湿喷技术在隧道初期支护的应用及分析

摘要：目前，在我国大型隧道施工中采用湿喷混凝土技术作为初期支护已经是一种趋势，如何掌握和发展这一技术，需要我们在工程实践中不断地积累经验，认真总结，才能进一步加强对湿喷混凝土的支护原理及作用的认识。

关键词：隧道施工；干喷；湿喷；混凝土

Abstract: at present, large in the tunnel construction in our country adopt wet shotcrete technology as the primary support has been a trend, how to grasp and develop the technology, we need to constantly accumulate experience in the engineering practice, summed up seriously, in order to further strengthen the supporting principle of wet shotcrete and the understanding of the role.

Key words: the tunnel construction; Dry spray; Wet spray; concrete.

中图分类号：U445.4文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

引言

建立在隧道工程经验和岩体力学理论基础上的新奥法施工是安全、快速、经济的隧道开挖方法，目前我国大部分隧道新奥法施工的初期支护普通采用的是干式喷射混凝土施工工艺，其缺点是粉尘污染严重、混凝土强度低、回弹量大。而湿喷混凝土的特点是施工混凝土强度得到保证，喷射均质性好，生产率高，施工时基本无粉尘、回弹率低。湿喷作为隧道的初期支护，在国外已经被广泛采用，特别是在北欧，隧道施工中已有近90℅采用这项新技术，实践证明这种新技术可达到优质、高效，并有效保护隧道工程施工环境的目的。

一、喷射混凝土概述

喷射混凝土主要有干喷和湿喷两种工艺。

（一）干喷法

干喷法是将砂石料、水泥和速凝剂干拌后，用压缩空气输送至喷嘴，加水混合后喷出至受喷面（见图1）。干喷的主要优点是设备简单，一次性投入成本低，但喷射混凝土质量控制较难，生产率低(3～5 m3／h)，回弹率高(30％以上)，落料损失大，粉尘多，损害操作人员的身体健康。由于干喷法存在着上述三大技术难题(混凝土品质不稳定、粉尘多、回弹大费料)，目前干喷工艺已逐渐被淘汰，湿喷工艺已逐渐占据主导地位。

（二）湿喷法

湿喷法是采用泵送稠流输送法，利用混凝土输送泵将已完全拌和好的混凝土送至喷头，在喷头再加入压缩空气和速凝剂，最后将混合料高速喷射到受喷面快速凝结硬化，形成混凝土支护层（见图2）。由于液态速凝剂能按混凝土排量自动计量添加到喷枪，通过大流量压缩空气混合作用，更易与混凝土湿料充分混合，湿喷层喷射均匀，易更快凝结硬化并通过与锚杆挂网的牢固联结黏附在隧道基面上，形成具有一定支承能力的初期支护层。为提高强度和支护能力，可在混凝土中添加钢纤维形成钢纤维湿喷混凝土。

二、湿喷混凝土工艺

（一）湿喷混凝土配合比

1.原材料

（1）、细骨料：选用质地坚硬、级配良好的中粗砂，细度模数大于2.5～3.0之间。其中，直径小于0.075mm的颗粒应少于20％，含泥量小于3％。

（2）、粗骨料：选用质地坚硬、级配良好的碎石或卵石，粒径范围在5mm～16mm连续级配，最大粒径不大于16 mm，含泥量小于1％。

（3）、水泥：采用普通硅酸盐P.O42.5水泥，各项性能指标符合现行国家标准。

（4）、速凝剂：液体，做与水泥的相容性试验及水泥浆凝结效果试验，初凝不大于5min，终凝不大于10min，掺量小于5％，28天强度保持率大于70％的合格产品。

2.湿喷混凝土配合比

针对隧洞在开挖过程中将产生的种种复杂地质情况，为达到隧洞施工快速便捷、洞室永久稳定等目的，结合工程实践及国内外多年工程运用成果，深入研究各种材料的支护性能、施工影响，进行相关试验，喷射混凝土配合比和附着在围岩表面的配合比是不一样的，据统计，二者相差17％～20％。故在配合比设计时，应适当提高喷射混凝土的强度等级，以确保附着在围岩表面的喷射混凝土的强度。

喷射混凝土试配强度由下式计算：

式中ƒcu.0为混凝土试配强度（MPa）；ƒcu.k为混凝土强度标准值（MPa）；σ为混凝土强度标准差，混凝土等级≤C25取4，≥C30取5；Ku掺速凝剂混凝土后期强度损伤率，一般为15％～25％。

在对湿喷混凝土室内配合比研究分析的基础上，对湿喷混凝土室内配合比的现场试验加以研究(即现场取样喷大板做抗压、抗拉、抗折强度、抗渗等级、弹性模量、与围岩黏 结强度、韧陛指数、抗冲击次数比等相关试验)，根据相关试验及结果，充分考虑室内试验与现场生产及施工质量控制水平的差异，配置现场施工配合比。

（二）混凝土湿喷施工工艺

流程说明：粗细骨料(砂石)、水泥、外加剂在搅拌机中搅拌20s水在搅拌机中搅拌60S搅拌车运输湿喷机泵送系统加压输送湿喷机喷嘴加速凝剂和压缩空气从喷嘴以雾状喷出受喷基面牢固地黏结在围岩上。

1.混凝土的拌合及运输

（1）、混凝土拌合系统采用强制式双轴搅拌机，自动计量配料，混凝土配料系统误差为：骨料≯3％，水泥、水≯1％，拌合时间不少于90S。

（2）、混凝土运输采用混凝土搅拌车运输。

2.湿喷机操作

（1）、先启动湿喷机，再送风，后加料，待混凝土从喷嘴喷出后，再供给速凝剂。要根据情况控制好风压。

（2）、喷射混凝土完毕时，应先停止供给速凝剂，然后再停止加料，待喷嘴处的混凝土残留完全吹净后，在停风、停机。

3.喷射混凝土施工

（1）、喷射前认真检查受喷岩面，对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，并用高压水或风冲洗岩面。

（2）、喷头距岩面距离为0.6m～1.2m，喷头垂直受喷面，喷至初期支护钢架、钢筋网部位时，将喷头稍加偏斜。喷射路线应先边墙后拱部，分区、分段“S”形运动，喷头作连续不断的圆周运动，后一圈压前一圈1/3，螺旋状喷射。喷射混凝土作业采取分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行。喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约为20～30cm，以保证混凝土喷射密实。

（3）、喷射厚度采用标桩法，外露长度即位喷射厚度，每平方米2根。

（4）、隧道喷射混凝土厚度＞10cm时分两层作业，第一层喷射厚度应在8cm左右，受喷面凹陷处先喷平，第一层喷射先找平岩面；第二次喷射混凝土需在第一层混凝土终凝后进行，并用喷头冲洗第一层混凝土面。

（5）、喷射混凝土终凝2h后，进行喷水养护，养护时间不少于7d。

（6）、当喷射混凝土局部凹凸不平尺寸大于下述要求时，需进行补喷处理。边墙：D/L=1/6；拱部：D/L=1/8。式中：L—喷射混凝土相邻两凸面间的距离；D—喷射混凝土两凸面凹进的深度。