隧道工程喷射混凝土超耗控制研究范文

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摘要:隧道工程的混凝土用量需求较大，超耗现象在隧道工程中普遍存在，易导致工程成本增加，影响工程的经济效益。本文以隧道工程实例为背景，提出混凝土超耗的影响因素，如线性超挖、喷射混凝土回弹等，进而探讨相应的控制策略，以保证该工程的整体质量。

关键词:隧道工程;混凝土;超耗控制

1工程概况

国道227老城关经西宁至上新庄段公路工程，TJ－1标段起讫桩号K0+050～K17+200，长22．916km。尕沟隧道为沿线建设工作中的重点内容，该处以Ⅴ级地质围岩居多。左线长774m，埋深7．18～64．59m;右线长814m，埋深5．64～61．60m。隧道地质条件较为复杂，穿越第四系晚更新统风积黄土、中更新统冲洪积卵石等。

2隧道喷射混凝土超耗成因分析

隧道喷射混凝土施工期间易出现超耗现象，其发生成因较为复杂，对治理技术提出较高的要求。鉴于此，必须探讨喷射混凝土超耗现象的主要影响因素，为控制策略的制定提供依据。

2．1现场管理

1)超挖影响。施工中，在洞内无水条件下都能较好地控制开挖轮廓线，超挖在5cm以内。但在含水量较大地段超挖一般在10cm以上，按本工程需超耗喷射混凝土29．84%。2)临时堆料。为满足施工需要，现场通常提前拌和。当拌和数量较大时会出现两种问题:①干混料堆方体过大，原料外漏至竖井内，造成直接浪费;②堆放时间过长，部分干混料粘附性能缺失，造成间接浪费。施工中，技术或工班人员应根据施工需求提前计划好喷射混凝土数量。

2．2喷射混凝土回弹

1)原材料质量。喷射混凝土是泥、砂、碎石、水及外加剂按特定比例共同组成的混合料，各类材料性能对混凝土回弹量的影响具有差异性，其中以速凝剂和机制砂两类的作用较为显著。速凝剂在应用过程中应考虑到掺量及该材料与水泥的相容性问题，在原配合比方案中，速凝剂与水泥的融合性较差，不利于混合料的形成。机制砂也将对喷射混凝土的回弹量带来显著的影响，根据原配合比可以得知选用的是细度模数为3．2的机制砂，偏粗。此外，该材料的石粉含量相对较少，为3%～4%。诸如此方面的因素均会影响机制砂的性能，并对喷射混凝土的弹性模量带来影响。2)配合比设计。根据原配合比方案可知，其在混凝土生产期间未使用减水剂，混凝土的强度不合理。加之速凝剂、机制砂等方面的影响，最终使得材料投入量明显增加。3)混凝土拌和质量。混凝土生产期间的原材料质量管理工作未落实到位，出厂时的混合料质量检查不够严格，加之运输途中温度散失等因素的影响，导致运抵现场的混合料性能表现不够理想。4)混凝土排水。受喷面存在积水现象时，将对回弹量带来较显著的影响。喷射施工前需做好清理工作，去除松动岩块，利用高压风冲洗受喷面，使其保持洁净的状态。地下水从岩层裂隙内涌出时应配置排水管，并采取钻孔排水的方式，对于水无法集中的情况可选择半圆形导水管，利用该装置有效疏导积水。经过除水处理后在表面喷射混凝土。遇涌水量大且覆盖范围广的情况时，上述方法缺乏可行性，此时需在受喷面铺设防水板(带有导水槽)，再组织混凝土喷射施工。5)人员综合水平。施工人员的专业水平和职业素质的高低均会影响喷射混凝土的回弹量。湿喷施工期间未遵循分层、分片的基本原则，单次喷射厚度偏大，随之带来喷射混凝土回弹量增加的问题。

3隧道喷射混凝土超耗问题的控制策略

3．1严控开挖尺寸

以设计要求为准严格控制开挖轮廓线。以半自动开挖技术较为合适，机械开挖期间预留20cm，该部分由施工人员修整，以免因机械开挖进尺控制不当而发生超挖现象［1］。应用三台阶法时应做到每循环进尺最多为2榀。隧道开挖环境错综复杂，现场光线条件较差，需由专员指挥，操作者正确控制挖掘机的姿态和进尺，提高开挖作业的精准性。1)合理安排工序。在施工组织上，上下台阶尽可能同时施工，提高回弹料的使用率。上台阶回弹料二次填入仰拱进行利用，能够有效减少浪费。2)临时堆料及回弹料剩余处理办法。每循环喷射混凝土拌和数量由技术人员交底，按照交底数量进行控制，尽量减少临时堆料。不能避免临时堆料时应及时归拢至指定地点，待下一循环立即使用。

3．2控制喷射混凝土回弹量

隧洞施工环境内粉尘含量偏高现象的出现与喷射混凝土回弹量高具有密切的关联，因此需最大限度降低混凝土的回弹量，从而优化隧道施工环境。3．2．1严把材料质量关原设计方案中使用的速凝剂难以取得良好的应用效果，因此，更换其他品牌的速凝剂，以保证该材料的初凝时间≤5min，终凝时间≤10min。同时调整机制砂的参数，细度模数为2．8，由于前期石粉含量偏低，因此，将其提高至5%～7%。粗骨料方面以碎石为宜，粒径控制在15mm以内。通过此类措施的应用可有效降低喷射混凝土的回弹量，施工状况得到改善，喷射管道堵塞的问题得以解决。3．2．2优化配合比以混凝土质量要求为导向，合理组织工艺性试验，通过对质量、经济效益的综合对比后选择C25混凝土，具体包含普通P.O42．5号水泥、机制砂、粒径为5～10mm的碎石、高效减水剂以及适量的速凝剂。从试验段施工情况来看，该配合比方案下的混凝土综合性能显著提升，回弹量有所下降，强度较前期有所提高。3．2．3加强混合料的质量控制拌和站是混凝土的主要生产场所，在材料生产过程中应加强对原材料质量、用量、搅拌时间的控制，对每车混凝土展开质量检测工作，在满足要求后方可投入使用。3．2．4提高施工水平及动态化调整施工前应做好技术交底工作，保证每位操作人员均掌握施工技术要点，使其认识到喷射距离、喷射角度等相关施工工艺的重要性，保证各方面符合作业规范，从而降低混凝土的回弹率。此外，喷射混凝土施工前应做好全面的检查工作，包含安全阀、压力表、喷枪水环、压力控制器在内的各类仪器均要维持稳定运行的状态，否则需视实际情况修复。喷射过程中要求喷嘴与受喷岩面始终维持垂直的关系，倾斜角应≤10°。喷射施工期间加强对风压的检测与控制，若风压偏高将加快混凝土的喷射速度，骨料的回弹量随之增加，最终出现混凝土回弹量提高的情况［2］。若受喷面存在钢架遮挡等情况，则需要调整喷射角度，保证钢架及钢筋网背后的区域均被喷射密实。

3．3加强现场组织管理

1)创建并完善组织机构。以项目经理为组长，以总工程师为副组长，加之包含工程管理部在内的各部门负责人，共同组成超耗控制管理小组。明确工作内容，共同做好现场管理工作。2)落实奖惩制度。开挖人员的综合水平是工程软实力的重要彰显形式，同时将在很大程度上影响钻孔质量。对此，需遵循定人、定岗的原则，每完成一循环后均要安排专员检查，对施工质量情况做出准确的判断，给予适当的奖励或惩罚。在运行奖惩机制后可以发挥出优秀员工的带动性作用，同时及时发现问题，引导相应员工积极改进。3)做好技术交底。隧道地质环境复杂，施工内容较多，施工人员需根据规范做好各项工作。在制定科学的隧道开挖支护方案后，面向所有参建人员进行技术交底，以便施工人员可明确现场情况，掌握施工方法，有序施工。4)预留变形量动态控制。以现场监控结果为准，动态化调整隧道预留变形量，保证该值的合理性，在不影响施工质量的前提下减少喷射混凝土用量，从而避免衬砌混凝土超耗的情况［3］。5)加强排险管理。隧道开挖支护期间易遇到软弱围岩等特殊地段，其安全隐患较多，需加强排查，施工人员集中注意力，避免局部超挖，否则也将带来喷射混凝土超耗的情况。

4施工效果分析

4．1线性超挖控制方面

经数月的施工与检测后，发现平均线性超挖量得到有效的控制，由原本的36．5cm降低至13．4cm，具体结果如图1所示。

4．2喷射混凝土超耗控制方面

在采取线性超挖控制措施、混凝土回弹量控制措施后，可有效缓解喷射混凝土超耗的问题，由最初的200%大幅下降至90%左右，具体情况如图2所示。

5结束语

喷射混凝土是隧道工程中的重点环节，由于施工期间易发生喷射混凝土超耗的情况，因此需采取有效的控制策略，保证混凝土的喷射施工质量，最大限度缓解超挖问题。本文结合工程实例展开分析，提出喷射混凝土超耗问题的几项控制措施，希望可为类似工程提供参考。

参考文献:

［1］夏海．隧道喷射混凝土超耗控制措施［J］．中外建筑，2020，26(1):140－141．

［2］张毅，许清海．隧道混凝土超耗分析及解决方案［J］．建材与装饰，2019，15(31):281－282．

［3］徐朝峰．长大隧道喷射混凝土超耗分析及控制技术研究［J］．居舍，2019，39(5):63－64．

作者：张斌丽 单位：中交一公局第三工程有限公司