隧道喷射混凝土施工质量控制

第４２卷第１１期　交通标准化　Ｖｏ１．４２　Ｎｏ．１１　２０１４年６月　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　Ｊｕｎ．２０１４　隧道喷射混凝土施工质量控制　曾　曼，刘　艳，杨文平，王超　（中交一航局第四工程有限公司兰渝项目部，天津３００４５６）　摘要：结合兰渝铁路六标隧道工程实例，从原材料、配合比、现场施工等方面总结隧道喷射混凝土质量控制要　点，以期为相关工程项目的施工提供一定的参考与借鉴。　关键词：喷射混凝土；质量；控制要点；控制数据　中图分类号：Ｕ４５５．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—４７８６（２０１４）ｌ１—０１４７—０５　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ　ＺＥＮＧ　Ｍｉｎ，ＬＩＵ　Ｙａｎ，ＹＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｃｈａｏ　（Ｌａｎｚｈｏｕ—Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｐｒ￣ｅｃｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎｏ．４　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｔｄ．ｏｆ　ＣＣＣＣ　Ｆｉｒｓｔ　Ｈａｒｂｏｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｔｄ．，　Ｔｉａｎｊｉｎ　３００４５６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　Ｌａｎｚｈｏｕ　ｔｏ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｎｏ．６　Ｃｏｎｔｒａｃｔ　Ｔｕｎｎｅｌ，　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｏｉｎｔｓ　ｆｏｒ　ｔｕｎｎｅｌ　ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ　ｆｒｏｍ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｍｉｘ—　ｉｎｇ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｉｎ—ｓｉｔｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｊ—　ｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ；ｑｕａｌｉｔｙ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｏｉｎｔ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄａｔａ　０　引言　１工程概况　为配合开挖，隧道工程中必须及时对开挖面　进行支护，锚喷支护为当前主要的支护方式。在　锚喷支护中，喷射混凝土具有施工速度快、支护　兰渝铁路ＬＹｓ一６标段正线线路总长７７．０９ｋｍ，　位于甘肃、陕西、四川Ｉ三省交界处，沿线有隧道　ｌ３座，共计６９　３７０延米，占全线总长度的９１％。　及时、施工安全等特点，主要起到支承和胶结、　填平补强、覆盖封闭围岩、提高抗渗性能及分配　扩散外力的作用，以提高隧道围岩的弹性抗力和　一隧道区在大地构造单元中处于扬子准地台之龙门　大巴山缘褶皱带，该褶皱带形成了一系列北东　向的断层和褶皱。标段内散布着洪积粗角砾土、　志留系板岩、白云岩、炭质千枚岩、　板岩夹变砂　岩、千枚岩等软弱岩层。为适应这种构造，隧道　稳定性。锚喷支护中，混凝土作用效果受多方面　因素的影响，如：施工材料、混凝土的配合比、　现场的工程地质状况（渗水、漏水、涌水、岩层　风化）、开挖情况以及现场施工、后期养护等因　素。如何很好地解决这些因素对喷射混凝土作用　效果的影响，控制喷射混凝土的质量，已成为隧　开挖采取新奥法，采用锚杆和喷射混凝土为主要　支护手段。因此，喷射混凝土质量控制的好坏成　为决定新奥法是否有效的关键因素，也是全线施　工安全质量是否可行的重要因素。隧道全线共需　喷射混凝土５６万ｍ。，体积数量极大，成本消耗　极高。　道初期支护施工中的一个重要课题。本文以兰渝　铁路ＬＹｓ一６标段隧道为例，分析隧道喷射混凝土　的施工质量控制。　收稿日期：２０１３—１２—１８　作者简介：曾曼（１９７３一），男，高级工程师，学士。　第４２卷第１１期　曾曼，等：隧道喷射混凝土施工质量控制　ｌ４９　２．４活性掺和料控制　验，得出实际使用时速凝剂的最佳掺量为３％～　喷射混凝土中活性掺和料代替部分未水化的　水泥，不仅可以降低成本，最主要的是可以利用　活性材料中的活性成分（主要是Ｓｉ０：与Ａ　０，）与水　５％，拱部最佳掺量为４％～５％，边墙为３％，试验　结果如图２所示。　一．－混凝土１ｄ强度／ＭＰａ●混凝土２８ｄ强度／ＭＰａ　－．＿喷射混凝土回弹率（％）　３５　３０　－、　．　泥水化产物Ｃａ（ＯＨ）：进行二次反应，生成含水硅酸　钙与含水铝酸钙。新生成的水化产物不仅提高了　喷射混凝土的强度和致密性，而且提高了其抗　ｏＵ　５０　Ｃ２５混凝土最低　．　２５　、　—　、　Ｉ４０　强度控制线　冻、抗渗、抗腐蚀等性能，更重要的是明显降低　了混凝土的回弹率。活性掺和料主要为粉煤灰、　矿粉和硅灰。　螽ｚｏ　暇１５　ｌＯ　５　、　＼　—、－　■０＿－－一　一———　＿．　３Ｏ槲　＊　２０回　１０　．通过配合比试配试验，得出：粉煤灰、矿粉　ｌ　‘　－　７　０　）　速凝剂掺量（％）　和硅灰“三掺”效果最佳，且最佳掺量约为胶凝　材料的２５％（粉煤灰１０％、矿粉１０％及硅灰５％）。　在此掺量下，混凝土成本和回弹率最低，平整　度、强度和抗渗性最好，利于施工。　２．５夕　加齐０控制　图２速凝剂掺量与喷射混凝土强度及回弹率关系图　３配合比控制　喷射混凝土配合比设计应满足下列要求：必　须能保证混凝土向上喷射到指定的厚度，并且回　弹最少；４～８ｈ的强度应具有能控制变形的能力；　在速凝剂用量满足可喷性和早期强度的要求下，　必须达到设计的２８ｄ强度，有良好的耐久性，回弹　为降低用水量、降低回弹率和粉尘率，使喷　射混凝土早凝早强，必须使用外加剂。其中速凝　剂要求较高，应采用符合质量要求并对人体危害　性很小的速凝剂。掺加速凝剂之前，应做速凝剂　量少，不发生堵管；当围岩渗水时，喷射混凝土　应满足抗渗要求。喷射混凝土配合比设计关键指　标是水灰比、砂率及矿物掺合料的使用。　参考致密堆积试验方法进行Ｃ２５喷射混凝土配　合比的设计，兰渝铁路Ｃ２５喷射混凝土配合比材料　用量如表１所示。　与水泥的相溶性试验及水泥净浆速凝效果试验，　初凝时间不应大于５ｒａｉｎ，终凝时间不应大于　１０ｍｉｎ，并将速凝剂温度控制在１０—２Ｏ℃，不宜　暴晒。　通过在权子垭隧道进口进行工艺性试喷试　表１不同混凝土配合比试配材料用量及试验结果分析　编号　水胶比　砂率　（％）　材料用量／（ｋｇ／ｍ　）　水泥　粉煤灰　矿粉　硅灰　４６５　４ｌ９　４１９　４４２　３７３　３５０　３５０　减水剂　河砂　８３９　抗压强度／Ｍｐａ　１ｄ　９．５　８．９　９．２　１Ｏ．１　１０．７　１０．５　１２．Ｏ　渗水高度　，ｍｍ　７５　６４　６０　５８　４５　４３　６１　碎石　８５５　８５５　８５５　８５５　８５５　８５５　８５５　（％）　０．８　Ｏ．８　Ｏ．８　Ｏ．８　Ｏ．８　０．８　Ｏ．８　２８ｄ　３６．４　３８．１　３８．４　３９．２　４０．０　３７．９　４２．０　备注　ｌ　２　３　４　５　６　７　０．４１　０．４１　０．４ｌ　０．４１　０．４ｌ　０．４１　０．４１　５０　５０　５０　５０　５０　５０　５０　４６　４６　２３　４６　９２　９２　８３９　８３９　８３９　８３９　２３　２３　４６　８３９　８３９　８　０．４１　５０　３５０　４６　４６　２３　８３９　８５５　０．８　ｌ１．６　４２．９　３２　使用　试验结果表明：喷射混凝土的最佳水胶比为　０．４ｌ，最佳砂率为５０％，掺加１０％粉煤灰、１０％矿　落度试验结果见图３。同时参考２８ｄ龄期时抗压强　度４２．９ＭＰａ及抗渗性能，编号为８的一组为最佳，　故在施工时选用此配比。　渣和５％硅灰时达最佳坍落度１００ｍｍ。各组配比坍　交通标准化　２０１４年６月　∞∞∞ｍ∞∞舳加∞　—・一坍落度趋势　吕　蜓　密　１　２　３　４　５　６　７　８　试验编号　图３不Ｉ司配比时混凝土的坍落度　结合室内研究成果，在权子垭隧道进口进行　喷射混凝土的施工试验。喷射工艺采用湿喷法，　试验取样参照《锚杆喷射混凝土支护技术规范》　（ＧＢ　５００８６－－２０１１）。一　ｇ　～　糖　２　２　　２　２　２　２　２　２　５　４　４　３　３　２　２　１　经测定，喷射混凝土２８ｄ抗压强度为　∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　如　４２．５ＭＰａ，渗水高度为３８ｍｍ，隧道原施工配合比　（第１组）的２８ｄ抗压强度为３９．２ＭＰａ，渗水高度为　５ｌｍｍ。在施工过程中，由于掺加了硅灰，喷射混　凝土的回弹率降低了３％～５％左右，减少了材料的　浪费并缩短了施工工期。经查，喷射混凝土表面　平整度总体较好，且未发现开裂、脱落、渗漏　现象。　４施工过程控制　４．１风压控制　施工时喷射混凝土的输料管长度应该控制在　规定范围以内，喷嘴与出料口的高差应控制在５ｍ　以内。要严格控制好风压的稳定性，以有效控制　回弹量。　经权子垭隧道进口现场试验，工作风压应控　制在：边墙０＿３—０．５ＭＰａ，拱部０．４～０．６０ＭＰａ。　４．２喷射角度控制　在受喷面较为平整时，喷嘴尽量与喷面垂　直，如果受喷面不平，喷射角度应该尽量与受喷　面保持垂直。如果喷射混凝土的角度不垂直，会　影响混凝土的密度，并加大回弹率，造成过多的　浪费。　通过对南崖山隧道出口进行喷射混凝土工艺　性试喷试验，得出喷嘴与喷面的最佳喷射角度为　７０。一１　１０。。喷射角度与混凝土密度及回弹率关系　如图４所示。　喷射角度／。　一混凝土密度／（ｋｍ／ｍ　）＋回弹率（％）　图４喷射角度与混凝土密度及回弹率关系图　４．３喷射距离控制　为保证混合料的充分拌和及操作人员的安全　（不被回弹料伤到），可在喷头上接一段塑料管，一　一＿喜戢匮　　喷嘴与喷面的距离需进行合理控制，距离较远会　∞　如　∞　∞　加　ｍ　影响喷射混凝土的强度和密度，距离较近，会增　加回弹量。　经过现场试验测定，最佳的喷射距离为４５～　６０ｃｍ，喷射距离与回弹量及强度的关系如图５　所示　●一回弹量—卜２８ｄ强度　、　、　，ｒ一、　．　，　＼／　＼＿一，　，０　—－一、　｜　ｒ　＼　｜　、　ｌ　＼　∞弘　弭　∞勰拍　妞如　巅　／ＭＰａ　Ｕ　ＩＵ　２Ｕ　３０　４０　Ｕ　６０　７０　８０　喷射距离，（＇ｍ　图５喷射距离与回弹量及强度关系图　４．４喷射方法控制　通过多次现场调查、总结，喷射作业应分段　分片依次进行，喷射顺序应先墙后拱，自下而　上，如岩面凹凸不平时，应先喷凹处找平，然后　向上喷射。喷射路线呈小螺旋形绕圈运动，绕圈　直径３０ｃｍ左右为宜。喷嘴应连续、缓慢作横向环　行移动，喷射所画的环形圈为横向４０～６０ｃｍ，高　１５～２０ｃｍ；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可　将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于７０。。　喷射完毕至初凝后，需进行人工整平，即用　铁锹铲除结团、凸出的混凝土，使表面平整美观。　第４２卷第１１期　曾曼，等：隧道喷射混凝土施工质量控制　４．５喷射厚度控制　喷射混凝土的厚度要严格按照设计的厚度进　行，可以在喷射断面上加混凝土厚度标识。在围　岩横断面上成环设置喷混凝土厚度标志钢筋头，　按拱部５０～６０ｍｍ，边墙７０～１００ｍｍ的间距设置厚　数应以能保证混凝土具有足够的湿润状态为宜。　养护时间不少于１４ｄ，当气温低于５￣Ｃ不得喷水　养护。　６结论　度标志，相邻两环间纵向拉钢丝，标志分层厚　度。喷射作业时每层厚度均不能超过该层纵向标　志线，喷射完毕后，喷层表面不能低于最外层标　志线。喷层厚度标志线的设置，为操作人员和质　检人员提供了较为直观的依据，取得了较好的　效果。　喷射混凝土如果厚度差异过大，会造成防水　经过几个月的试验、整改及总结，兰渝铁路　六标段现阶段喷射混凝土不仅强度、抗渗等性能　有了显著提高，而且其均匀性、平整度也有了明　显的改观。施工过程中混凝土的回弹量同比下降　了５％～１０％，为工程项目节约了一定成本。同时　制订的隧道喷射混凝土质量控制及病害预防方　案，为将来隧道施工储备了宝贵的财富。　参考文献：　【１］ＴＢ　１０４２４－－２０１０，铁路？昆凝土工程施工质量验收标准　［Ｓ］．　板不平，二衬背后脱空，二衬混凝土量增加，造　成不必要的质量通病和进度及经济的损失。为避　免此情况发生，需在挂防水板前将多余混凝土　剔除。　［２］ＧＢ　５７４９－－２００６，生活饮用水卫生标准［Ｓ］．　５喷射混凝土的养护　［３］武卫平，李柱．改善喷射混凝土性能的研究『Ｊ］．市政技　术，２００９，２７（６）：６３２—６３３．　［４］宁英武．隧道工程喷射混凝土施工技术及质量控制［Ｊ］．　交通世界：建养・机械，２０１２（７）：１０９．　【５］仇益梅．隧道工程喷射混凝土质量控制与检测ｆＪ１．混凝　土，２０１１（７）：１４３－１４５．　养护是喷射混凝土施工中的一个重要环节，　要制定严格的混凝土养护制度，施工前制作隧道　混凝土养护施工作业指导书，对混凝土养护人员　进行技术交底。　混凝土初凝２ｈ后开始洒水养护，每天３～４　次，当外界气温较高时可增加洒水次数，洒水次　［６］ＧＢ　５００８６－－２０１　１，锚杆喷一射混凝土支护技术规范【Ｓ】．　（上接第１４６页）　降趋势，这也充分体现了铺装层在一定区间内的　一与层二剪应力则随厚度增大而呈明显的下降趋　势。推荐采用的环氧沥青层合理厚度为３￣５ｃｍ。　参考文献：　［１］Ｌｏｕａｙ　Ｎ　Ｍｏｈａｍｍａｄ，Ｍ　Ａｂｄｕｒ　Ｒａｑｉｂ，Ｂａｏｓｈａｎ　Ｈｕａｎｇ．Ｉｎ—　ｌｆｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｔａｃｋ　Ｃｏａｔ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｓｈｅａｒ　加厚对荷载的扩散起到不可忽视的作用。由于铺　装层厚度直接关系到工程造价的增减，因此，需　在力学分析基础上，充分考虑材料性能及其经济　性，推荐采用的环氧沥青层合理厚度为３－５ｃｍ。　４　结论　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｒｅｃｏｒｄ：Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｂｏａｒｄ，２００２（１７８９）：５６—６２．　［２】李卫卫，潘正华，高荣誉．钢筋｝昆凝土叠合梁短期挠度　（１）当采用方案２与方案３时，铺装层内最大　剪应力、层间剪应力基本呈下降趋势。　（２）为了保证桥面铺装结构具有较优的力学　的数值模拟分析『Ｊ］．安徽建筑工业学院学报，２０１２　（６）：３８—４０．　状态，推荐采用的防水黏结层模量为８０～２００ＭＰａ。　在同等条件下，优选模量较低的材料。　（３）当环氧沥青层厚度由２ｃｍ提高至９ｃｍ时，　铺装层内最大剪应力略有减小，但变化不大；层　【３］刘军，张哲，李文武．钢一混叠合梁有限元分析【Ｊｊ．山东　交通学院学报，２００９（３）：３６—３９．　［４］丁庆军，王发洲，黄绍龙，等．桥面铺装层材料设计　ｆＪ］．武汉理工大学学报，２００２，２４（４）：３５—３７．