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隧道工程中喷射混凝土施工质量控制研究
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随着隧道工程的不断发展，喷射混凝土施工质量控制问题也得到了更多人的关注，笔者根据自己的工作经验，介绍了喷射混凝土在隧道工程中的作用，并提出了控制喷射混凝土施工质量控制的具体措施。
隧道工程中喷射混凝土施工质量控制研究
摘要：随着隧道工程的不断发展，喷射混凝土施工质量控制问题也得到了更多人的关注，笔者根据自己的工作经验，介绍了喷射混凝土在隧道工程中的作用，并提出了控制喷射混凝土施工质量控制的具体措施。
关键字：喷射混凝土；原材料控制；施工质量控制
近年来，我国加大了对交通基础设施的投资力度，隧道工程建设随之呈现出逐步增长的趋势，据统计，当前我国是世界上隧道工程最多的国家，各式各样的隧道不断涌现，施工的技术也不尽相同，喷射混凝土的施工作为隧道施工中的一键步骤，使得如何控制混凝土的质量就成为施工中的一个重点，本文就是在这样的背景之下，总结了喷射混凝土施工质量管理中容易忽视的一些问题，主要包括喷射混凝土的原材料控制及施工过程质量管理等，并从这两方面入手，针对具体的质量控制问题提出了一些自己的见解。
2 喷射混凝土在隧道工程中的作用
喷射混凝土就是采用喷射机通过管道以一定压力将按一定配合比混合的水泥，砂，石子以及添加剂等骨料喷射至隧道岩壁表面并迅速凝结，形成坚固的混凝土表层。在喷射过程中，为保证混凝土具有密实及较好的物理性能，就必须保持高速度的混凝土喷射。喷射混凝土在隧道施工中的作用主要体现在以下两个方面：一方面是在喷射混凝土施作阶段，喷射混凝土此时因未固结而具有较好的柔性性能，能够较好的协调并缓解围岩的变形。另一方面是喷射混凝土凝固之后，与锚杆、钢性拱架组成支护结构，限制围岩的变形，并充分发挥围岩自身的承载能力。当工程地质情况为软弱围岩时，按照新奥法施工原理，就需要允许围岩发生适度的变形，但不能完全释放，此时就必须形成围岩的自承结构及合理的设置混凝土支护结构，以确保工程的顺利施工。
3 喷射混凝土的施工工艺及其原材料控制
3.1 喷射混凝土的施工工艺
喷射混凝土的施工可参照新奥法原理进行组织，具体做法为：在进行混凝土喷射前，要先将隧道岩面洗刷干净，若岩面存在弱碎层，则必须采用工具将其清除，在进行具体的喷射作业时，要限制每次喷射的距离，喷射的顺序应始终如一，一般施工中采用自上而下的喷射方法。在前一次混凝土凝固之后，即可进行第二次的喷射，喷射之后应及时在混凝土表面洒水养护。
3.2 喷射混凝土的原材料控制
喷射混凝土施工质量的优劣，其根本取决于混凝土的原材料，因此，保证原材料的控制是确保施工质量的重中之中，喷射混凝土的原材料控制要点包括以下几方面：
3.2.1 拌和水控制
当拌和水的PH值较小时，将会影响到混凝土的正常凝结及造成水泥形成硬块，因此在隧道施工中，多采用较纯净的饮用水作为混凝土的拌和水。
3.2.2 水泥控制
为满足混凝土具有适当的凝固时间，材料所采用的水泥必须具备强度高及耐久性好的特点，在挑选水泥时，应优先选用强度等级不小于32R的普通硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，此两种水泥与速凝剂的相溶性较好，利于混凝土的速凝快硬，若无此条件，采用矿渣硅酸盐水泥也可代替。若隧道的地质情况复杂，可采用早强水泥进行配料。对于一些劣质的水泥，如过期及受潮的水泥，应严禁使用。
3.3.3 骨料控制
骨料一般包括砂子、碎石或卵石等，骨料的强度以及表面粗糙度决定了混凝土的强度，因此，骨料的粗糙度越高越好，实践表明，石子采用碎石比用卵石要好，且石子的粒径应尽量小，这样可以增加石子与水泥浆的结合面积，砂子的选取宜采用中粗砂，以减小混凝土的回弹系数。
3.3.4 添加剂控制
喷射混凝土中采用的添加剂主要是速凝剂，使用其的目的在于使喷射出的混凝土快速凝结，并提高混凝土在潮湿条件下的适应性能，在使用添加剂前，必须把握添加剂与水的相溶性及水泥净浆的速凝性能，控制其凝结在3~7分钟之间，使用速凝剂掺和时，保证掺入适当数量的水，一般工程实际中采用水泥净重的2%~3%。
3.3.5 添加活性掺和料
喷射混凝土在凝结过程中，水泥会不断的发生水化作用，当到达二十八天龄期时，水泥却往往未得到充分利用（一般只水化了十分之六），而很多未水化的水泥与水生成熟石灰，会在混凝土内发生膨胀放热，不利于后期混凝土强度的形成，为此，可采取活性掺和料代替未水化的水泥，这样，一方面可以降低工程成本，一方面又可生成新的水化物，提高了喷射混凝土的密实性及抗渗性。
4 喷射混凝土施工中的质量控制技术
4.1 喷射混凝土的回弹量控制
当前隧道施工中喷射混凝土均采用潮喷方式，因此，如何控制混凝土的回弹量就成了施工质量控制中较关键的一环，笔者根据自己的工作经验，总结出了以下几点控制混凝土回弹量的措施，以供参考：
4.1.1 分区进行混凝土喷射
进行混凝土喷射时，可先对拱墙进行分区分块，然后按照先墙后拱，先下后上的原则进行喷射，拱墙的分区每段要小于5米，每段的分块大小不应大于1.5mX1.5m，同时，考虑到喷射手的安全以及混凝土的回弹量问题，喷射机的喷嘴可控制在0.6m~1m范围内。
4.1.2 控制风压强度
在进行混凝土喷射时，采取过大的风压会加大混凝土的回弹量，过小的风压又无法保证混凝土的密实性。根据实际工程经验，当输料管长度为二十米左右时，风压宜采用100牛每平米。
4.2 控制喷射混凝土的厚度
由于隧道初期支护需要由喷射混凝土来控制围岩的变形释放，以保证整个隧道结构的安全及稳定，因此，混凝土喷射的厚度必须要达到设计要求。若隧道采用钢拱架进行初期支护，此时在喷射时就容易造成拱架处厚度较厚，其它处较簿，而在喷射混凝土较簿处就易发生裂缝或掉块现象，这个问题会为工程埋下质量隐患，因此必须要严格控制，在进行喷射时，对钢拱架间要及时进行补喷。当喷射混凝土过厚时，在安装防水板前要将突出部分刮除，以防止防水板被顶破。
4.3 喷射混凝土的强度控制
喷射后混凝土形成的的强度必须要达到设计强度，因此在进行混凝土凝结之后，需要对喷射混凝土的强度进行检测，当前工程施工中混凝土的强度检测通常采用另筑试块的方法，但是这种方法所测得的混凝土强度并不能准确反映现场喷射混凝土的强度，因此，在进行其强度检测时，应采用切割钻芯法取样，以接近喷射混凝土的真实情况，若采样的混凝土无法达到设计要求，则应及时采取措施进行补救。
4.4 提高喷射人员的技术水平
喷射质量的好坏，很大一部分决定于喷射操作人员的施作水平，在整个混凝土喷射过程中，尽量保持固定喷射人员，及时将喷射过程中出现的异常状况进行记录并补救，喷口在喷射时要保持与隧道岩面等距，以使喷射表面均匀密实。
4.5 喷射混凝土的后期养护
养护是喷射混凝土施工的一个重要环节，同时也是保障混凝土质量的重要措施，由于隧道中的温度较高，使得喷射混凝土的表面水分蒸发的较快，水泥的水化反应就会受到影响，从而不利于混凝土的硬化，另外，速凝剂在加速混凝土凝结时会产生较大的热能，及时的养护可以抵消该部分水化热，更有利于混凝土强度的发展，保障喷射混凝土的质量，因而保证混凝土在正常的温度及湿度条件下进行养护就显得格外重要。
随着我国公路及铁路的迅速发展，对隧道施工的质量要求也越来越高，喷射混凝土施工作为隧道施工中不可或缺的一部分，同时又关系到整个工程的质量及安全，因而已经成为了施工人员关注的焦点，当前有关喷射混凝土施工质量的技术措施已经有了一定的发展，但是仍然还存在着许多需要改进的地方，如何不断改善当前的技术措施，使喷射混凝土的质量更上一层楼，仍然是一个值得深入研究的课题。
[1]张京.隧道施工新技术手册[M].北京: 长征出版社, 2003.
[2]冶金部建筑研究总院GB.锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].北京：中国计划出版社，2001.
[3]高占武.喷射混凝土施工工艺[J].铁道建筑技术，1994（5）.
[4]中国建筑科学研究院.JGJ55&2000普通混凝土配合比设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.
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隧道工程中如何控制喷射混凝土施工质量
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隧道工程喷射混凝土施工的质量控制
结合忻保高速公路L8合同段云中山特长隧道施工实践,介绍了喷射混凝土作隧道支护的主要性能特点及作用,并阐述了喷射混凝土施工工艺,原材料控制及施工过程控制,提出了保证喷射混凝土施工质量的合理化建议,以指导实践.
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山西路桥第二工程有限公司,山西,临汾,041051
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浅谈钢纤维喷射混凝土的施工质量控制
    摘　要:就如何进行钢纤维喷射混凝土的施工质量控制,从钢纤维喷射混凝土的组成材料、施工与施工工艺、施工人员及管理三个方面进行了分析,并结合施工现场经验,提出了保证钢纤维喷射混凝土施工质量的控制途径。
关键词:钢纤维喷射混凝土;施工质量;控制
中图分类号: TU712. 3 　文献标识码:B 　文章编号:1004 ―) 03 ―0206 ―03
　钢纤维喷射混凝土是在空气压力作用下,高速喷射至受喷面上而形成的分布有不连续钢纤维的混凝土,具有钢纤维混凝土的良好性质,与素喷混凝土相比,提高了弯拉强度、韧性、延性和阻裂能力,可以有效减少混凝土的收缩裂缝,增强混凝土的耐久性和密实性,施工时,避免了挂网操作,可以实现无模化快速施工。因此,这项技术发展以来,在隧道和地下工程中的衬砌支护、矿山巷道的软岩支护、建筑物与桥梁的修补加固、水工建筑的面板防渗加固处理等很多工程项目上得到应用。
　　钢纤维喷射混凝土不能人工振捣,只是依靠喷射时高速气流的作用,对混凝土的不断冲击达到振实的目的。钢纤维喷射混凝土施工作业要保证施工效率,而且通过材料措施和技术措施降低回弹率、节约材料、增强施工质量。因此需研究如何通过控制材料质量和配合比、改进施工技术来提高钢纤维喷射混凝土的施工质量。
1 　钢纤维喷射混凝土施工质量控制的目标
　　钢纤维喷射混凝土在素喷混凝土中掺加了一定比例的钢纤维,改进了锚喷工艺,在施工时可以快速有效地进行。同素喷混凝土施工工艺相比,钢纤维喷射混凝土由于纤维的加入更需要控制施工材料质量和性能,混凝土拌和物的流动性、粘聚性、体积稳定性、低回弹率,施工技术人员的培训。因此,钢纤维喷射混凝土施工质量控制的主要目标是有较好的工作性、耐久性、强度、经济性。
2 　钢纤维喷射混凝土施工质量控制的影响因素
　　钢纤维喷射混凝土施工技术发展至今,其施工工艺以干喷法和湿喷法为主,通常根据不同的施工条件来选用合适的施工工艺。湿喷法施工时水灰比易控制、回弹率低、粉尘少,但是施工距离短;干喷法施工操作方便,施工距离长,但水灰比不易控制、回弹率高、粉尘多,改进后的潮喷工艺效果好一些。但不论哪种施工工艺,钢纤维喷射混凝土的施工控制目标是一样的。影响施工质量控制的主要因素有组成材料、施工设备和施工工艺、施工人员和现场管理等。
2. 1 　组成材料
　　(1) 水泥和水灰比:钢纤维喷射混凝土施工的首要要求是有良好的工作性,即混凝土拌和物有较好的流动性、保水性、粘聚性。水泥水化之后,胶合料覆盖在集料和钢纤维表面,减少了摩擦阻力,形成良好的流动性,促使钢纤维混凝土与受喷面粘结;水泥的强度与钢纤维喷射混凝土的强度基本上成正比例关系,但是高标号的水泥增加施工成本,水化热大,不利于混凝土强度的增长。
　　一般混凝土的抗压强度与灰水比成正比例的关系,但对于钢纤维喷身混凝土,其喷射时的水灰比与到达受喷面的混凝土的水灰比有一定的差异。而且水灰比过大,水泥的水化反应充分,但是混凝土拌和物易离析、泌水,混凝土硬化后收缩变形大;水灰比过小,富余的水泥颗粒多,干喷工艺增加粉尘和回弹率,且钢纤维喷射混凝土是喷敷成层状的,粘结不好。因此,水灰比既要使钢纤维喷射混凝土有良好的流动性和强度,又不能使钢纤维喷射混凝土离析、泌水,增加回弹率,造成浪费。
　　(2) 集料:钢纤维喷射混凝土所用集料包括粗集料和细集料两种。粗集料为钢纤维喷射混凝土提供支架作用,对于混凝土的强度起主要作用,卵石表面光滑,与水泥胶合料的粘结不如碎石,但相对碎石来说可以减少对喷射设备的损伤。同时水泥浆体与单个石子之间界面的过渡层周长和厚度都很小,不容易形成大的缺陷,有利于界面强度的提高,有利于混凝土弹性模量的增长和耐久性的提高。细集料起填充空隙作用,其细度模数和砂率影响混凝土的粘聚性和流动性。砂子的比表面积大于同等质量的石子的比表面积,需要水泥浆的数量多,流动性随着砂率的增大越来越好。
　　(3) 钢纤维:钢纤维在喷射混凝土中的不均匀分布提高了混凝土的弯拉强度、韧性和阻裂能力。实验证明,钢纤维喷射混凝土开裂后仍具有一定的负荷能力。常用钢纤维的弹性模量为200GPa ,抗拉强度为380～1300MPa ,极限延伸率3 %～30 %。不均匀分布在喷射混凝土中的钢纤维由于自身的高强度以及与集料的粘结,提高了混凝土的整体密实程度和耐久性。钢纤维的长径比是影响钢纤维增强增韧效果的重要参数,也影响喷射混凝土的工作性。这两方面有时是相互矛盾的,因为通常使用的表面粗糙、两端带钩的钢纤维增强、增韧效果好,但施工时,分散较为困难,容易结团,影响施工效率。钢纤维在混凝土中的分布有一定的比例限制,钢纤维太少,增强增韧效果不明显;太多,不经济,且易绞结成团,影响混凝土的流动性和施工效率。
　　(4) 外加剂和掺和料:干喷法和湿喷法施工,都要求喷射混凝土拌和物的干料或是湿料在喷嘴处与速凝剂等混合喷出后,在很短时间内凝结。施工时,常用速凝剂或高效减水剂等缩短喷射混凝土的凝结时间,尤其是初凝时间。如达不到要求,则混凝土与受喷面粘结不够,回弹率增加,钢纤维混凝土密实程度不高,混凝土的强度和耐久性无法保证,经济性也不好。
　　施工中,一些掺和料如活性粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等被广泛的应用。这些掺和料能够填充水泥石结构的孔隙,增强混凝土的密实程度,改善混凝土拌和物的工作性,提高混凝土的黏聚性和体积稳定性,降低混凝土水泥水化热引起的温升,调节混凝土强度的发展,而且按一定比例掺入来代替水泥可以节约材料。
2. 2 　施工设备和施工工艺
　　施工中,通常根据施工条件选择合适的施工设备和施工工艺。在施工的过程中,喷射设备依靠高强的风压进行喷射,在高压气流的作用下,喷射混凝土不断冲压增加了水泥与集料和钢纤维及受喷面的接触,加速了水化反应,提高了混凝土的均匀密实程度,增强了混凝土的耐久性。‘风压与喷射混凝土的回弹率有关,较大的风压会增加回弹率,不经济。施工时,受喷面的处理是制约施工质量的一个重要环节,松动的岩面或受喷面会抵消钢纤维喷射混凝土的作用。
2. 3 　施工人员与现场管理
　　在实际施工中,无论是施工设备的操作、施工进度的掌握、施工材料的控制都离不开现场人员。施工人员的熟练程度、专业知识的掌握、责任心影响钢纤维喷射混凝土的施工质量。钢纤维喷射混凝土的施工环环相扣,尤其对于干喷法施工工艺,大多是远距离操作,混凝土拌和料的拌和与运输、钢纤维的掺加工艺控制、喷射混凝土时水量的控制等将对施工质量产生严重影响。加强施工现场的管理与协调显然是必要的。
3 　改善钢纤维喷射混凝土施工质量的途径
　　针对钢纤维喷射混凝土的施工控制目标,结合混凝土质量控制的影响因素,可以根据施工的具体实际情况,从以下几个方面来加强钢纤维喷射混凝土施工质量的控制。
3. 1 　因地制宜,选用合适的材料,使用合理的配合比
　　钢纤维喷射混凝土的组成材料及配比是影响其施工质量的根本原因,因此对于每一项工程,都必须因地制宜、就地取材,使用合理的配合比。这是降低混凝土施工成本的根本途径,在此过程中不断积累施工经验,以完善施工措施。
　　施工时,根据施工设备和施工条件合理选择施工工艺和施工材料,施工材料应保证钢纤维喷射混凝土的施工质量控制要求。水泥一般选用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥,标号为32. 5 号以上,有特殊施工要求的可以根据使用环境选用相应品质要求的水泥种类。水泥出厂后应尽快使用,并妥善保管,防止淋雨受潮。水灰比一般为0. 40～0. 60 ,湿喷法的水灰比比干喷法的水灰比略大一些。砂石等集料的含水量和含泥量应计＠量准确,保证清洁,以保证喷射混凝土的流动性。一般,砂子宜选择优质中粗河砂,细度模数为2. 5～3. 3 的范围,石子应有良好的颗粒级配,但最大粒径应不超过10mm。砂率一般为50 %～100 %,根据干喷或湿喷工艺进行相应的级配试验来选择。工程上使用的钢纤维一般长为20～35mm 范围,其长度和粗集料的最大粒径均不应超过混凝土喷射管径的一半为宜, 长径比不能太大, 体积率一般为0. 5 %～2. 0 %。速凝剂的使用比例一般为2. 5 %～4. 0 %,减水剂根据试验确定用量。同时,要通过试验确定水泥与速凝剂和减水剂的相容性和具体用量。
　　干喷法施工时,钢纤维喷射混凝土的水灰比依靠设备操作人员的经验控制,具有较大的随机性,喷射混凝土的工作性不易控制;湿喷法施工是在喷射前按照既定的混凝土配合比进行拌和,混喷射混凝土的工作性较易控制。因此,一方面应使工人熟练操作仪器,掌握相关的专业知识,较准确判断喷射混凝土的粘稠状态;另一方面在施工作业的同时,对于施工现场同批次喷射混凝土材料进行分析,现场取样制模获得强度并试验材料的坍落度,由坍落度判断其黏聚性,据此找出用水量规律,以供施工企业和施工人员进行参考,达到施工质量控制的目标。湿喷法施工也要进行施工配合比的试验,并不断改进,以提高喷射混凝土的工作性,减少回弹率。
3. 2 　不断改进施工设备、完善施工工艺、提高施工技术水平
　　当前,钢纤维喷射混凝土施工所用设备大多沿用普通喷射混凝土喷射设备,很少改进。多数的钢纤维喂料途径是用旋转的传输带进行播撒,同时通过网筛进行过滤,以清除结团的钢纤维,避免影响混凝土拌和物的流动性。有一些是将喷射机的管路进行改造,减少90°弯道和增大管径,以减少堵管现象发生;有一些设备是通过独立的高压气流分散钢纤维播撒路径并进行计量,只是在喷嘴处与干喷或湿喷混凝土进行混合,避免钢纤维绞结成团堵管,影响混凝土的流动性和钢纤维作用的发挥。
　　施工经验表明,播撒时,钢纤维应避免在搅拌机叶片处集结,因钢纤维绞结的机会相对较大。同时适当减小风压和气流速度以及喷嘴处的气量,并改进为潮喷法,可以减少混凝土的回弹率和粉尘量。水溶胶粘片的钢纤维束有利于湿喷法喷射混凝土的钢纤维分散与拌和。
3. 3 　加强岗位培训教育,加强制度化建设
　　设备的操作离不开施工人员,他们素质水平的高低、责任感的强否直接影响施工的质量。而施工现场规范化、制度化的管理则是为施工创造良好的环境,为有良好的施工质量提供保证,也有利于增强施工人员的责任感和使命感。
　　施工单位应对施工人员经常进行岗位培训教育,明确岗位责任,加强相关专业知识学习。对于施工现场的管理、施工进度的安排、施工质量的检查等应作出明确的规定,并由质量负责人不定时的抽检,以确保施工的质量。
4 　结束语
　　综上所述,钢纤维喷射混凝土的施工质量受到很多因素的影响,但是可以通过很多途径去提高。同时,各施工单位之间应建立很好的协作机制,加强钢纤维喷射混凝土的施工经验的积累,并进行计算机信息管理,为更方便的提高钢纤维混凝土的施工质量提供平台。
　　[1] 　CECS38 :2004 纤维混凝土结构技术规程[ S] . 中国计划出版社.
　　[2] 　黄承逵. 纤维混凝土结构[ M] . 北京: 机械工业出版社,2004.
收录时间:日 00:41:00 来源:中国混凝土网 作者:屈　锋
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