隧道工程中喷射混凝土施工质量控制研究

隧道工程中喷射混凝土施工质量控制研究
朱福松
摘要：随着隧道工程的不断发展，喷射混凝土施工质量控制问题也得到了更多人的关注，笔者根据自己的工作经验，介绍了喷射混凝土在隧道工程中的作用，并提出了控制喷射混凝土施工质量控制的具体措施。
关键字：喷射混凝土；原材料控制；施工质量控制
1 引言
近年来，我国加大了对交通基础设施的投资力度，隧道工程建设随之呈现出逐步增长的趋势，据统计，当前我国是世界上隧道工程最多的国家，各式各样的隧道不断涌现，施工的技术也不尽相同，喷射混凝土的施工作为隧道施工中的一键步骤，使得如何控制混凝土的质量就成为施工中的一个重点，本文就是在这样的背景之下，总结了喷射混凝土施工质量管理中容易忽视的一些问题，主要包括喷射混凝土的原材料控制及施工过程质量管理等，并从这两方面入手，针对具体的质量控制问题提出了一些自己的见解。
2 喷射混凝土在隧道工程中的作用
喷射混凝土就是采用喷射机通过管道以一定压力将按一定配合比混合的水泥，砂，石子以及添加剂等骨料喷射至隧道岩壁表面并迅速凝结，形成坚固的混凝土表层。在喷射过程中，为保证混凝土具有密实及较好的物理性能，就必须保持高速度的混凝土喷射。喷射混凝土在隧道施工中的作用主要体现在以下两个方面：一方面是在喷射混凝土施作阶段，喷射混凝土此时因未固结而具有较好的柔性性能，能够较好的协调并缓解围岩的变形。另一方面是喷射混凝土凝固之后，与锚杆、钢性拱架组成支护结构，限制围岩的变形，并充分发挥围岩自身的承载能力。当工程地质情况为软弱围岩时，按照新奥法施工原理，就需要允许围岩发生适度的变形，但不能完全释放，此时就必须形成围岩的自承结构及合理的设置混凝土支护结构，以确保工程的顺利施工。
3 喷射混凝土的施工工艺及其原材料控制
3.1 喷射混凝土的施工工艺
喷射混凝土的施工可参照新奥法原理进行组织，具体做法为：在进行混凝土喷射前，要先将隧道岩面洗刷干净，若岩面存在弱碎层，则必须采用工具将其清除，在进行具体的喷射作业时，要限制每次喷射的距离，喷射的顺序应始终如一，一般施工中采用自上而下的喷射方法。在前一次混凝土凝固之后，即可进行第二次的喷射，喷射之后应及时在混凝土表面洒水养护。
3.2 喷射混凝土的原材料控制
喷射混凝土施工质量的优劣，其根本取决于混凝土的原材料，因此，保证原材料的控制是确保施工质量的重中之中，喷射混凝土的原材料控制要点包括以下几方面：
3.2.1 拌和水控制
当拌和水的PH值较小时，将会影响到混凝土的正常凝结及造成水泥形成硬块，因此在隧道施工中，多采用较纯净的饮用水作为混凝土的拌和水。
3.2.2 水泥控制
为满足混凝土具有适当的凝固时间，材料所采用的水泥必须具备强度高及耐久性好的特点，在挑选水泥时，应优先选用强度等级不小于32R的普通硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，此两种水泥与速凝剂的相溶性较好，利于混凝土的速凝快硬，若无此条件，采用矿渣硅酸盐水泥也可代替。若隧道的地质情况复杂，可采用早强水泥进行配料。对于一些劣质的水泥，如过期及受潮的水泥，应严禁使用。
3.3.3 骨料控制
骨料一般包括砂子、碎石或卵石等，骨料的强度以及表面粗糙度决定了混凝土的强度，因此，骨料的粗糙度越高越好，实践表明，石子采用碎石比用卵石要好，且石子的粒径应尽量小，这样可以增加石子与水泥浆的结合面积，砂子的选取宜采用中粗砂，以减小混凝土的回弹系数。
3.3.4 添加剂控制
喷射混凝土中采用的添加剂主要是速凝剂，使用其的目的在于使喷射出的混凝土快速凝结，并提高混凝土在潮湿条件下的适应性能，在使用添加剂前，必须把握添加剂与水的相溶性及水泥净浆的速凝性能，控制其凝结在3~7分钟之间，使用速凝剂掺和时，保证掺入适当数量的水，一般工程实际中采用水泥净重的2%~3%。
3.3.5 添加活性掺和料
喷射混凝土在凝结过程中，水泥会不断的发生水化作用，当到达二十八天龄期时，水泥却往往未得到充分利用（一般只水化了十分之六），而很多未水化的水泥与水生成熟石灰，会在混凝土内发生膨胀放热，不利于后期混凝土强度的形成，为此，可采取活性掺和料代替未水化的水泥，这样，一方面可以降低工程成本，一方面又可生成新的水化物，提高了喷射混凝土的密实性及抗渗性。
4 喷射混凝土施工中的质量控制技术
4.1 喷射混凝土的回弹量控制
当前隧道施工中喷射混凝土均采用潮喷方式，因此，如何控制混凝土的回弹量就成了施工质量控制中较关键的一环，笔者根据自己的工作经验，总结出了以下几点控制混凝土回弹量的措施，以供参考：
4.1.1 分区进行混凝土喷射
进行混凝土喷射时，可先对拱墙进行分区分块，然后按照先墙后拱，先下后上的原则进行喷射，拱墙的分区每段要小于5米，每段的分块大小不应大于1.5mX1.5m，同时，考虑到喷射手的安全以及混凝土的回弹量问题，喷射机的喷嘴可控制在0.6m~1m范围内。
4.1.2 控制风压强度
在进行混凝土喷射时，采取过大的风压会加大混凝土的回弹量，过小的风压又无法保证混凝土的密实性。根据实际工程经验，当输料管长度为二十米左右时，风压宜采用100牛每平米。
4.2 控制喷射混凝土的厚度
由于隧道初期支护需要由喷射混凝土来控制围岩的变形释放，以保证整个隧道结构的安全及稳定，因此，混凝土喷射的厚度必须要达到设计要求。若隧道采用钢拱架进行初期支护，此时在喷射时就容易造成拱架处厚度较厚，其它处较簿，而在喷射混凝土较簿处就易发生裂缝或掉块现象，这个问题会为工程埋下质量隐患，因此必须要严格控制，在进行喷射时，对钢拱架间要及时进行补喷。当喷射混凝土过厚时，在安装防水板前要将突出部分刮除，以防止防水板被顶破。
4.3 喷射混凝土的强度控制
喷射后混凝土形成的的强度必须要达到设计强度，因此在进行混凝土凝结之后，需要对喷射混凝土的强度进行检测，当前工程施工中混凝土的强度检测通常采用另筑试块的方法，但是这种方法所测得的混凝土强度并不能准确反映现场喷射混凝土的强度，因此，在进行其强度检测时，应采用切割钻芯法取样，以接近喷射混凝土的真实情况，若采样的混凝土无法达到设计要求，则应及时采取措施进行补救。
4.4 提高喷射人员的技术水平
喷射质量的好坏，很大一部分决定于喷射操作人员的施作水平，在整个混凝土喷射过程中，尽量保持固定喷射人员，及时将喷射过程中出现的异常状况进行记录并补救，喷口在喷射时要保持与隧道岩面等距，以使喷射表面均匀密实。
4.5 喷射混凝土的后期养护
养护是喷射混凝土施工的一个重要环节，同时也是保障混凝土质量的重要措施，由于隧道中的温度较高，使得喷射混凝土的表面水分蒸发的较快，水泥的水化反应就会受到影响，从而不利于混凝土的硬化，另外，速凝剂在加速混凝土凝结时会产生较大的热能，及时的养护可以抵消该部分水化热，更有利于混凝土强度的发展，保障喷射混凝土的质量，因而保证混凝土在正常的温度及湿度条件下进行养护就显得格外重要。
5 结语
随着我国公路及铁路的迅速发展，对隧道施工的质量要求也越来越高，喷射混凝土施工作为隧道施工中不可或缺的一部分，同时又关系到整个工程的质量及安全，因而已经成为了施工人员关注的焦点，当前有关喷射混凝土施工质量的技术措施已经有了一定的发展，但是仍然还存在着许多需要改进的地方，如何不断改善当前的技术措施，使喷射混凝土的质量更上一层楼，仍然是一个值得深入研究的课题。
参考文献
[1]张京.隧道施工新技术手册[M].北京: 长征出版社, 2003.
[2]冶金部建筑研究总院GB50086—2001.锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].北京：中国计划出版社，2001.
[3]高占武.喷射混凝土施工工艺[J].铁道建筑技术，1994（5）.
[4]中国建筑科学研究院.JGJ55—2000普通混凝土配合比设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.