隧道初期支护喷射混凝土强度质量控制

刘 郁

（中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710021）

摘　要：喷射混凝土强度质量控制，通过参与渝黔铁路土建5标羊角隧道横洞喷射混凝土实体取芯强度对比试验，从原材料、配合比、喷射工艺等几个方面加强控制，各级检查喷射混凝土强度始终受控，没有出现取芯检测强度不足和返工、停工现象，现将对喷射混凝土施工强度质量控制进行总结与经验交流。

关键词： 喷射混凝土；  原材料；  配合比；  施工工艺；  质量控制； 强度检测   

中图分类号：U45 文献标志码：B 文章编号：1006-2890（2019）07-0035-03

Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎ　Ｅａｒｌｙ　Ｔｕｎｎｅｌ

Liu Yu

（China Railway 12th Bureau Group Fourth Engineering Co.，Ltd.，Xi'an ，Shaanxi 710021）

Abstract：The quality control of jet concrete strength，through participating in the comparison test of the strength of the jet concrete core in the five-standard Yangjiao tunnel of the Chongqing Railway，has been strengthened from the raw materials，the ratio of cooperation，and the injection process，and the strength of the jet concrete has always been checked at all levels. controlled. There is no lack of core testing strength，rework，and shutdown. We will now summarize and exchange experience on the quality control of the construction strength of the concrete.

Key words：Jet concrete; Raw materials; Compatibility ratio; Construction process; Quality control; Strength detection１　引言　　　　　

隧道初期支护主要采用喷射混凝土支护、锚杆支护、喷射混凝土+锚杆支护、喷射混凝土+锚杆+钢筋网片支护、喷射混凝土+锚杆+钢筋网+钢架等支护型式是目前灵活有效、经济和最广泛的施工方法。除锚杆支护外无论采取哪种支护形式都是与喷射混凝土复合进行的。喷射混凝土具有快速施作、早期强度高、与围岩粘结紧密等优点。隧道开挖后能及时施做喷射混凝土支护，起到封闭岩面、防止围岩风化松动、填充坑洼、提高围岩的整体性发挥自身结构的能力［1］。

施做喷射混凝土，目前施工工艺有三种：干喷、潮喷和湿喷。干喷和潮喷工艺相近，在干喷的拌合料中适当加水即为潮喷。干喷工艺施工方便、操作简单，对设备要求不高，成本相对较低，乐意被人们接受。目前干喷仍有其市场范围，但此种工艺对人身体有害，质量难以受控，用水量完全掌握在喷射手上，水灰比变化大，强度等级较高的混凝土难以保证。故铁路、公路等隧道结构支护都在取缔，而推广湿喷工艺已成必然。２　分析影响喷射混凝土强度的主要因素２．１　原材料质量影响喷射混凝土强度及控制

（1）水泥的强度、安定性、凝结时间对混凝土的力学性能影响较大，必须按批次检验并严格核查水泥质检报告、合格证明资料中的石膏、掺合料种类、掺量及C3A含量等，确保水泥与速凝剂、减水剂有较好的相容性。

（2）细骨料的细度模数、含水率、粉尘含量，目前机

制砂应用已全面推广，按《铁路混凝土施工质量验收标准》（TB10424-2018）已规定了MB值≥1.4和MB值＜1.4时的石粉含量限制标准，机制砂压碎值对强度的影响也不容忽视。

（3）粗骨料的母材强度、最大粒径、级配、针片状含量等指标对喷射混凝土强度影响大，集料的碱活性对混凝土的耐久性影响大，每个料源应进行型式检验。

（4）喷射混凝土用水应是无杂质的洁净水，PH值小于4的水不得使用。

（5）速凝剂质量对喷射混凝土强度影响至关重要，但速凝剂对于不同的水泥、其作用效果也不同，一般掺了碱性速凝剂的喷射混凝土后期强度损失约25%～30% 掺量越大强度损失也大，《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）规定掺了速凝剂的硬化砂浆性能28d抗压强度比不小于75%，是具有现实意义的；而新版标准规定加了速凝剂的喷射混凝土砂浆试件28d强度不应低于不加速凝剂强度的90%，并要求90天抗压强度保留值≥100%。按此要求目前市场出售的高碱速凝剂有可能被取缔，混凝土强度等级或可还有提高。下一步使用低碱或无碱速凝剂将成为必然。但试验表明无碱和低碱速凝剂的早期强度同等条件下24h强度低于高碱速凝剂配置的混凝土。无论什么样的速凝剂都会加快硅酸盐水泥的化学反应，造成混凝土后期强度下降，耐久性的降低［2］

（6）减水剂质量对混凝土抗压强度影响显著。普通减水剂、高效减水剂和高性能减水剂的减水效果截然不同，以前喷射混凝土施工技术落后，干喷采用粉剂速凝剂，一般不加减水剂（人工添加计量不准确），强度等级的提高受到制约。近来采用湿喷技术，掺减水剂，混凝土的工作性能和强度等级有了明显提

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作者简介：刘郁（1962-），男，河北容城人，本科，工程师，主要从事试验检测、质量管理工作。

2019年7月江西建材质量控制与检测高，但其品牌、掺量必须通过试验确定，材料进场与配合比设65%，然砂率大于50%喷射效果虽好，但28天龄期的抗压强度计用料应保持一致。有明显的下降趋势。试验表明砂率在45%-50%喷射效果较好２．２　配合比对喷射混凝土强度的影响及控制且28d抗压强度也高；砂率小于45%时喷射效果不理想，堵管

（1）配合比设计主要是各种技术参数的选择要合理适用。时常发生，且喷射回弹率高。混凝土掺了速凝剂与围岩粘结快依据配合比设计所需的4项基本原则，根据不同的材料选择不速凝结硬化，若缺少粗骨料的限制，其早期收缩开裂的趋势增同的配合比设计。施工配合比根据进场材料的波动情况和骨料大，且影响后期强度的发展。粗、细骨料的比例通常取决于骨实际含水率适当调整、以满足混凝土施工所需要的工作性能。料的级配与形状，可用最大堆积密度法得到。材料变动时重新设计配合比。（4）有研究表明高性能混凝土中骨料体积的最佳比例为

（2）验证配合比时试件难以成型，24h抗压强度试验可模65% ，其中细骨料占骨料总量的40% ，粗、细骨料的体积比拟现场用无底试模成型试件取得近似值，28d龄期标准试件从为 3：2［2］。喷射混凝土属于特殊工艺成型，砂率大于40%才制取大板中切割。其切割加工的试件尺寸、垂直度、表面平整会有好的喷射效果，但也不宜超过粗骨料的用量体积比，否则度满足标准，否则试件强度会有不同的结果。会产生一系列的负面影响。如早期收缩开裂、强度耐久性降低。

（3）配合比砂率的选择不是越大越好，现场作业人员期砂率的高低也与细度模数有关，以下采用中砂砂率不同，其它盼砂率越高越好，有的C25喷射混凝土配合比细骨料砂率高达相同的配合比试验见（表1）

表１　喷射混凝土砂率与强度关系试验列表强度等级

砂率（％）4045

C25

505560

试验龄期（ｄ）

2828282828

坍落度（ｍｍ）215200190180170

配合比（ｋｇ／ｍ３）

Ｃ450450450450450

Ｓ664747830913996

Ｇ996913830747664

Ｗ180180180180180

Ｊ23.423.423.423.423.4

ＳＮＪ3.5763.5763.5763.5763.576

抗压强度粘结强度（ＭＰａ）（ＭＰａ）32.832.030.027.825.0

0.981.231.261.251.26

（5）表1可知，喷射混凝土的砂率50%时28天抗压强度30.0（MPa），与最高强度相差（32.8-30.0）=2.8（MPa）没有明显降低，但其粘结强度最高；当砂率60%时其粘结强度也达到1.26（MPa），但抗压强度明显降低了（32.8-25.0）=7.8（MPa）。２．３　施工工艺对喷射混凝土强度的影响２．３．１　湿喷与干喷混凝土工艺的区别

（1）干喷工艺是混凝土的所有材料均是干料（速凝剂用粉剂），在喷射机外混合干拌，进入喷射机前同掺入的粉剂速凝剂混合再通过风管送到喷嘴，在喷嘴处与水混合，喷出射向开挖工作面围岩，形成支护结构［2］。

（2）湿喷工艺即混凝土进入喷射机前，所有的原材料包括水，一起在拌合站生产，和模筑混凝土拌合相同，然后送到现场，进入喷射机后通过泵压（或风送）到喷嘴处，然后与所加入的液体速凝剂混合喷出射向围岩，形成支护混凝土结构为湿喷工艺。但小型湿喷机喷射效果功效较低（其不同之处是喷射机利用高压风将混凝土拌合料打散，然后由管道输送到喷嘴，再与液体速凝剂混合后被喷至受喷面）这期间要将喷混凝土的状态调整成稀薄流动状态，而加大水灰比则是一个必要和必然的措施［2］。采用（泵压）大型湿喷机（机械手）功效高、环保，自动化程度高（整机操控可无线遥控）性能稳定，操作简单，喷射面均匀密实、水亮光泽。

２．３．２　干喷工艺配合比不可控，影响混凝土强度

（1）因施工环境不良、技术管理人员监控不到位，干喷工艺可操作性差，洞外干拌混合料，洞内人工添加粉体速凝剂和减水剂，作业人员忘掺或少掺减水剂，计量不准确，用水量靠喷射手在喷嘴处调节，增大了水灰比对强度影响大，是客观存在的。

（2）湿喷工艺在材料合格的前提下，按设计和试验调整的配合比，准确称量并进行搅拌，可及时检查混凝土的各项性能指标，其拌合水、减水剂的掺量与计量由拌合站完成，能够控制水灰比，机械手喷射混凝土其速凝剂的用量与添加完全自动计量，与干喷工艺有本质上的区别。 ·36·

２．３．３　岩面尘土与喷射压力、角度、距离及分层厚度等把控不严影响强度

（1）岩面灰尘没有冲洗，使混凝土与岩面粘结不牢固，影响喷层粘结强度。

（2）喷射过程中没有控制好喷射压力、角度、距离、分层厚度，混凝土空隙多、嵌挤不密实影响混凝土强度。

（3）混凝土喷射后没有注意洒水养护影响后期强度增长。３　喷射工艺质量控制

３．１　喷射混凝土工艺对比试验

（1）湿喷和干喷工艺对比试验，选择羊角隧道横洞

（D1K112+545～D1K112+950）段找50米作试验段，混凝土拌合物试验依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》［3］其工艺试验各参数选择见（表2）

（2）湿喷混凝土坍落度180～200（mm）；水泥P.042.5、砂细度模数2.8；干喷速凝剂为粉剂，湿喷为液体速凝剂，受喷面均为Ⅲ类围岩，喷射分2层。工艺试验检测结果见（表3）

（3）试验结果分析，从表2、表3可知干喷、小型机具湿喷7天、14天、28天强度试验结果相差不大，但机械手湿喷与干喷、试验结果（除24h外）无论早期、后期强度均有显著不同，即机械手湿喷强度＞小型机湿喷≥干喷强度，这符合基本定律。机械手湿喷配合比水泥用量低于干喷和小型机湿喷，但强度仍然最高，这说明湿喷工艺除了能够控制用水量，保持水灰比稳定外，主要还是喷射的混凝土均匀密实，嵌挤效果好。

（4）湿喷混凝土要求具有较高的粘聚性，故水灰比宜低不宜高，小型湿喷机采用风送需要打散混凝土再喷射，功效太低且质量也不好控制，而采用泵送人力无法高举泵管操持喷嘴做螺旋式运动，喷射角度和距离都难控制，而机械手能够做到且能连续、均匀的喷射密实。３．２　喷射工艺质量控制措施

（1）喷射混凝土是以较高的速度和压力喷向开挖工作面，水泥颗粒与集料反复冲击，使得混凝土连续受到挤压。压力过小混凝土挤压不密实，喷射距离过大或过小都会增加回弹

2019年7月江西建材表２　工艺试验参数选择表

质量控制与检测里程D1K112+940-950D1K112+930-940D1K112+900-930设计强度取芯部位喷射工艺C25C25C25

左边墙左边墙右边墙

干喷小型湿喷大型湿喷

配合比（ｋｇ·ｍ－３）

Ｃ470460450

Ｓ820810856

Ｇ820830

Ｗ0.35-0.4水灰比0.35-0.4水灰比

ＳＮＪ28.227.623.4

ＪＳＪ2.823.683.576

设备功能风压风压泵压（机械手）

856180（水灰比0.4）

表３　　工艺试验取芯强度检测列表　　　　

强度等级C25C25C25

喷射工艺干喷小型机湿喷机械手湿喷

选用设备风压风压泵压

２８ｄ标养强度／ＭＰａ（喷大板）//33.0

//31.6

２４ｈ强度／ＭＰａ12.910.211.8

18.217..018.6

实体取芯强度／ＭＰａ

７ｄ

19.016..818.9

22..119.923.1

１４ｄ

22.421.022.7

24.025.930.5

２８ｄ

24.826..832.1

量。目前机械手（泵压）湿喷工艺优势明显，工艺试验结果确实比干喷强度高。《高速铁路隧道工程施工技术规程》（Q/CR9604-2015） 要求净浆凝结初凝时间不迟于5min，终凝不迟于10min，早期强度要求增长快，C25喷射混凝土3h强度大于1.5PMa，24h强度大于10PMa，因此很多施工配合比设计没用掺合料，其实是担心影响混凝土的早期强度。

（2）作业前将围岩表面所有松散岩块清除，根据不同围岩，用高压风或水清洗表面，并处理表面积水及渗漏水，以免降低喷射混凝土和受喷面的粘结强度。此外喷枪头与受喷面垂直距离也是关键，太近回弹量大，跌落较多，太远喷层与围岩粘结强度、密实度有所降低。喷正顶时喷枪头与受喷面保持垂直距离1m以内，若受喷面被钢筋网覆盖时，应将喷嘴稍加倾斜，但不宜＜70°，应分段分层由下而上顺序喷射，每段长度不宜大于6m。初喷厚度宜为30mm～50mm 包括开挖轮廓岩面，超挖面；拱部喷射宜按拱底——拱间——拱顶顺序先凹后凸自下而上进行，喷头螺旋形运行，一圈压半圈的轨迹慢慢移动，相邻段喷射混凝土接茬做成斜交，其宽度宜为厚度的2倍［4］。

（3）喷完混凝土表面宜平整潮润，黏贴密实，无干斑与滑移流淌。若表面干燥松散、下滑或有裂纹时，宜按规定微调施工配合比，然后补喷。不准露网、露筋［4］。

（4）喷射混凝土在早期硬化过程中失水很多，需养护补水，否则混凝土由面向内逐渐干缩，降低混凝土与围岩面的粘结强度，可能产生变形或开裂。故喷层混凝土养护宜在喷锚结束混凝土終凝2h后开始喷水养护最佳，7天内喷层宜坚持每班洒水一次，顶部或出水区域可不洒水养护。４　效果检查

（1） 采用小型湿喷机作业和干喷工艺，各级检查或第三方检测时常发现强度不足现象，大多根据围岩等级情况与设计单位沟通，通过检算（专家会审）申请变更或加固补强进行处理，都会造成一定的经济损失和负面影响，但造成强度不足的原因除了材料与配合比等影响外，主要是施工工艺方面影响较大，工艺试验结果客观的分析与对比试验，在渝黔铁路土建5标羊角隧道横洞喷射混凝土强度质量控制起到了指导作用。统计后期喷射的混凝土实体检测情况（表4 ）

　　表４　羊角隧道初期支护混凝土取芯强度检测统计表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　强度等级C250.8

检测项目（ＭＰａ）

抗压强度粘结强度

检测组数

353

平均值（ＭＰａ）最大值（ＭＰａ）最小值（ＭＰａ）极差（ＭＰａ）

26.01.10

31.61.20

23.50.98

8.1/

备注实体取芯 成型试验法

（2）采用大型湿喷混凝土工艺施工，统计取芯检测35组芯

样，平均抗压强度26.0（MPa），最大值31.6（MPa），最小值23.5（MPa）。参照《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）进行评定：平均值为26.0 ＞ C25设计值 ，最小值23.5 ＞（0.85×25）=21.2（MPa）满足评定标准。粘结强度采用劈裂法试验，因设计没有明确不予判定（参照水电设计C25混凝土一般要求粘结强度0.8MPa）以此判断喷射效果满足要求。５　结论与建议

（1）喷射混凝土采用高的碱含量速凝剂，速凝效果较好，早期强度较高，后期强度损失大，有时还有倒缩现象，且干喷混凝土强度不均匀，极差大，强度质量保证有难度。还存在碱骨料反应的风险，不利于混凝土的耐久性，而且腐蚀性极强，严重损害人体健康［5］；采用无碱（或低碱）速凝剂的混凝土后期强度损失较小，同等条件下强度有保证，但早期强度（24h）稍低于掺高碱的速凝剂混凝土且坍落度较大时喷射、回弹跌落量较多。这些还需克服。

（2）简单的小型机具湿喷效果也不太理想，强度取芯检验与干喷工艺相差不大，而大型湿喷机施做的初期支护喷射混凝土取芯强度检测与前二种（干喷和小型湿喷机）工艺强度明显提高，采用（机械手）湿喷工艺，掺低碱速凝剂将成为今后喷射混凝土施工发展主流，也是保证喷射混凝土强度等级提高的关键控制手段。参考文献

［1］《桥梁隧道工程》（职业资格考试用书）［S］.北京：人民交通

出版社，2018.

［2］《铁路隧道喷射混凝土施工浅见》土木论剑［S］ .中铁五局：

陈跃龙，2019.

［3］《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080）［S］.

北京：中国建筑工业出版社，2002.［4］《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2015.［5］《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424 ）［S］.北京：

中国铁道出版社，2019.

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