隧道湿喷混凝土回弹率控制技术

康 建 荣， 罗 鹏， 吕 彩 云， 潘 新 元

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

江习高速是重庆市“三环十二射七联线”的重要省际通道，也是重庆第四轮新千公里高速公路建设的首个项目，其建成将打通重庆西南出境通道，不仅可以促进重庆的发展，还能增强其辐射力和带动力，对经济的双向发展尤为重要。作为江习高速两个控制性工程之一的四面山特长隧道的贯通对全线通车具有举足轻重的意义。

四面山特长隧道为双线分离式，是江习高速公路建设全线中最长的一条隧道，其中左线长4 880 m，右线长4 875.35 m，设计平均开挖断面尺寸为11.89 m×9.94 m，进、出口洞门分别为削竹式和端墙式，隧道穿越地层为砂岩、泥岩护层，围岩主要类别为Ⅳ、Ⅴ级，开挖方式为台阶法、环形开挖留核心土法与CD法。采用新奥法 “少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则，快速地将围岩与支护形成一个受力体系共同支护围岩[1]，可以有效地加快开挖与支护的循环进度。在施工过程中，锚喷支护作为稳定和封闭围岩[2]最关键的一环，由于湿喷混凝土回弹率大而造成湿喷混凝土的大量浪费，延长了支护作业需要的时间，不利于对工程成本与进度的控制。对此，项目部结合工程实际对如何降低湿喷混凝土回弹率进行了研究。

2 湿喷混凝土回弹率分析

项目部对四面山隧道已施工完成洞段的16个循环湿喷混凝土回弹率进行了统计，四面山隧道湿喷混凝土回弹率统计见表1。

由表1可知：湿喷混凝土平均回弹率达35.82%，远远大于设计值允许的20%。对此，项目部针对湿喷混凝土回弹率过大的问题在现场进行了调查，分别观察到湿喷混凝土回弹率主要是由顶拱回弹、边墙回弹、流态滑落、其他原因造成的，针对上述问题统计编制的四面山隧道湿喷混凝土回弹率问题调查统计表见表2。

表1 四面山隧道湿喷混凝土回弹率统计表

表2 四面山隧道湿喷混凝土回弹率问题调查统计表

由表2可以看出：顶拱回弹量大的问题占全部问题的72.7%，是四面山隧道湿喷混凝土回弹率高的主要问题。项目部对顶拱回弹量大的问题继续进行调查分析，共检查了21个循环，制定了四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹量大现状调查统计表(表3)。为提高喷射混凝土回弹主次问题辨识度，根据表3绘制了排列图，四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹量大现状调查排列图见图1。

从表3和图1可以看出，影响四面山隧道顶拱回弹率高的问题是：附着性差回弹与喷射过厚回弹占全部问题的73.6%。根据目前现有的资源和能力，若能将这两个问题解决85%以上，则四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹率可降低至19.5%，满足设计指标要求(19.5%<20%)，方能达到本次研究的目的。

表3 四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹量大现状调查统计表

图1 四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹量大现状调查排列图

3 湿喷混凝土回弹率高的原因分析

通过前期对湿喷混凝土回弹率高的问题进行调查，结合附着性差回弹与喷射过厚回弹两个问题，从人、机、料、法、环、测六个方面[3]调整了湿喷混凝土前后回弹率检测频次，将洞内质量管控及三检制度落实到位。喷射混凝土施工前，均对喷浆班组进行现场技术交底，对型号为PX28A的湿喷机定期进行维护保养以保证其现场运转正常，洞内温度平均为17 ℃，从验证效果看，上述因素不是造成回弹率高的主要原因，只在湿喷配合比、爆破方案调整过程中出现了较大波动。湿喷混凝土配合比调查分析表见表4、爆破方案调整前后调查分析表见表5。

表4 湿喷混凝土配合比调查分析表

表5 爆破方案调整前后调查分析表

由表4得知：在不同掺量速凝剂的情况下，附着性差的回弹出现频率最大为91.7%、最小为41.7%，具有明显的差距。随着掺量增加，附着性差回弹出现的频率呈现出不规则变化，且其均在41%以上；而初凝时间的降低明显降低了附着性差回弹出现的频率，说明湿喷混凝土配合比的初凝时间对附着性差的回弹影响很大。

根据表5所示的试验验证情况，经过爆破方案调整，半孔率达64.9%时的喷射过厚回弹出现的频率由85.7%变为36.4%，说明随着大小风化带及断层交错分布的变化爆破方案未进行实际调整对混凝土喷射过厚的回弹影响很大，半孔率的提升对喷射混凝土过厚的回弹具有良好的改善。

4 针对湿喷混凝土回弹率高采取的控制措施

4.1 湿喷混凝土配合比调整

(1)室内调整。在室内，通过控制变量法不断调整各种材料的掺量，经过多次试拌、反复调整，逐步确定在湿喷混凝土中添加一定量的减水剂能有效改善湿喷混凝土和易性[4]，减少坍落度损失，有助于降低凝结时间。最终确定的减水剂掺量为0.6%，速凝剂掺量为6%。

(2)现场确认。采用根据室内试验确定的湿喷混凝土配比拌制的湿喷混凝土进行施工，现场跟踪检查了12个循环，湿喷混凝土和易性良好，未发生堵管现象，平均坍落度损失为21 mm，湿喷混凝土平均初凝时间为77 s，调整后的湿喷混凝土情况统计表见表6。

表6 调整后的湿喷混凝土情况统计表

调整后的湿喷混凝土和易性明显改善，初凝时间达到优良水平，可以保证湿喷混凝土快速施工，对洞身初期支护安全、质量及进度起到了较大的促进作用。

4.2 爆破方案的调整

(1)根据围岩爆破循环进行了工艺性试验调整以确定施工参数。通过现场实际踏勘，根据围岩分布及断层走向，将周边孔孔距由0.6 m调整至0.5 m。根据围岩的软硬程度将线装药密度控制在100～150 g/m，严格控制周边孔分段装药[5]。与此同时，制定了“三证五表”(钻孔许可证、装药联网许可证、爆破许可证、测量放样成果表、钻爆布孔分区责任表、钻孔工序质量验收表、装药联网检查验收表、爆破设计表)并逐一循环执行，严格控制爆破开挖过程。爆破设计示意图见图2。

图2 爆破设计示意图

(2)跟踪施工参数的实施效果及时进行调整和改进。根据工艺性试验取得的结果对相关参数进行微调与改进。调整爆破参数后累计跟踪检查了13个循环，开挖后的平均平整度偏差达到8.2 cm、周边孔半孔率平均达到70.7%，爆破参数调整后的爆破情况统计表见表7，现场爆破效果见图3。

表7 爆破参数调整后的爆破情况统计表

图3 现场爆破效果图

5 工程应用情况及取得的效果

将调整后的湿喷混凝土配合比应用于施工现场，对爆破参数随着围岩类别、分层及走向进行动态实时调整，对调整后的后续17个湿喷混凝土循环过程中顶拱回弹量大的质量问题现状、湿喷混凝土回弹率分别进行了统计，调整后的四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹量大的现状调查统计情况见表8，调整后的四面山隧道湿喷混凝土回弹率统计情况见表9。为明确顶拱回弹量主次问题辨识度，根据表8绘制出相关排列图，调整后的四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹量大的现状调查排列情况见图4。

表8 调整后的四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹量大的现状调查统计表

图4 调整后的四面山隧道湿喷混凝土顶拱回弹量大的现状调查排列图

表9 调整后的四面山隧道湿喷混凝土回弹率统计表

由表8及图4可以看出：顶拱回弹量大的主要原因——附着性差回弹、喷射过厚回弹经采取以上控制措施后已由关键的少数变为次要的多数，其现状得到了良好的改善。由调整后的四面山隧道湿喷混凝土回弹率统计表(表9)可知：湿喷混凝土回弹率已达16.44%，小于设计值20%。

6 结 语

以江习高速四面山特长隧道大断面湿喷混凝土回弹率大的问题为例，严格遵循PDCA程序，以解决现场实际问题为导向，客观事实为依据，结合室内试验和施工情况，通过现场应用验证了使用效果，解决了湿喷混凝土回弹率大的问题，降低了湿喷混凝土回弹带来的成本支出，保证了四面山隧道的如期贯通，获得了良好的社会效益，形成了关于大断面湿喷混凝土支护施工质量控制的流程，所取得的经验可为后期类似工程遇到同类问题提供参考。