隧道喷射混凝土施工的质量控制_隧道施工质量控制
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浅谈隧道喷射混凝土施工的质量控制
【摘要】：结合我省高速公路的隧道工程施工特点，本文从喷射混凝土中所用的原材料、施工工艺、配合比设计要点及养护措施等方面，简要介绍喷射混凝土的施工质量控制。
【关键字】喷射混凝土 施工 质量控制
随着我省高速公路快速、稳定发展，对交通运输的需求量和等级要求越来越高，因此高等级公路修建的隧道数量越来越多，并且在隧道工程中出现大量的新材料、新工艺、新设备、新技术。与此同时，隧道施工技术也在各个方面取得了长足的进步，涌现出了大量的科技成果。锚喷支护在技术上有速度较快，支护及时、支护质量较好、强度高、密实度好、防水性能较好、省工、操作较简单，支护工作量减少,施工灵活性较大等优点。
湿喷技术是一门新技术、新工艺与潮喷比较有明显的优越性，主要表现为：
①湿喷砼与干喷或潮喷砼相比，砼回弹量可减少30%～50%，要达到一定砼厚度，工作时间和工程成本可大大降低。
②湿喷砼与干喷或潮喷砼相比，作业环境大大改善，空气粉尘含量可减少20%以上，有利于作业人员身体健康。
③湿喷砼有快凝、早强的特点，在隧道施工处理坍方过程中，可快速封闭围岩表面，抑制围岩坍塌，是防坍、治坍的有效手段。④湿喷砼施工配套机械设备只需砼拌合运输机械和空压机，施工操作简单，机动灵活性强，可随时满足施工支护加固的需要。⑤湿喷砼喷层厚度有保证，强度增长快，后期强度损失小，根据设计和需要可加入钢钎维，以提高支护能力，施工安全可靠。⑥湿喷时，由于喷射混凝土集中拌合，混凝土拌合均匀，水灰比易于控制，故可大大改善喷射混凝土质量，提高混凝土的强度，而干喷时，混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观查来进行调节，混凝土的品质在很大程度上取决于操作手，质量不易控制，质量无法保证。
一、原材料控制
1、水泥
为保证喷射混凝土的凝固时间及与速凝剂的相溶性，所用水泥应具有强度高、抗渗性和耐久性好，应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，也可选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥；在地质条件复杂的隧道中宜选用早强水泥。水泥标号不得低于42.5级，使用前应做强度复查试验。水泥存放时严禁受潮和结块，存放时间不宜超过三个月，也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。
2、速凝剂
为了降低用水量、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。湿法喷射用8604型液态速凝剂，并检查速凝剂的泵送及计量装臵性能。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，应做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验，初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。在喷射混凝土中添加速凝剂的目的是使喷射混凝土满足设计要求，促进早强。通过试验确定速凝剂的最佳用量，一般速凝剂掺量约为水泥重量的2%一4%，实际使用时拱部可利用2%-4%，边墙可用2%，过多的掺量对喷射混凝土反而不利，这是因为速凝剂虽然加速了喷射混凝土的凝结速度，但也阻止了水在水泥中的均匀扩散，使部分水包裹在凝结的水泥中，硬化后形成气孔，另一部分水泥因而得不到充足的水分进行水化反应而干缩，从而产生裂纹。
3、砂
为了减少成本可以就地取材，但是喷射混凝土应采用硬质洁净的中砂或者粗砂，度模数为2.3～3.0的为宜，含水量一般为5%-7%，使用前应一律过筛。
4、石料
采用坚硬耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm，且级配良
好。当使用碱性速凝剂时，石料不得含活性二氧化硅。混凝土的强度除了取决于骨料的强度外，还取决于水泥浆与骨料的粘结强度，同时骨料的表面越粗糙界面粘结强度越高，因此用碎石比用卵石好。实验表明在一定范围内骨料粒径越小，分布越均匀混凝土强度越高，骨料最大粒径地减少不仅增加了骨料与水泥浆的粘结面积，而且骨料周围有害气体减少，水膜减薄，容易拌和均匀，从而提高了混凝土的强度。
5、外掺料
当工程需要采用外掺料时，掺量应通过试验确定，加外掺料后的喷射混凝土性能必须满足设计要求。
6、水
工程中多以饮用水作为拌和用水，水质应符合工程用水的有关规定，混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量按SO4计算超过混合用水重量1%的水。
二、喷射混凝土配合比设计要点
喷射混凝土的配合比不同于普通混凝土的配合比，需要根据其施工工艺来选择喷射混凝土湿喷法的配合比的设计方法。为了减少回弹量需要较高的砂率，砂率增加意味着集料的总面积增加，这就要求用更多的水泥来包裹集料表面，以满足喷射混凝土的强度要
求，水泥用量越大，喷射混凝土就越容易干缩、开裂，同时成本也增加。因此首先确定水泥用量，根据经验水泥用量宜为375一450kg/m3；，其次确定砂率，宜选用粗砂或中砂，砂率宜为50%一60%，砂率过高或过低易造成堵管，再次确定水灰比，水灰比宜为0.42-0.5，水灰比过小会产生粉尘，回弹量大，粘结力低，喷层会产生干斑，砂窝等现象，水灰比过大会造成强度低、速凝效果差，喷层流淌、滑移、坍落等现象，水泥与砂、石之重量比宜为1.0:3.5-1.0:4.0。塌落度宜为8-12cm,另外要注意根据围岩类别、施工环境的温度、做相应的调整。软弱围岩条件下考虑提高喷射混凝土强度等级。
三、喷射混凝土施工工艺
1、喷射作业 1.1施工准备
①检查受喷面轮廓尺寸，并加以修正，使之符合设计，若有松散、破碎部分必须清除干净。
②有明显渗水地段应事先作好防排水处理。③用高压风或水（地质不良不用）清洗受喷面。④备好脚手架或工作平台及护铁纱罩。
⑤检查机械、管道、安全阀、压力表是否完好，并进行试运行。1.2喷射作业技术要点
①严格按以下顺序操作，打开速凝剂辅助风——缓慢打开主风阀送风——启动速凝剂计量泵的主电机振动器——向料斗加料。②开机后注意观察风压，起始风压大于或等于0.5Mpa才能开机操作，并据喷头出料情况调整风压，边墙工作风压应控制在0.3～0.5Mpa之间；拱脚控制在0.3～0.5Mpa之间。
③供料连续均匀，料斗内有足够存料并及时清除粒径大于15mm振动筛上的粗集料等。
④喷头与受喷面尽量垂直，保持1～1.5m的距离为宜，对挂有钢筋网的受喷面，喷头略倾斜，距离相对减小。
⑤喷头应均匀地按螺旋轨迹，分区段，一般不超过6m，自上而下，一圈压半圈，缓慢移动，每圈直径15～20cm。若受喷面不平，应先喷凹坑找平。
⑥为了防止砼早期干缩裂纹，影响砼强度，在干燥的施工现场，喷射2h后应对砼洒水养生，养生时间不少于7d。⑦停机严格按顺序操作：
关主电机、振动电机，关速凝剂计量泵，关主风阀，用水清洗速凝剂管路，通知喷射手将喷嘴从受喷砼面移开，依次打开主风阀，计量泵电机、主电机，清洗气料混合仓和砼管道，然后关闭主风阀、计量泵、速凝剂辅助风。
2、喷射效果 2.1一次喷射厚度
在围岩软弱破碎设臵工字钢、型钢、格栅拱架地段。喷射一般分三次进行，初喷厚度一般在4～5cm，第二次喷射可达10cm厚，第三次基本喷平钢支撑间凹槽并覆盖保护层。一般段分两次喷射完成，初喷厚度一般在4～5cm，第二次喷射达到设计厚度。提前埋设喷层厚度检查标志，铁钉或钢筋头打入石缝记录外露长度。2.2回弹量
现场检测砼回弹很少，几乎看不到成块掉落，回收掉落砼过秤测定，回弹率在10%以下。2.3粉尘测定
施工时作业面测定，粉尘含量在8mg/m3左右，较潮喷砼减少粉尘约10个百分点。2.4强度
完全达到设计强度指标。
3、注意事项
①严格控制工作机的风压在0.15Mpa～0.2Mpa范围内。②严格控制喷嘴与受喷面的距离和角度，无钢筋网喷射时，喷
头应与喷面垂直，有钢筋网时可适当放偏，喷嘴离受喷面的距离控制在0.6～1.0m范围内。
③严格控制水灰比，以刚喷射的混凝土表面有一层暗弱光泽为度。
④渗漏水地段的处理。当水量不大时，在喷射砼前用压缩空气吹扫，喷射砼配料及拌料按正常施工程序进行。在开始喷射时，适当减小用水量，喷射时由远而近，临时加大速凝剂掺量（≯5%）逐渐合拢。水止住后，必须紧接着用正常速凝剂掺量的喷射砼封闭。⑤分层喷射合理的间隔时间应根据水泥品种、速凝剂种类及掺量、施工温度（最低不宜低于+5°C）和水灰比大小因素，并视喷射的混凝土终凝情况而定，后一层喷射应在前一次混凝土终凝后进行，若终凝后1h以上再次喷射，应用风水清洗混凝土表面。复喷时应将凹陷处进一步找平。混凝土喷射后至下一循环放炮时间间隔，应通过试验确定，一般不小于3h，放炮后应对混凝土进行检查，如出现裂纹，应调整放炮间隔时间或爆破参数。
⑥当有钢筋时，使喷嘴靠近钢筋，使喷射角度稍偏一些，使钢筋的保护层厚度达到2cm以上。
四、喷射混凝土养护措施
养护是喷射混凝土施工中的一个重要环节，喷射混凝土终凝2h后应洒水养护，一般养护时间不少于7 d。气温低于+5°C时，不得喷水养护。在正常养护条件下，混凝土强度随龄期延长而增大，其原因是由于胶凝材料的不断水化。而水化速度与环境温度和湿度有关，由于经常放炮和通风不良导致隧道内的温度较高，喷射混凝土周围的空气相对来说比较干燥，加上水化热引起的混凝土内部温度较高，将使其表面水分很快就蒸发掉，进而引起水石“毛细管”中水分继续蒸发。喷射混凝土中水泥与水接触的时间短且范围有限，与普通混凝土相比水泥水化的程度更低。喷射混凝土的凝结过程也是水泥进一步水化的过程，水泥的水化反应必须在有水的条件下才能发生，水泥水化因为水泥石缺少水分不能继续进行，还因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩，此时的喷射混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力将使混凝土开裂，破坏了混凝土结构，影响混凝土强度的继续增长，而且停止水化使水化物不能进一步向水泥石的毛细孔填充，还将影响混凝土的抗渗性。
结束语
喷射混凝土在隧道施工中应用已经非常广泛，喷射混凝土的质量直接影响着结构受力、防护、耐久性等情况，所以对喷射混凝土施工，必须严格要求控制质量，通过各种措施强化质量意识，加强质量管理，使喷射混凝土在隧道支护中发挥重要的作用，使得公路事业快速发展。
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