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1、公路隧道潮式喷射混凝土施工工法中交第一公路工程局有限公司 中交一公局第三工程有限公司黄启贵 郎娟1 前言 目前，喷射混凝土大量应用于隧道施工、矿井掘进、水利水电、边坡稳定等工程中。喷射混凝土施工常用的有“干喷法” 和 “湿喷法”两种，但干喷法回弹量大、粉尘多，湿喷法对喷射设备有比较高的性能要求，操作不当易堵管造成很大损失。潮喷法是结合了干喷法、湿喷法工艺优点的一个创新，可以降低回弹率，提高混凝土强度，降低污染，改善工人作业环境，具有很高的应用价值。2 工法特点 1 支护及时，喷射能力大，一般为 320m3 / h 以上，最适宜于大面积喷射混凝土施工，并可减少喷射周期； 2 回弹量少，隧道边墙采
2、用潮式喷射混凝土时可控制在 1315 %； 3 喷射的混凝土均匀、质量稳定、强度高、密实度好、防水性能较好； 4 节省劳动力，减少劳动强度，提高工效，降低成本； 5 施工安全，可防止坍塌、混凝土回弹、粉尘等造成的人身不安全隐患，改善喷射工人劳动条件； 6 施工灵活性大。3 适用范围 由于潮式法喷射混凝土具有以上特点，因此它适用于隧道施工、矿井掘进、水利水电等地下工程的临时和永久支护中，同时还可以应用于地面工程的路堑边坡防护与加固、基坑防护、结构补强等工程中。4工艺原理 喷射混凝土是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与高压水混合，经过喷嘴喷射到岩壁表面上，并迅速凝固结
3、成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。不同喷射方法的主要区别是投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。干喷：用搅拌机将骨料和水泥拌和好，投入喷射机料头，同时加入速凝剂，用压缩空气使干混合料在软管内呈悬浮状态，压送到喷枪，在喷头处加入高压水混合，以较快速度喷射到岩面上。潮喷：将骨料预加少量水（含水量控制在8%以内），使之呈潮湿状，再加水泥拌和，从而降低上料、拌和及喷射时的粉尘，但大量的水仍是在喷头处加入，潮喷法施工原理示意图如图4.0.1所示。 喷射机水泥 100kg砂 228kg 石子 198kg喷头搅拌机压缩空气风压控制在0.150.2MPa水，水压0.2MPa受喷面速凝剂水泥用量的4
4、%0.61.2m筛网10mm（滤出超径石子）适量加水 图4.0.1 潮式喷射混凝土工艺原理示意图5 施工工艺流程及操作要点5.0.1 潮式喷射混凝土施工工艺流程见图5.0.1。 准备工作 配 料 拌 合 混凝土运输 混凝土喷射 清 理混凝土配合比选定岩面清理风水供应图5.0.1 喷射混凝土施工工艺流程框图5.0.2 操作要点 2 配合比设计 喷射混凝土的配合比应通过实验确定，满足混凝土强度和喷射工艺要求。 1） 水泥与砂石重量比：水泥与砂重量比一般为1：41：4.5，每立方干集料中，水泥用量约为375Kg/m3400Kg/m3。 2） 含砂率：含砂率一般为45%55%，超出范围均容易造成堵管、
5、回弹量大、且收缩加大。宜采用粗砂或中粗砂。 3） 水灰比：水灰比一般以0.40.45为宜，一般边墙为水泥：砂：石子1：（2.02.5）: （2.52.0）,拱部为水泥：砂：石子1： 2.0: （1.52.0）。 3 喷射前的施工准备 1） 检查开挖断面净空尺寸，对欠挖部分及所有开裂、破碎、崩解的破损、松动岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴。 2） 用高压水冲洗受喷面，当受喷岩面遇水容易潮解、泥化时，采用高压风吹净岩面。 3） 检查机具设备和风、水、电等管线路，并试运转，保证作业区内具备良好通风和照明条件。 4） 当受喷面有滴水、漏水、集中出水等时，应进行处理。 4 混凝土拌和及运输 按施工
6、配合比进行喷射混凝土拌和，拌和采用500型双卧轴强制式搅拌机，用6m3运输汽车或装载机运输至隧道喷射现场。下雨时，应及时覆盖砂石料，保证砂石含水量不至于太大影响拌和及施工质量。拌制过程如下：先投入碎石、砂子和水泥，然后加入适量水（砂石含水率不大于 8%）搅拌均匀，使拌和料略微湿润、无大量粉尘，搅拌时间为两分钟，在加入喷射机时掺入速凝剂。 5 喷射作业 1） 工作风压的调整：一般为0.150.2 Mpa之间。根据喷射混凝土的部位变化，距离远近及喷射混合料的具体含水率大小，及时调整工作风压。风压过大，会增加回弹，甚至把未完全凝固的混凝土吹落；风压小，粗骨料冲不进砂浆层而脱落，影响喷混凝土品质，风压
7、过小时甚至会造成堵管；现场以喷混凝土回弹量小、表面有光泽、易粘着为度掌握风压。 2） 喷射机安装调试后先注水后通风，清通机筒及管路投料。连续喂料，经常保持料斗内料满，料斗上设10mm孔径的筛网一道，避免超径骨料进入机内，造成堵管。 3） 加水量的调整：喷射时，先注水（注意喷嘴要朝下，避免水流入输料管），后送风，然后上料，根据受喷面和喷出的拌和物情况调整注水量，以喷后易粘着，回弹小和表面呈湿润光泽、无干斑或流淌现象为度。 4） 喷射顺序：喷射作业应分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不宜超过6m。喷射时按先墙后拱（拱部从拱脚开始，边墙从墙角开始）。 5） 喷射料束运动轨迹：环形旋转水平移动并一圈
8、压半圈，环形旋转直径约为0.3m。喷射第2行时，依顺序由第一行起点上方开始，行间搭接23cm。 6） 最佳喷射距离与角度：喷头距岩面距离以0.6m1.2m为宜，在上部，可适当增加到1.5 m2.0m，喷射料束与受喷面基本垂直，与受喷面垂线成515夹角时最佳。 7） 一次喷射厚度：根据设计厚度和喷射部位确定，初喷厚度不小于46cm。首层喷混凝土时，要着重填平补齐，将小的凹坑喷圆顺。 8） 喷射混凝土厚度控制：喷射厚度控制采用标桩法。当安设锚杆时，利用锚杆外露长度作标桩。如果不设锚杆，则可在岩面上用电钻钻孔锚固一些铁钉或6mm钢筋头，其外露长度与设计喷混凝土厚度相等，每平方米约设12根，梅花型布置
9、，喷混凝土后无钢筋头外露即可。 9） 喷射混凝土平整度控制：表面平整度以目测平顺为宜，否则需补喷。 10） 喷射作业结束时，将机内和管中的拌合料用完后再停机、关水、断风。每班完成施工作业后都要对喷射机进行清理、检修，保证下一班机器工作状态良好。 11） 喷混凝土养生：混凝土终凝2h后，开始喷水养护，养护时间不少于7d，气温低于+5时，不得喷水养护。 12） 喷射混凝土作业须紧跟开挖面时，下次爆破距喷混凝土作业完成时间的间隔不得小于4h。调整喷射角度，进行现场喷射 隧道初期支护喷射成型图5.0.2 喷射混凝土施工图6 材料与设备6.0.1 潮式喷射混凝土的原材料包括：水泥、碎石或卵（砾）石、砂、
10、水、外加剂（速凝剂）。应满足以下要求。 1 水泥：应优先选用普通硅酸盐水泥，其次是矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。 2 粗骨料：粗骨料采用坚硬耐久的碎石和卵石。喷射混凝土的石子粒径不宜大于16mm，喷射微纤维混凝土中的石子粒径不宜大于10mm，骨料级配宜采用连续级配。 3 细骨料：细骨料应采用坚硬耐久的中砂和粗砂，细度模数宜大于2.5，含水率宜控制在5%7%，若超过7%，喷射时易造成堵管。 4 外加剂：主要是速凝剂，添加速凝剂的目的是使混凝土速凝，以减少回弹量及早强。使用前应做与水泥的相溶性试验及水泥净浆速凝效果试验，要求初凝不应大于5min，终凝不应大于10min。应根据水泥的品种、水灰
11、比等，通过不同掺量的混凝土试验选择最佳掺量，一般为水泥重量的2%4%。 5 水：水质应符合工程用水的有关标准，水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。6.0.2 根据一个隧道两台喷射机两个工作面考虑，可参照表6.0.2配备机械设备。表6.0.2 喷射混凝土设备表序号设 备 名 称型号规格数量1装载机ZL503m31台2混凝土拌和站HZS50025m3/h1台3自卸汽车东风5T1辆4混凝土喷射机PZ-5C5.5m3/h2台5空气压缩机NVY121720m3/min2台6喷混凝土作业台车自制全断面1台7水泵4寸1台7 质量控制7.0.1 按本工法施工，应满足公路隧道施工技术规范(JTJ042
12、-94)和 公路工程质量验收评定标准(JTG F80/12004)的相关质量标准要求，并按表7.0.1进行检测。表7.0.1 喷射混凝土实测项目项次检 查 项 目规定值或允许偏差检查方法和频率1喷射混凝土强度(MPa)在合格标准内 每班组2组，每10延米至少在拱部和边墙制作一组2喷层厚度(mm)平均厚度设计厚度；检查点的60%设计厚度；最小厚度0.5设计厚度，且50凿孔法或雷达检测仪：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1点3空洞检测无空洞，无杂物凿孔或雷达检测仪：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1点注：发现一处空洞本分项工程为不合格。外观检查：喷混凝土均匀
13、密实，表面平顺光亮，无干斑或流滑现象。7.0.2 对关键工序应采取下列措施进行控制： 1 喷射混凝土厚度应按照设计要求进行施工，同时应根据固岩状态判定固岩类别及时提出变更设计。根据变更文件，调整混凝土喷射厚度。确保安全，经济施工。 2 尽量采用多层薄层喷射，而不是由一次性全厚度喷射；在隧道拱顶部位，初喷层厚度不应超过 50mm ，以防止喷层过厚发生坠落影响喷射混凝土粘结效果。 3 喷射挂网钢筋岩面时，钢筋网必须牢固地固定在岩石基底上，如果钢筋网松动不牢固，强大的混凝土喷射流体会造成钢筋网片松动或振动，从而加大混凝土的回弹量，造成浪费并影响喷射混凝土粘结强度。 4 施工时应根据现场实际情况调整喷
14、射混凝土配合比和操作方法，减少混凝土的回弹量，节约成本。影响喷射混凝土回弹量的因素主要有以下几个方面：供风量、喷嘴与喷射岩面的角度、速凝剂的掺量、喷嘴至喷射岩面的距离、喷射部位等。8 安全措施 1 开工前作业人员必须进行岗位培训，做出较详细的生产安全技术交底，提高安全意识，并进行安全技术应知应会考核。 2 所有进入隧道工地的人员，必须按规定配带安全防护用品，遵章守纪，听从指挥。喷射作业人员应佩戴防尘口罩，操作喷枪头的人员，应配戴护眼罩、长筒乳胶手套等劳保用品。 3 对喷锚地段危石应及时妥善处理。应加强施工区的照明、通风和防尘措施。 4 喷射机械定机、定人、定岗，认真执行安全操作规程，坚持交接班
15、检查制度，作好记录。 5 高压作业机械均应安设压力表、安全阀。使用前进行耐压试验，合格后方可使用。 6 喷射和处理堵管过程中，禁止喷嘴对人，以免射伤他人。 7 施工期间现场负责人会同有关人员对各部位喷射支护定期检查。在不良地段，每班指定专人检查，当发现支护变形或损坏时，立即修整加固。 8 开挖后自稳程度很差的围岩、喷射混凝土尚未达到一定强度、喷锚后变形量超过设计允许值以及发生突变的围岩，采取及时加强临时支护措施。 9 对洞内拱顶和地表布置的测点定期观测，发现洞内和地表位移值等于或大于允许位移值，以及地面或洞内出现裂缝时，必须立即通知作业人员撤离现场，待制订处理措施后再施工。9 环保措施 1 车
16、辆在运料过程中，易飞扬的物料应以篷布履盖严密，且装料适中，不得超限。 2 应尽可能防止施工场地和运输道路产生的扬尘对生产人员和其它人造成危害，需经常洒水防护。 3 干燥季节进行施工时，可预先在料堆浇洒少量水以保证材料潮湿，避免尘土飞扬。 4 施工废水,经过过滤、沉淀或其它方法处理后才允许排放；施工机械的废油废水，应采取有效措施加以处理，不得超标排放，造成河污染。10 经济社会效益分析10.0.1 经济效益 利用此工法施工，喷射混凝土质量稳定可靠，回弹浪费少，大大降低了施工成本。通过分析比较，喷射成本比干喷法降低了近 10 %。孤独庙隧道仅单洞344米的喷射混凝土，就节省了近30万元。10.0.
17、2 社会效益 潮式喷混凝土的强度较干喷有显著提高，有效地保证了喷混凝土的质量，从而有效地保证了施工安全，也提高了隧道运营期间的安全度。另外，潮式喷射混凝土回弹量显著降低，有效地节省了社会资源，有利于社会的持续发展。而却，潮式喷射混凝土粉尘大大降低，极大地改善了施工环境，有效地改善了职工健康。综上所述，超市鹏混凝土具有非常突出的社会效益。 利用此工法进行喷射混凝土，喷混凝土均匀密实，表面平顺光亮，同时混凝土喷射速度快、加快施工了进度，节约了时间。孤独庙隧道采用此工法施工，在全线隧道中质量、工期均位居前列，成为全线的标志性工程和亮点工程，是各级领导视察的必看之处，在取得良好经济效益的同时赢得了显著
18、的社会效益。11 工程实例 孤独庙隧道是西（安）合（肥）西部大通道陕西境内丹凤至陕豫界高速公路DJN4合同段的一座公路隧道，隧道为双向三车道分离式隧道，设计行车速度80km/h，行车道宽度33.75m，单洞净宽14m，净高5m，单向坡-0.65%，隧道平面位于缓和曲线上，内设超高。孤独庙隧道路线所处地貌单元为秦岭山地地貌，隧道洞身山体为微风化石英片岩，片理发育，节理较发育，倾角徒直。洞身围岩主要呈块石镶嵌结构，隧道围岩级别以级为主，稳定性较差。隧道全长 344m，采用新奥法施工，按复合式衬砌设计，锚杆、挂网及喷射混凝土既是初期支护，又是永久支护的一部分。双洞均采用本潮式喷射混凝土施工工法，取得良好效果，为优良工程。杭新景高速公路的大门口隧道亦采用此工法施工，也取得了良好效果。
