隧道喷射混凝土施工质量的控制措施

随着科学技术的发展，大量的新材料、新工艺、新设备、新技术不断应用于工程中，同时，隧道施工技术也在超长、大跨度、防水、穿过不良地层等方面取得了长足的进步，涌现出了大量的科技成果。锚喷构筑法在技术上有采用速度较快，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；施工灵活性很大，可以根据需要分次喷射混凝土追加厚度，满足工作设计与要求等优点。
在国内，一些国际招标的大型水利工程中，如二滩水电站，黄河小浪底工程，三峡工程等，均是采用湿式混凝土喷射作业。国内目前使用的各种湿式混凝土喷射机多是从国外引进的设备。近几年来，国内一些单位也开发研制出几种湿式混凝土喷射机，但生产规模尚有待扩大。湿式混凝土喷射机主要优点如下：
（1）湿法喷射混凝土作业大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度，消除了对工人健康的危害。
（2）生产率高。干式混凝土喷射机工作效率一般不超过5扩/h。而使用湿式混凝土喷射机人工作业时可达10m3/h，采用机械手作业时，则可达20m3/h。
（3）回弹度低。千喷时，混凝土回弹度可达15%~50%。采用湿喷技术回弹率可降低到10%以下。
（4）湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土水化程度高，故可大大改善喷射混凝土的品质，提高混凝土的匀质性，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的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。
1、施工工艺与原材料的控制
1.1 施工工艺
喷射前，应将岩面冲洗千净，并将表面软弱破碎岩石清扫干净。喷射作业应分区段进行，长度一般不超过6二，喷射顺序应自下而上。后一次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。边墙一次喷射厚度4~6cm，拱部则为2-4em，喷射2一4h后应洒水养护，一般养护7一14d，混凝土喷射后至下一循环放炮时间，应通过试验确定，一般不小于4h，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。
1.2 原材料控制
（1）拌和用水：工程中多以饮用水作为拌和用水，而pH值小于4的酸性水和含硫酸盐量（SO4，一）超过水量1%的水，含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的水均不得使用。
（2）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4S5，以上的普通硅酸盐水泥，其次选用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，水泥存放时严禁受潮和结块，也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。
（3）骨料：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。
（4）活性：掺和料：水泥水化是一个逐步发展的过程，在28d的龄期中，水泥的实际利用率仅占60%一70%，而另外的未水化的水泥中的Ca0后期遇水后生成Ca（OH）2，产生体积膨胀，给后期强度带来不利影响，利用活性掺和料代替部分未水化的水泥，不仅可以降低成本，主要的是可以利用活性材料中的活性成分（主要是Si02与A403）与水泥水化产物Ca（OH）：进行二次反应，生成含水硅酸钙与含水铝酸钙，新生成的水化产物不仅提高了喷射混凝土的强度和致密性，而且提高了其抗冻、抗渗、抗腐蚀等性能，这一类活性掺和料主要是粉煤灰和沸石粉，掺量约为水泥重量的10%-20%.
（5）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。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，注意速凝剂效果实验，初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min，保持速凝剂干燥勿受潮变质，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。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。另外速凝剂掺人应均匀。
2、喷射混凝土配合比的设计与控制要点
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，主要讲述C，喷射混凝土潮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/m；其次确定砂率，宜选用粗砂或中砂，砂率宜为45%一55%，砂率过高或过低易造成堵管，再次确定水灰比，水灰比宜为0.4-0.5，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，另外要注意根据施工环境的温度，周围岩壁类别、施工队伍的施工水平做相应的调整。