大庄坪隧道隧道湿喷砼工艺试验方案

（陕西境内）站前工程XCZQ-2标

（DgK56+156～DgK90+457）

大庄坪隧道湿喷工艺

试验方案

中交二航局西成客专项目部

二零一三年四月

一、编制依据及编制范围

1.1 编制依据

（1）大庄坪隧道设计图；

（2）大庄坪隧道施工组织设计

（3）国内湿喷工法的试验参数、技术总结；

（4）大庄坪隧道拟投入的湿喷设备，湿喷手技术人员；

（5）《高速铁路隧道工程施工技术指南》 （铁建设[2010]241号）；

（6）《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（铁建设[2010]240号）

1.2 编制目的

为确保隧道支护安全，使喷射砼质量达到设计及施工图的要求，提高初期支护效果，特编制本方案。

1.3 编制范围

西成客专大庄坪隧道边仰坡防护、正洞初期支护湿喷砼工艺试验施工。

二、工程概况

2.1隧道概况：

大庄坪隧道位于户县崂峪乡西河村境内，地貌上属秦岭低中山区，地形起伏较大。线路从东崂峪河左岸陡峻山坡进洞，在大庄坪沟出洞，隧道进出口基岩裸露，坡面陡峻，植被较为发育，洞身最大埋深约500m，隧道起讫里程DgK80+862～DgK83+818.2，全长2956.2m，隧道为双线隧道，洞内线路纵坡为25‰的单面上坡，隧道除出口段42.1.374m位于直线上外，其余均位于R—7004.6m的曲线上。进出口均有便道可到达，交通条件较好，但洞口均位于便道对面，下临河沟。隧道在DgK82+432～DgK82+4通过f20断层，断层产状为N55～65°W/80°S，宽约60m，为逆断层；在DgK82+583～DgK82+611通过f21断层，断层产状为N45～55°W/85°

宽约30m，为逆断层。

2.2 设计简介

大庄坪隧道正洞Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级初期支护及洞口边坡防护采用C25喷射混凝土，正洞Ⅴ级初期支护采用C30喷射混凝土。具体参数见表2-1，表2-2。

表2-1 大庄坪隧道正洞各级围岩喷砼厚度表

3.1 技术准备

技术准备工作分为内业技术准备和外业技术准备。

内业技术准备主要包括：认真阅读、审核施工图纸和施工规范；编写各种有针对性的质量、安全保证措施；编写施工安全手册，组织施工人员岗前技术培训；编制作业指导书。

外业技术准备主要包括：现场详细调查与地质勘探；进行地材调查、室内试验；各种检测仪器设备的标定，办理计量合格证书；混凝土配合比的配制选定；施工作业中所涉及的各种外部技术数据。

技术准备工作做到“准备项目齐全，执行标准正确，内容完善齐备，超前计划布局，及时指导交底，重在检查落实”。

3.2 配合比设计

大庄坪隧道喷射混凝土配合比由中交二航局西成客专项目部中心试验室设计。初期支护C30喷射混凝土设计配合比（每方材料用量kg）：水泥：粉煤灰：细骨料：粗骨料：水：减水剂：速凝剂=384:96:859:841:177:2.88:14.4。

3.3 材料

（1）水泥、粉煤灰：水泥采用冀东海德堡牌P.O 42.5型水泥，粉煤灰采用宝源实业牌的粉煤灰，水泥及粉煤灰用量为480kg/m³，用量不小于规范要求的水泥（胶凝材料）用量不小于400kg/m³。

（2）细骨料：采用复兴砂场的中砂，细度模数2.7，含泥量0.2%，泥块含量0%，满足规范要求的细度模数应大于2.5,含泥量应不大于3%，泥块含量应不大于0.5%。

（3）粗骨料：采用陕西嘉兴的粗骨料，选用粒径5-10mm碎石，满足喷射混凝土所用粗骨料最大粒径不宜大于16mm。

（4）外加剂：采用河北铁园TY-6A聚羟酸高性能减水剂。

（5）速凝剂：采用河北铁园TY-3A型速凝剂，掺量3%。使用前水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，初凝不大于5min，终凝不大于10min。

（6）水：采用地下水，经外检合格。

（7）砼的坍落度宜为10～14cm。砼拌和料的停放时间不得大于30分钟。

3.4机械设备

大庄坪隧道出口喷射混凝土试喷试验配置机械见表3-1：

表3-1  湿喷试验机械配置表

大庄坪隧道喷射混凝土试喷试验人员配置见表3-2。

表3-2湿喷试喷人员计划配置表

喷射混凝土必须满足设计的强度、厚度及其与岩面粘结力要求。

4.1 喷射砼的原材料每盘称量的检查要求

喷射砼的原材料每盘称量的检查要求具体见表4-1。要求每工作班抽查不少于一次，采用复称方式进行。

表4-1喷射砼原材料允许偏差

每次进行喷射混凝土拌制前，应测定砂、石含水率，并根据测试结果和理论配合比调整材料用量。

4.3 喷射砼的配合比检验

同强度等级、同性能喷射混凝土进行一次混凝土配合比设计，施工过程中，如水泥、外加剂等主要原材料的品种和规格发生变化，应重新进行配合比设计并经审批后才能使用。

4.4 喷射砼坍落度检查

喷射混凝土拌合物的坍落度应符合设计配合比要求，每工作班不少于一次坍落度试验。

4.5 喷射砼表面检查

对所施作的喷射砼及时进行喷射混凝土表面检查，砼表面应密实、砼表面用2m 靠尺进行平整度检查，要求表面密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、露筋、空鼓和渗漏水，锚杆头钢筋无外露。

4.6 喷射混凝土与围岩粘结强度的试验方法

（1）成型试验法：在模型内放置面积为10×10cm、厚5cm，粗糙度近似于实际岩面的岩块，用喷射混凝土掩埋，等强后加工成10×10×10cm 的立方体并养护28 天，用劈裂法进行试验。

（2）直接拉拔法：在围岩表面预先设置带有丝扣和加力板的拉杆，用10cm厚的喷射混凝土将加力板埋入，试件面积30×30cm（与周围喷射混凝土分离），养护28 天后进行拉拔试验。

4.7 回弹率

回弹率的测定方法是：按标准操作喷射0.5～1.0m3 的混凝土，在长度3.0m的墙部或拱部喷10cm 厚的喷层，用铺在地面上的彩条塑料布或钢板收集回弹物，称重后换算为体积与全部喷出混凝土体积的比值。

4.8 喷射砼的强度检验

强度检查试件采用喷大板切割法，在混凝土喷射施工的同时，将混凝土喷射在45cm×35cm×12cm的模型内，当混凝土达到一定的强度后，加工成10cm×10cm×10cm的立方体试件，在标准条件养护至28d进行试验。

4.9 喷射砼强度检查

每一喷射循环检查一次，通过贯入法或拔出法检测。喷射混凝土强度应满足3h强度达到1.5MPa，24h强度达到12.5MPa，28d强度达到32MPa。

五、喷射混凝土施工方法及保证措施

5.1 喷射混凝土施工方法

喷射所用砼采用强制式搅拌机拌制，喷射砼时，分段、分片由下而上螺旋式喷射,每段不超过6米。喷射角度尽量接近90°，并保持1.5～2.0m的距离。初喷厚度控制在4cm～5cm，分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用水清洗喷层表面。采用埋设钢筋头做标志，控制喷射混凝土厚度。

喷射工作结束后要认真清洗喷嘴。喷第一层时，应使用加大速凝剂掺量的水泥砂浆，并适当减少喷射机的工作风压，以便形成初喷壳，为后续喷射提供底层。湿喷工艺原理见图5-1，施工工艺流程见图5-2。

图5-1 喷射混凝土施工工艺原理

通过采用湿喷工艺，回弹率侧壁不应大于15%，拱部不应大于25%。喷射混凝土终凝2h后，应进行湿润养护，养护14d。

5.2 保证喷射砼质量应采取的措施

（1）对湿喷机随时保养维修，使之经常处于不漏气，不堵塞的良好工作状态。

（2）喷射机启动时，应先送风再开机，并应在机械运转正常后送料。供料应均匀连续。停止结束时，先停止送料，待料罐内余料喷完再停机，然后关风。停止喷射作业后，喷射机和输料管内的积料应及时清除干净。以避免混合料结块堵管。

图5-2混凝土湿喷工艺流程图

（3）湿喷机的工作气压应控制在0.1～0.15Mpa，如果工作风压过高，则料束分散回弹量大；若过低，则料束喷射无力，与岩面粘贴不好。可根据喷出料水情况及喷射回弹状况适当调节气压。

（4）喷嘴与喷面保持90°垂直，同时与受喷面保持1m距离，但在喷边墙时宜将喷嘴略向下俯10°左右。

（5）严格控制水灰比，使喷到岩面上的砼湿润光泽，粘塑性好，无干斑或滑移流淌现象。

（6）控制喷层厚度，使其均匀，操作时喷头不停且缓慢地做横向环形移动，循序渐进。分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。

（7）突然断料时，喷头应迅速移离喷射面，严禁用高压气体冲击尚未终凝的混凝土。

（8）喷射砼终凝2h后，喷水养护，养护时间不少于14d。气温低于+5度时不得进行喷水养护。喷射砼作业紧跟开挖面，混凝土终凝到下一循环放炮时间，不应小于3h。

（9）喷射砼作业开始前尽可能做好排水措施，有明显出水点时，可埋设导管排水；导水效果不好的含水岩层，可设盲沟排水。

（10）为保障作业人员的劳动安全，除采用湿喷工艺，减少回弹和粉尘外，要求喷射作业人员必须穿戴劳动防护用品。

5.3 喷射砼减小粉尘回弹量措施

经分析，影响隧道湿喷混凝土回弹量的主要原因有以下几点：

①喷射手喷射方法不正确。

喷射手喷射的角度和喷头运动方式不正确，喷头与受喷面不垂直；喷射手的距离，风压控制不当，喷射手操作不熟练。

②一次喷射厚度不合理

一次喷射层太重，在自重作用下，喷层后出现错裂而引起大片坍落；太薄时大部分粗集料会回弹。喷层仅留砂浆，将影响喷射效果和质量。

③混凝土配合比不合理

混凝土设计配合比不合理导致混凝土粘聚性、坍落度不合理，初凝时间长，在喷嘴处离析跌浆，或者时常出现堵管现象。坍落度控制出现偏差，混凝土出现离析，或者混凝土较干硬，喷射混凝土表面难以冲击密实，掉块严重。

④岩面处理不到位

喷混凝土前松动岩石和杂物未清理干净，影响混凝土与岩面的粘结性能。

针对以上问题，本隧道拟采用下列方法控制回弹量：

①采用正确的喷射方法，提高喷射手的操作技能。

喷射作业分段、分片、分层，由下而上，一次进行。喷离岩面距离0.6-1.0m左右，喷垂直岩面，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状运动，隧道内的混凝土先边墙后拱部。岩面凹陷处先喷和多喷，而凸出处后喷和少喷。经常检查喷射机的出料弯头、输料管和管路接头，发现问题及时处理,并加强对操作手的培训，提高操作手的操作技能，喷射手注意累积不同地质条件下湿喷混凝土施工经验，不断提高操作熟练程度和技术水平。

②根据现场试验，确定最佳的每层喷射厚度。

隧道湿喷混凝土必须采用分层喷射，并根据现场试验，确定最佳的每层喷射厚度。

③优化混凝土配合比，确保混凝土性能满足施工要求

对湿喷混凝土，水灰比过大，速凝效果越差，回弹量增大，混凝土强大偏低；水灰比小，施工喷施困难，水泥水化不充分，强度较低，回弹增大。喷射混凝土配合比中心实验室经试验选定，并报监理工程师批准。根据受喷面要求及试验结果选定外加剂。水泥、粗骨料质量必须满足要求。

严格控制混凝土计量标准，定时校验计量器具。经常检查速凝剂注入的工作状况。喷射过程中时常检查混凝土的回弹量和实际配合比。

④清除岩面松动岩石和杂物，保证岩面整洁度，增加岩面与混凝土的粘结力。

喷射混凝土之前检查开挖断面尺寸，清除危石和墙角的岩渣，用水或高压风将开挖面的粉尘和杂物清理干净，确保待喷岩面无松动岩石且干净和无油污杂物，同时在围岩节理较发育段挂钢筋网和锚杆，以加强混凝土层与围岩的粘结和整体支护效果。

六、安全环保注意事项

（1）开机时应先开风阀，再依次开计量泵、主机的顺序进行，严禁将喷对准施工人员，以防止突然出料伤人。

（2）喷射作业时，如压力表指针突然上升，并出现往复摆动时，说明堵管，此时应立即停机疏通管路，喷射手和辅助操作人员要紧握喷，以免送风时喷甩动伤人。

（3）严格控制工作压力，在满足工艺要求的条件下，工作风压不宜过大，同时要控制好拌合物水灰比，经常检查速凝剂注入环的工作情况，发现问题及时解决。

（4）喷射作业完成后应先关主机，再依次关闭计量泵、风阀，然后用清水将机内输送管路内残留物清洗干净。

（5）喷射手要配带好防护面罩或防护眼镜、胶布雨衣和手套，洞内作业人员要带防尘口罩。

（6）喷射作业机旁的粉尘容许浓度应小于10mg/m3。测定条件是：在洞内停止通风的环境中，开始喷射作业5min 后，距喷射点5m 处的测定值。

七、施工工艺总结

湿喷试验完成后，对喷射混凝土配合比优化提出建议，对喷射风压，单次喷层厚度，喷嘴与喷射面的距离等技术参数进行总结，从而降低回弹率和粉尘浓度，指导后续隧道洞内喷射砼施工。