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摘要结合现场实际工作经验，简要介绍隧道喷射混凝土设计，以及施工过程中的质量控制。
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关键词：隧道喷射混凝土质量控制
前言：随着运输行业发展，我国的路桥建设正由东部沿海地区向西部内陆地区发展，由平原地区向山岭重丘区延伸的特点日益凸显，对于复杂地形、地质和土质条件下的隧道工程，其初期支护施工中，须在围岩表面喷射混凝土，主要起到支承和胶结、填平补强、覆盖封闭围岩及分配扩散外力的作用，以提高隧洞围岩的抗力能力和稳定性。因此隧道喷射混凝土要做到内实外美，其设计和施工的质量控制及检测技术至关重要。
一、现场抽取试样和问题分析
1、针对各高速铁路项目隧道工程，我们分别从不同的隧道工程中分别以钻芯和大板现场抽取喷射混凝土试件，其抽样抗压强度如下：
C25喷射混凝土钻芯取样试件抗压强度值
以上两种不同工艺现场喷射混凝土取样其抗压强度均不能满足设计要求，鉴于隧道工程中喷射混凝土抗压强度不能满足设计要求的普遍发生的现象，我们决定将C25喷射混凝土重新进行试配，以下就是喷射混凝土试配的全部过程。
二 、喷射混凝土配合比设计
下面以C25混凝土设计为例，简述其设计过程
C25砼设计要求
砼设计标准为C25
坍落度控制在100~120mm
按标准方法制作和养护边长为100mm的立方体试块温度在20±2℃，相对湿度≥95%。
原材料技术标准
名称 项目 实验结果
粗骨料
（碎石） 筛分析 符合5~16mm连续级配要求
针片状含量(%) 4.7
表观密度(g/cm2) 2610
压碎值(%) 4.6
细骨料
（中砂）
筛分析 符合中砂级配要求，Mx=2.9
含泥量（%） 2.1
泥块含量（%） 0.2
水泥
P.O42.5 细度 2.3
初凝时间 2h05min
终凝时间 2h55min
安定性 2.5
抗压强度（Mpa） 3天 5.5
28天 28.0
抗折强度（Mpa） 3天 8.1
28天 48.6
水：饮用水
外加剂
采用RCMG-5型高效减水剂，掺量为胶凝材料用量的1.2%，减水率为25.2%。
6、速凝剂
采用安徽巢湖速凝剂总厂生产的8880-Q液体速凝剂，其技术指标经试验结果如下：
速凝剂技术指标
项目 规范要求 试验结果
净浆凝结时间 初凝时间 ≤5min 3min
终凝时间 ≤10min 8min
1d抗压强度 ≥7MPa 10
28d抗压强度比（%） ≥75 90
砼配合比设计过程
试拌调整:按15L砼进行试拌
a、试拌用量(kg):
水泥:细骨料:粗骨料:水:减水剂: 速凝剂 =
6.21: 13.40: 13.40: 2.67: 0.075:0.25
实测坍落度为:11cm,符合设计要求,实测容重为2350Kg/m3,需调整
基准配合比各原材料用量,
mco=405kg/m3 mgo=875 kg/m3 mwo=174kg/m3 mso= 875kg/m3 mJSJ=4.86 kg/m3mSNJ=16.20kg/m3
配合比：1:2.16:2.16:0.43:0.012:0.04
按规程第6.1.3条确定在基准配合比,用水量应与基准配合比相同，水灰比分别增加和减少0.02。
b、试拌用量水灰比减少0.02w/c=0.41
则每1 m3各种材料的用量如下：
水泥：424 kg/m3 细骨料：865 kg/m3粗骨料：865kg/m3水：174kg/m3
减水剂：5.09 kg/m3速凝剂：16.96kg/m3
按15L砼进行试拌
水泥:细骨料:粗骨料:水:减水剂: 速凝剂
6.36: 12.98: 12.98:2.61: 0.076:0.25
配合比：1:2.04:2.04:0.41:0.012:0.04
实测坍落度为:10.4cm,实测表观密度:2350 kg/m3.
C、试拌用量水灰比增加0.02w/c=0.45
则每1 m3各种材料的用量如下：
水泥：387 kg/m3细骨料：885 kg/m3粗骨料：885 kg/m3
水：174kg/m3 减水剂：4.64kg/m3速凝剂：15.48 kg/m3
按15L砼进行试拌
水泥:细骨料:粗骨料:水:减水剂: 速凝剂
5.81: 13.28: 13.28:2.61: 0.070:0.23
配合比：1:2.29:2.29:0.45:0.012:0.04
实测坍落度为:11.6cm,实测表观密度为:2350 kg/m3
配合比的确定:每立方材料的用量。
经过室内进行验证试验，确定水灰比0.41配合比作为C25喷射混凝土配合比。
2喷射混凝土的施工工艺
工艺流程：凿出粉刷层-除尘-加固面喷水湿润-编设固定钢筋网-拌混合料-喷射-养护
目前喷射混凝土的施工有干喷、湿喷、潮喷和混合喷四种方式。
干法喷射混凝土的特点：将水泥、砂子、碎石按配合比用强制式搅拌机搅拌均匀，再投入到干式喷射机内用压缩空气输送到喷枪处，加水混合后，以一定的压力和距离喷射到受喷面上。
湿法喷射混凝土的特点：密封性能良好，辅料连续均匀；生产率大于5 m3/h；允许输送的骨料最大粒径为15 mm；混凝土（混合料）输送水平距离不小于30 m，垂直距离不小于20 m。
潮喷混凝土特点：是介于干喷和湿喷之间的工艺，将骨料预加水，浸润成潮湿状，再加水泥拌合，从而降低上料和喷射时的粉尘，但大量的水仍是在喷头处加入和喷出的，其喷射工艺流程和使用机械同干喷工艺。目前施工现场较多使用的是潮喷工艺。
混合喷射混凝土特点：又称水泥裹砂造壳喷射法，它是将一部分砂加第一次水拌湿，再投入全 部水泥强制搅拌造壳；然后加第二次水和减水剂拌和成SCE砂浆；将另一部分砂和石、速凝剂强制搅拌均匀。然后分别用砂浆泵和干式喷射机压送到混合管混合后喷出。
3喷射混凝土的质量控制
喷射混凝土的质量控制应从配合比原材、施工工艺的选择，以及施工过程三个方面入手。
配合比原材
3.11 水泥
为保证喷射混凝土的凝固时间, 并与速凝剂有较好的相溶性,所用水泥应具有强度高, 抗渗性和耐久性好, 应优先选用P.O425 号以上的普通硅酸盐水泥, 其次是矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥; 在地质条件复杂的隧道中应采用早强水泥; 使用前应做强度鉴定实验，对于不合格的产品一律禁止使用。
3.12 骨料
骨料的强度影响着混凝土强度,因而使用前需对骨料做岩石抗压强度，此外混凝土强度还取决于水泥浆与骨料的粘结强度,因此骨料的表面越粗糙, 界面粘结强度越高, 故施工中粗骨料普遍使用碎石。实验表明在一定范围内骨料的粒径越小分布越均匀混凝土的强度越高, 骨料最大粒径的减小, 不仅增加了骨料与水泥浆的粘结面积, 而且容易拌和均匀，因此骨料选择一般粒径都小于16mm，且连续级配，对于细骨料一般采用细度模数2.5以上的中粗砂。
3.13 外加剂
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，主要是速凝剂。外加剂需与水泥有很好的适应性，掺加速凝剂之前, 应做与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验, 初凝不应大干5 min , 终凝不应大干l0min 。
3.2施工工艺
鉴于前面四种施工方式，推荐使用后三种，即湿喷、潮喷和混合喷，其具体施工工艺还需结合工程预算以及现场实际情况来确定。
3.3 施工过程
（1）喷射作业应分段、分片由上而下顺序进行，每次作业区段纵向长度不宜超过6 m；干法喷射混凝土的输料距离水平方向不小于100 m，垂直方向不小于30 m；湿法喷射混凝土的输料距离水平方向不小于30 m，垂直方向不小于20 m。
（2）一次喷射厚度应根据设计厚度和喷射部位确定，大量工程实践表明，只有当壁面形成10mm厚左右的塑形层后，粗骨料才能嵌入，因此为了减少物料的回弹损失，一次喷射的混凝土厚度不易过薄，也不宜过厚，否则会因混凝土自重过大而导致拉裂脱落，因此宜控制在40~60 mm。复喷一次喷射厚度拱顶不得大于100 mm，边墙不得大于150 mm。
（3）岩面有较大凹洼时，应在初喷时找平。
（4）前一层喷射混凝土终凝后1 h 以上且喷层表面已蒙上粉尘时，前一层喷射作业前应清洗干净受喷面。
（5）喷射混凝土作业时喷嘴应垂直、喷射混凝土必须直接喷在岩面上。喷枪头到喷射面距离宜为0.6~1.2 m，喷射机工作压力应控制在0.15~0.20 MPa。
（6）冬季施工时，喷射作业区的气温低于5 ℃；喷射混凝土强度低于设计强度的30%时，不得受冻。
（7）喷射混凝土终凝2 h 后，应喷水养护，养护时间不应少于7 d，重点工程不应少于14 d。气温低于5℃时，不得喷水养护。
3.4配合比重新调整后，我们又分别从不同的隧道工程中分别以钻芯和大板现场抽取喷射混凝土试件，其抽样抗压强度如下：
C25喷射混凝土钻芯取样试件抗压强度值
C25喷射混凝土大板取样试件抗压强度值
3.5通过以上的数据分析，确定C25喷射混凝土配合比重新调后，是能够满足现场施工要求的。
结束语
隧道喷射混凝土是一个系统工程，各个环节都对混凝土质量都有着至关重要的作用,只有选择合适的配比与原材，准确的施工工艺，正确的施工技术，严格的施工过程的控制，才能造就合格的隧道工程。
参考文献:
普通混凝土拌和物性能试验方法标准GB/T50080-2002
混凝土外加剂应用技术规范GB50119-2003
普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002
普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。 |
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发表于 2018-7-16 20:47:04