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《佳木斯職業學院學報》2017年第8期

摘要：濕噴技術是隧道機械化作業的一個重要環節，對噴射混凝土施工質量起到關鍵性作用。通過對噴射混凝土原材料、配合比設計、濕噴機特點分析、施工過程控制進行全面分析總結，得到了濕噴工藝的關鍵控制要點，為隧道噴射混凝土施工提供了技術參考。

關鍵詞：鐵路隧道；濕噴技術；噴射混凝土；配合比設計；濕噴機械手

0引言

噴射混凝土濕噴工藝在當前鐵路隧道施工中廣泛應用，但在施工過程中存在一些問題，噴射混凝土回彈率過高問題的仍未得到有效解決，同時分析噴射混凝土施工中遇到的其他問題，結合現場實際施工情況，為以后施工積累經驗，對噴射混凝土濕噴技術進行了研究。通過對原材料選擇、配合比設計、設備選用、施工過程控制等方面進行隧道濕噴技術優化原則和方法的研究。

1噴射混凝土原材料選擇

1.1水泥

噴射混凝土的質量與水泥密切相關，水泥的品種、礦物組成、混合材種類及摻量、比表面積等，這些與水泥凝結時間相關的水泥礦物成分和參數對噴射混凝土凝結效果都有影響。

1.2砂

本工程附近石灰巖機制砂較多，河砂較少。第一種為混合砂，怒江河砂又較細，為滿足細度模數要求，在洗砂生產線中增加了制砂設備，然后使天然河砂和機制砂混合成混合砂。由于其中的天然河砂使得混凝土和易性、泵性和噴射效果均很好，很適合機械手濕噴。第二種為石灰巖機制砂，石灰巖機制砂一般為粗砂，石粉含量宜在6～10%，要適當提高砂率2～4%，以滿足濕噴機對混凝土工作性的要求。

1.3碎石

噴射混凝土所用碎石最大粒徑不宜大于16mm，根據工程實踐和濕噴設備要求碎石最大粒徑確定為10mm，即用5-10mm碎石。其技術指標滿足TB10424-2010的要求。

1.4減水劑

所用聚羧酸高性能減水劑的性能應滿足TB10424-2010的要求，其勻質性符合GB8076的規定。其選用原則是減水率高、坍落度保持性能好、與水泥相容性好且能明顯改善混凝土工作性能和提高混凝土強度。噴射混凝土濕噴工藝要求坍落度足夠較大，又要滿足混凝土能迅速凝結，綜合考慮，選用緩凝型聚羧酸高性能減水劑，緩凝劑用量適當控制，避免造成噴射時掉塊和回彈率大。

1.5速凝劑

速凝劑的勻質性、凝結時間、抗壓強度比及其與水泥的適應性和速凝效果應滿足要求，根據工程實際情況，主要考慮圍巖面有無滲水，確定速凝劑初凝時間，圍巖有滲水時初凝時間一般控制在4min以內。

1.6拌合用水

噴射混凝土拌合用水與普通混凝土相同，其pH值、不容物、可溶物、氯化物、硫酸鹽、堿含量、凝結時間差和28d抗壓強度比均應滿足TB10424-2010中的要求。

2噴射混凝土配合比設計

噴射混凝土配合比設計不同于普通混凝土，需根據室內試拌和現場工藝性試驗共同確定配合比參數，經現場濕噴工藝性試驗確定坍落度宜為160-200mm。根據噴射混凝土的骨料特點，碎石最大粒徑小、砂率大，然而骨料的比表面積較大，則需要更多的水泥漿才能使混凝土工作性良好。且速凝劑明顯降低了混凝土的后期強度，因此需要控制水膠比適當和足夠量的水泥用量。但是水泥量也不宜過大，容易導致噴射混凝土干縮開裂，同時增加了混凝土成本。由此可見噴射混凝土的配合比參數主要考慮保證混凝土工作性、回彈率、混凝土強度和耐久性能、混凝土經濟成本等方面。

2.1水泥用量

一般認為，單位水泥用量過小時，骨料表面水泥漿少，回彈率增大，早期強度滿足不了設計要求。而單位水泥用量過多時，一是經濟成本大，二是硬化后混凝土的收縮也會增大。為有效降低回彈率應適當提高單位水泥用量，膠凝材料用量不少于400kg/m3，本工程濕噴工藝要求水泥量適當增加，C25強度等級噴射混凝土水泥用量選用范圍為450～470kg/m3。

2.2砂率的確定

砂率對噴射混凝土拌合物工作性影響較大，主要體現在噴射堵管、回彈率大、噴射混凝土不密實。砂率過小會導致混凝土包裹性差和流動性差，嚴重時會產生離析泌漿現象，造成堵管。砂率過大則會影響混凝土實體強度。

2.3減水劑摻量

濕噴工藝坍落度應滿足泵送混凝土的要求，一般設計160～200mm，規范要求水膠比不大于0.50，經本工程施工的混凝土取芯進行強度試驗，要達到C25混凝土的強度等級，水膠比為0.40～0.43。為保證滿足要求的坍落度和水膠比，減水劑摻量0.9～1.0%。

2.4速凝劑摻量

速凝劑對噴射混凝土速凝效果、回彈率影響最大，速凝劑摻量太少，混凝土凝結太慢，這使得混凝土噴射后回彈下來或者結成大塊為完全凝固的混凝土塊掉下來。速凝劑摻量太大，混凝土凝結太快，快速的凝結形成堅硬的表面，導致后噴混凝土回彈影響混凝土密實度。速凝劑摻量太大也會影響混凝土后期強度，速凝劑先與水泥中的石膏反應再和C3A反應會產生大量的鈣礬石，這也是速凝劑早期強度生長快的原因所在，但鈣礬石后期會向單硫型水化硫鋁酸鈣轉化，致使混凝土內部空隙增加，因此，摻量速凝劑量越大混凝土后期強度降低越明顯。選擇適當的速凝劑摻量是噴射混凝土質量影響的重要因素，根據工程實踐，速凝劑摻量宜為4～6%，且速凝劑摻量應根據設備型號、噴射部位進行適當調整以達到最佳噴射效果。

3噴射混凝土濕噴設備選用

噴射混凝土濕噴設備代表性的型號有：TK600轉子活塞式濕噴機，GYP-90液壓變量柱塞泵送式濕噴機，HSC-2515液壓S管閥泵送式混凝土濕噴機械手。前兩種濕噴機可根據隧道的特點，可對設備進行改進組合或者組裝運載車以利于施工。機械手濕噴機可根據隧道斷面大小選擇機械臂長度和最大理論噴射能力。本工程同時使用了這三種濕噴機，根據隧道的施工特點進行了配置，單線隧道為主的工點以小型濕噴機為主，雙線隧道段落較多的工點配置了機械手濕噴機。并在現場進行了噴射回彈率測試，TK600濕噴機全斷面回彈率13.2%，GYP-90濕噴機全斷面回彈率17.5%，HSC-2515機械手拱部回彈率15.5%，邊墻回彈率7.3%。

4噴射混凝土施工過程控制

4.1噴射混凝土回彈率控制

噴射混凝土回彈率影響因素主要有：原材料、施工配合比、濕噴設備、操作熟練程度。①原材料主要控制速凝劑與水泥適應性和速凝效果，砂細度模數和機制砂石粉含量，考慮減水劑與水泥兼容性，還要注意減水劑中緩凝劑用量對速凝效果的影響，速凝劑品質對速凝效果的影響。②施工配合比主要考慮砂率和坍落度對噴射效果的影響。砂的細度模數變化大時應適當調整砂率。應考慮過程中坍落度損失量，混凝土運距一般不宜超過5km，坍落度損失量較好控制。③濕噴設備，小型濕噴機操作較傳統，工人操作容易，噴射距離和角度受到限制，一般工人操作時會本能選擇合適的位置和角度，減少對身體的傷害。濕噴機械手，是自動化遙控操作，可以使噴射口始終和巖面垂直且保持最佳噴射距離，噴射距離控制在0.8-1.2m,能有效控制混凝土回彈率。噴射時機械臂移動速度均勻連續，混凝土面平整度好。機械手速凝劑摻量調節方便快捷，0～10%每間隔0.5%為一個檔位，拱部一般速凝劑摻量較高，邊墻速凝劑摻量較低，有效控制了噴射回彈率的同時保證了混凝土強度和節約了速凝劑用量。④操作熟練程度，設備使用前期應請廠家到現場進行技術指導和培訓。特別是機械手操作手，噴射臂的操作尤其關鍵，是影響噴射效果的重要因素。施工人員之間配合要協調，分工明確，各司其職，確保各個環節順利進行。

4.2噴射混凝土施工中常遇到的幾個問題

①混凝土堵管現象。一般情況泵送管閥口處容易堵塞，主要原因是混凝土工作性較差，因混凝土離析或砂率不足造成。如果是噴射口處堵管或者爆管，則主要是碎石粒徑偏大或者混有超粒徑碎石，也有可能是運輸罐車或噴射管道未清洗干凈，殘留的超粒徑碎石或混凝土造成堵管。②減水劑不適應現象。噴射混凝土和普通混凝土對減水劑緩凝要求不一樣，噴射混凝土和普通混凝土對緩凝的要求基本相反，因此對減水劑的要求也不一樣，可通過調整摻量來解決這個矛盾，如仍得不到解決，則應分開兩種減水劑分別使用。③機械手濕噴機和開挖工法不匹配。三臺階施工時，機械手噴上臺階時困難，在下臺階中間開挖中槽，滿足機械手停放空間即可，使機械臂噴嘴盡量靠近噴射部位，利于噴射距離和角度控制。④拱部混凝土回彈掉塊嚴重。拱部噴射時應適當提高速凝劑摻量，調整風量和噴射距離，減小噴射分層厚度，且盡量保證噴射角度垂直巖面。⑤噴錨施工時刺激性氣味大。是因為速凝劑呈堿性和水泥粉塵反彈擴散導致，吸入這種空氣會呼吸道有損害。因此要使用堿含量較低的速凝劑，有條件的可以使用低堿或無堿速凝劑。在施工時工人應戴防護口罩，減少對身體健康的損傷。⑥巖溶滲水地段濕噴回彈率大。應調整速凝劑摻量，適當減小混凝土坍落度，增加水泥用量和砂率，以減少混凝土回彈率。對于滲水較嚴重，形成水流時就需要打孔排水和用干噴法初噴，然后進行濕噴復噴作業。

5結論

①噴射混凝土濕噴技術關鍵控制點有原材料控制、配合比設計優化、濕噴設備匹配、施工組織協調、人員操作培訓。②噴射混凝土施工質量體現在混凝土噴射回彈率小、速凝效果好、早期強度高、后期強度滿足設計要求、對工人健康影響小。③機械手濕噴機優點明顯，噴射混凝土實體質量大大提高，用工人數較少，是提升隧道施工標準化和機械化的重要手段。

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作者：何忠海 單位：中鐵十二局集團第一工程有限公司