隧道喷射混凝土空洞缺陷的成因及处理方案

一、空洞成因分析
隧道初期支护出现空洞及喷射混凝土不密实，是由多种原因造成的。经分析主要有以下几个方面：
1、地质条件复杂
隧道地区地质条件复杂，围岩较差，基本上为Ⅲ类和IV类围岩，在隧道初期支护时必须先立拱架和扎钢筋网后才能进行混凝土的喷射。且同一区域的岩层喷射面岩石性质各异，某些岩层表面粘附力明显差于别的岩层表面及开挖后存在大量松动岩石。在施喷之前，未对喷射面用水冲洗及清理松动的岩石。由于喷射岩石表面粘附力各异及松动岩石的掉落，导致空洞的形成。
2、隧道断面开挖超欠挖现象严重
影响超欠挖的因素主要有以下几点：钻孔精度、爆破技术、施工组织管理、测量放线和地质条件变化等。实际施工时均为人工钻孔，未严格按设计要求施工，存在的问题主要有：周边眼间距普遍大于设计间距，外插角度误差较大，布眼不均匀。掏槽未采用双层斜眼楔形，辅助眼密度过稀，未根据岩体软硬变化程度调整或虽然调整但间距过大。超挖较大部分采用增加短锚杆挂小网的方式喷混凝土回填，喷前用高压水将岩面冲洗干净，对遇水易潮解的岩层，则用高压风清扫岩面。而在实际施工中，部分超挖较大的区域实际未挂小网，未用喷射混凝土补平，对工序进行了合并，直接进行工字钢架或格栅钢架立架，同时进行锚杆施工，布设钢筋网片;喷射混凝土前未彻底清理岩层表面，为空洞的形成创造了条件;钢筋网片施工工序错误，对喷射混凝土直接接触岩面起到了一定的阻碍作用，特别是钢架后面和边角处，不易喷实，易形成空洞。
3、未严格按照混凝土喷射工艺进行喷射
在施喷过程中，没有严格按照混凝土喷射工艺进行喷射。在某个局部喷射过厚，导致混凝土坠落，而坠落的混凝土在坠落在钢筋网片上时没有砸碎挂在钢筋网片上而挡住了网片后面还未填平的喷射区域，导致空洞的形成。
4、操作手操作设备的熟练程度不够
在喷射过程中，由于操作手长期未进行喷射作业再次操作设备有些生疏或操作手本身操作设备还尚未达到“人机合一”的熟练程度。在施喷过程中，在想对某一区域填平时，无法精准地调节喷嘴的位置，喷嘴在未填平区域的周边游动，导致周围混凝土越堆越厚，而要填平的区域却始终没有填平甚至还挡住了喷射该区域的喷射角度，导致空洞的形成。
5、混凝土料不稳定
在施喷过程中，一般是分层喷射，每层以不掉落的临界状态为准，达到喷射厚度即可。但是由于喷射混凝土料不稳定，操作手无法把握不掉落的临界状态的时机，而导致混凝土成块掉落，导致空洞的形成。
二、预防措施及处理方案
为确保初期支护的质量，根据以上分析，在施工过程中，为避免空洞的形成应采取以下措施：
1，在施喷之前，先对喷射的岩石表面的松动岩石进行清理，表面进行修整。然后再用水清洗喷射岩石表面提高岩石表面的粘附力。如果不能用水清洗的岩石表面则用高压空气对岩石表面进行清理。
2，因为超挖是空洞形成的先决条件，故在施工过程中，要严格控制超挖。当超挖已经形成，在对超挖严重的地方进行混凝土喷射时，要在超挖区域先挂小网喷射混凝土填平后，再进行下一道工序。不能两道工序合并，超挖严重的区域与其他区域一并挂网立拱架进行喷射。
3，严格按照混凝土喷射工艺进行喷射
开始喷射时, 先观察喷射面整体超欠挖的情况，然后初扫一遍整环喷射面, 再从边墙到拱顶逐次喷射超挖较严重的地方，即先补坑，且把坑填平，喷射速度宜控制在20～24m3/h。喷射作业应以适当厚度分层进行，一次喷射厚度以不坠落时的临界状态或达到所需厚度为宜，初喷厚度宜控制在4～6cm，复喷每层厚度拱顶不得大于10cm、边墙不得大于15cm。采用先墙后拱、由下而上、分段和分片的顺序进行，纵向3m分段，不宜超过6m，宽2m分片，分片喷射要先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土，从下部水平方向旋转移动，往返一次喷射，再向上移动。喷头尽可能垂直岩面，角度控制在90°，喷嘴应均匀地呈螺旋形转动，喷射距离控制在1～1.5m为宜。喷射料束运动轨迹为环形旋转水平移动，一圈压半圈，环形旋转直径约30cm，旋转速度以1～1.5s左右转动一圈为宜。将坑喷平后, 从边墙往拱顶喷射一层混凝土，喷射速度宜控制在22～26m3/h。Ⅱ级围岩，喷射混凝土厚度在10cm以下，从边墙到拱顶一次喷射到位。Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级围岩有钢架和钢筋网, 在第二层喷射混凝土时应进行初次找平, 距离钢架内缘线预留5～8cm，喷射速度宜保持在18～22m3/h。第三层喷射混凝土，喷头要大幅度的转动和移动，喷射速度宜保持在12～14 m3/h。精平时，应仔细观察喷射面，若喷射料刚好把钢架盖住，整体显现拱架的痕迹，即已达到喷射厚度。
4、操作手在每天及每次的操作过程中，要自己善于总结，发现自己在操作方面的不足，及早在以后的喷射过程中进行改进，迅速地提高自身的操作技能和水平。操作设备是个“熟能生巧”的技术活，要想达到“人机合一”的熟练程度的话，操作手必须不断的练习和作业。
5、工地现场严格控制喷射混凝土的质量，保证混凝土料的稳定。
混凝土喷射过程中空洞的形成原因诸多。这一现象是完全可以在施工过程中消除的，但要全面地消除空洞缺陷尚需施工、监理、设计等多方面共同做出努力。