的距離，因距離過大而導致噴射密實度不足，最終導致混凝土脫落。

除上述幾點外，在隧道噴射混凝土施工中，誤操作也是造成高回彈率的一個重要原因。因此，在進行噴射施工前，必須組織相關(guān)人員進行專業(yè)技術(shù)、噴射工藝技能等培訓，增強其專業(yè)技能和作業(yè)經(jīng)驗，能夠在施工中按照規(guī)范標準施工，合理控制回彈率，提升噴射施工質(zhì)量和標準化程度。

4 結(jié)語

隨著高速公路、鐵路建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，噴射混凝土施工技術(shù)應用越來越廣泛。高回彈率是噴射混凝土施工技術(shù)中最主要的問題，因此本文結(jié)合實際案例展開分析，水泥品質(zhì)的穩(wěn)定性和噴射混凝土配合比是影響噴射混凝土回彈率大小的重要參數(shù)，而噴射厚度、角度、風壓等噴射工藝是噴射混凝土回彈率大小的關(guān)鍵要素。針對高回彈率出現(xiàn)的原因提出合理、有效的控制措施，降低噴射混凝土回彈率，有效提高噴射施工質(zhì)量。