隧道工程喷射混凝土质量控制与检测.pdf

2 0 1 1年 第 7 期 (总 第 2 6 1 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 7 0 4 8 隧道工程喷射混凝土质量控制与检测 仇益梅 1 , 2 ( 1 重庆交通大学，重庆 4 0 0 0 7 4 ； 2 广西交通职业技术学院，广西 南宁 5 3 0 0 2 3 ) 摘要： 结合工程实际和实践经验， 论述复杂条件下影响隧道工程喷射混凝土质量的原材料、 配合比设计、 施工控制、 以及质量措施与检 测技术等主要因素， 使隧道喷射混凝土达到最佳支护效果 ， 并为隧道工程建设提供参考。 关键词： 隧道；喷射混凝土；质量；控制与检测 中图分类号： T U 5 2 8 5 3 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 1 4 3 0 3 T u n n e l p r o j e c t q u a l i t y c o n t r o l a n d i n s p e cti o n o f s p r a y e d c o n c r e t e Qf U me ( 1 C h o n g q i n g J i a o t o n gUn i v e r s i t y， Ch o n g q i n g 4 0 0 0 7 4 ， C h i n a ； 2 G u a n g x i Vo c i o n a l a n dT e c h n i c a l C o l l e g eo f C o mmu n i c a t i o n s ， Na n i n g 5 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： An d p r a c t i c a l e x p e rie n c e i n p r a c t i c a l e n g i n e e ri ng， di s c u s s e s t h e i mpa c t o f t u n n e l u nd e r c o mp l e x c o n d i t i o n s t h e q u a l i t y o f s p r a y e d c o n c r e t e ma t e r i a l s ， mi x d e s i g n， c o n s t r u c t i o n c o n t r o l ， a n d q u a l i ty me a s u r e s a n d d e t e c t i o n t e c hni q u e s ， a n d o the r ma j o r f a c t o r s ， the s p r a y e d c o n c r e t e t u n n e l s u p p o r t t o a c h i e v e t h e b e s t e f f e c t ， and T u nne l c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s t o p r o v i d e i n f o r ma t i o n Ke y w or d s： t u n ne l ； s h o t c r e t e； q u a l i t y； c o n t r o l an d d e t e c t i o n 0 引言 随着公路技术的发展 ， 公路建设正由东部沿海地区向西部 内陆地区发展 ， 由平原地区向山岭重丘区延伸的特点日益凸显 ； 隧道工程能有效改善线形 、 缩短里程、 根除病害、 保护生态环境 及提高运输效益等优势， 使得隧道工程越来越多 ， 越来越长 ， 越 来越被重视。 对于复杂地形、 地质和土质条件下的隧道工程， 其 初期支护施工中， 须在围岩表面喷射混凝土， 主要起到支承和 胶结、 填平补强、 覆盖封闭围岩及分配扩散外力的作用， 以提高 隧洞围岩的抗力能力和稳定性。 隧道喷射混凝土要做到内实外 美 ， 其设计和施工的质量控制及检测技术至关重要。 1 喷射混凝土设计 1 1 原材料 1 1 1 技术要 求 喷射混凝土的材料选择应符合下列要求： 水泥 ： 宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。 特殊情况下可 采用特种水泥， 采用特种水泥时应进行现场试验， 指标应满足 规范和设计要求。 粗集料： 应采用坚硬耐久的碎石或砾石。 喷射混凝土中的石 子粒径不宜大于 1 6 to n i 。 并宜采用连续级配。 细集料： 应采用坚硬耐久的中砂或初砂， 细度模数宜大于2 5 。 外加剂： 应混凝土的强度及与围岩的黏结力基本无影响， 对 混凝土和钢材无腐蚀作用， 易于保存， 不污染环境， 对人体无害。 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ 0 1 2 2 基金项目：广西交通科研项 目( 2 0 0 6 6 1 9 ) 外加剂使用前必须进行相应性能试验。 速凝剂： 应根据水泥品种、 水灰比等， 通过不同 掺量的混凝土试验选择掺量。 使用前应做速凝 剂效果试验， 要求初凝不应大于 5 m i n ， 终凝不应大于 1 0 m i n 。 外掺料 ： 外掺料剂量应通过试验确定， 加外掺料后的喷射 混凝土性能必须满足设计要求。 水 ： 水质应符合工程应水的有关标准， 水中不应含有影响 水 泥正 常凝结与硬化 的有害杂质。 1 1 2 原材料试验结果 水泥： 广西化宏生产的 P 04 2 5级水泥； 细度为4 0 0 c mV g ； 标 准稠度为 2 6 0 ； 安定性为 1 5 ； 初凝时间为 1 6 7 mi n ； 终凝时间为 2 3 2 mi n ； 3 d 抗折强度为5 1 MP a ； 2 8 抗折强度为8 _ 5 MP a ； 3 d 抗压强 度为2 4 8 MP a ； 2 8 抗压强度为 4 9 2 MP a 。 所检项目均符合G B 1 7 5 _ _ 2 0 0 7 ( 标准中普通硅酸盐水泥强度等级为4 2 5 级的技术要求 。 粗集料 ： 武鸣甘露生产的粗集料 ； 最大粒径为 2 0 mm； 表 观密度为 2 6 9 2 k g m ； 堆积密度为 1 5 3 0 k g m ； 振实密度为 1 6 4 0 k g m3 ； 孔隙率为 3 9 ； 含泥量为 O 5 ； 泥块含量为 0 5 ； 压碎值为 1 5 7 ； 针片状泥量为 4 9 ； 颗粒级配合格。 所检项 目 均符合 J T J 0 4 1 -2 0 0 0规范要求。 细集料： 合浦洋江生产的细集料 ； 表观密度为 2 6 0 0 k g r n s ； 堆积密度为 1 5 2 1 k g m3 ； 紧装密度为 1 6 4 1 k g m3 ； 砂当量为9 8 ； 含泥量为 1 2 ； 泥块含量为 0 4 ； 云母含量为 0 ； 细度模数为 2 8 ； 颗粒级配合格。 所检项 目均符合 J T J 0 4 1 -2 0 0 0规范要求。 1 2 喷射混凝土技术要 求 湿喷混凝土的坍落度宜控制在 8 0 1 2 0 m l T l ， 喷射混凝土的 1 43 体积密度可取 2 1 0 0 - 2 4 0 0 k g m 3 。 喷射混凝土的设计强度等级不应低于 C1 5 ； 对于竖井及重 要隧洞和斜井工程，喷射混凝土的设计强度等级不应低于C 2 0 ； 喷射混凝土 1 d龄期的抗压强度不应低于 5 MP a 。 钢纤维喷射 混凝土的设计强度等级不应低于 C 2 0 ， 喷射混凝土 1 d 龄期的抗 压强度不应低于 5 MP a 。 喷射混凝土与 围岩 的黏结强度 ： I 、 I I 级 围岩不应 低于 0 8 MP a ， I I I 级 围岩不应低于 0 8 MP a 。 喷射混凝土支护厚度， 最小不应低于 5 0 n fi n ， 最大不宜超 过 2 0 0 n l l n 。 含水岩层中的喷射混凝土支护厚度， 最小不应低于 8 0 mi i 1 ， 喷射混凝土的抗渗强度不应低于 0 8 MP a 。 1 3 喷射混凝土配合 比设计 1 3 1 配合比设计要点 喷射混凝土按混凝土混合料在喷枪处的状态分干喷、 湿喷 和潮喷混凝土。 隧道初期支护设计采用湿喷混凝土， 可增强围岩 的适应变形和 自承能力。 喷射混凝土配合比设计应满足下列要求 ： 必须能保证混 凝土向上喷射到指定的厚度 ， 并且 回弹最少 ； 4 - 8 h的强度应 具有能控制变形的能力 ； 在速凝剂用量满足可喷性和早期强 度的要求下， 必须达到设计的 2 8 d强度， 有良好的耐久性， 回 弹量少， 不发生堵管； 当围岩渗水时 ， 应对喷射混凝土提出抗 渗要求 。 喷射混凝土配合 比设计与其施工方法有关。 当采用干法喷 射时， 材料质量比例宜为水泥：砂石 = 1 0 ： 4 0 1 0 ：4 5 ， 水灰 比宜为 0 4 0 0 4 5 ； 湿法喷射时， 材料质量 比例宜为水泥： 砂石 = 1 0 ： 3 5 1 0 ：4 0 ， 水灰比宜为 0 4 2 , - 4 ) 5 0 。 砂率宜为 5 0 6 0 。 外加剂及外 掺料掺量应符合有关技术标准的要求。 喷射混凝土配合比设计关键指标是水灰比和砂率。 试验发 现喷射混凝土的水灰比超出范围会造成回弹量增大或混凝土 强度降低。 混凝土的含砂率低于 4 5 容易造成堵管且 回弹量 大， 砂率高于 6 0 会使混凝土强度降低 ， 且容易收缩开裂。 因此 喷射混凝土原材料的配合比例， 均须通过试验确定。 喷射混凝土 的配合比要经过室内试验和现场试喷来确定。 1 3 2 配合比设计试验结果 参考上述喷射混凝土配合比经验值进行 C 2 5喷射混凝土 配合比设计， 拟用于南宁外环公路隧道工程 C 2 5喷射混凝土配 合 比试验结果如表 1 所示， 设计容重为 2 3 0 0 k g m3 ； 实测容重 为 2 3 1 0 k g m 。 表 1 混凝土配合 比试验结果 对于面积大而厚度较小的喷射混凝土层， 水泥用量不宜过 大 ， 过大的水泥用量会加剧结构的早期开裂 ， 影响内在质量和 外观质量 ， 同时浪费水泥。 2 喷射混凝土施工 2 1施 工 方 法 喷射混凝土施工有干喷、 湿喷和潮喷三种方式 ， 宜采用湿 喷或潮喷工艺。 干法喷射混凝土的特点： 将水泥 、 砂子、 碎石按配合比用强 制式搅拌机搅拌均匀， 再投入到干式喷射机内用压缩空气输送 到喷枪处 ， 加水混合后 以一定的压力和距离喷射到受喷面上。 密封性能良好， 辅料连续均匀 ； 生产能力( 混合料) 为 3 - 5 m3 h ； 允许输送的骨料最大粒径为 2 5 mm； 输送( 混合料) 水平距离不 小于 1 0 0 m， 垂直距离不小于 3 0 m， 由于喷水速度不易控制， 从 而造成混凝土强度波动幅度大。 且又因为水与干料混和的时间 短而难以均匀， 致使施工现场粉尘飞扬 ， 恶化了施工环境。 湿法喷射混凝土的特点 ： 密封性能良好， 辅料连续均匀 ； 生 产率大于 5 m3 , h ； 允许输送的骨料最大粒径为 1 5 r l l l T l ； 混凝土 ( 混合料 ) 输送水平距离不小于 3 0 m， 垂直距离不小于 2 0 m。 湿 喷混凝土则与常规混凝土无异， 与干喷法相比， 湿喷法可以避 免存在的不足， 降低回弹量， 简化工序 ， 改善洞内施工环境 ， 有 利于加快施工进度 ， 并获得较好的施工质量， 但对喷射机的构 造要求较高， 成本也稍高。 潮喷是介于干喷和湿喷之间的工艺 ， 将骨料预加水 ， 浸润 1 4 4 成潮湿状 ， 再加水泥拌合 ， 从而降低上料和喷射时的粉尘。 2 2 施 工准备 ( 1 ) 根据选定的施工方法 ， 制定科学合理的施工方案。 ( 2 ) 检查开挖断面净空尺寸， 清理松动岩块 ， 清洗岩壁面的 粉尘， 清除边脚处的岩屑、 杂物等。 ( 3 ) 岩面有集中渗水出露， 应先引排 ， 妥善处理。 受喷面有 滴水和淋水时应做防水治水处理。 ( 4 ) 检查机具设备和风、 水 、 电等管线路， 并试运转， 作业面 具有良好的通风和照明条件。 ( 5 ) 应设置控制喷射混凝土厚度的标志 ， 以使厚度满足设 计要求。 2 3 施 工技 术要 点 喷射混凝土是借助喷射机械 ， 利用空气或其他动力， 将一 定配合比的水泥、 砂子 、 石子以及外加剂等混合料通过喷枪喷 射到受喷面上， 在较短的时间内凝结成为密实均匀的混凝土。 与 普通混凝土的浇筑不同， 喷射混凝土不需要立模、 振捣， 而是依 据高速喷射的动能将混合料连续喷敷到受喷面上 ， 冲击 、 挤压 达到密实。 因此： ( 1 ) 隧道喷射混凝土施工中应做好地质描述 、 超前地质预 报， 根据围岩条件的变化情况， 因地制宜 ， 提前采取相应措施， 做到安全可靠 、 经济合理。 ( 2 ) 喷射作业应分段 、 分片由上而下顺序进行 ， 每次作业区 段纵向长度不宜超过 6 m； 干法喷射混凝土的输料距离水平方向 不小于 1 0 0 m， 垂直方向不小于 3 0 m； 湿法喷射混凝土的输料 距离水平方向不小于 3 0 m， 垂直方向不小于2 0 m。 ( 3 ) 一次喷射厚度应根据设计厚度和喷射部位确定， 初喷 厚度宜控制在 4 O 6 0 mm。 复喷一次喷射厚度拱顶不得大于 1 0 0 n m， 边墙不得大于 1 5 0 mlT l 。 ( 4 ) 岩面有较大凹洼时， 应在初喷时找平。 ( 5 ) 前一层喷射混凝土终凝后 1 h以上且喷层表面已蒙上 粉尘时， 前一层喷射作业前应清洗干净受喷面。 ( 6 ) 喷射混凝土作业时喷嘴应垂直、 喷射混凝土必须直接 喷在岩面上。 喷枪头到喷射面距离宜为 0 6 1 2 m， 喷射机工作压 力应控制在 0 1 5 0 2 0 MP a 。 ( 7 ) 冬季施工时， 喷射作业区的气温低于 5； 喷射混凝土 强度低于设计强度的3 0 时， 不得受冻。 ( 8 ) 喷射混凝土终凝 2 h后， 应喷水养护， 养护时间不应少于 7 d ， 重点工程不应少于 1 4 d 。 气温低于 5时， 不得喷水养护。 2 4 施工质量控制 ( 1 ) 准确计量原材料。 原材料按质量计 ， 称量的允许误差不 超过： 水泥和外加剂为 2 ， 砂石为 3 。 ( 2 ) 充分拌和均匀。 混合料应采用强制式搅拌机搅拌， 搅拌 时间不得少于 6 0 S o 于法喷射的混合料宜随拌随喷， 无速凝剂掺 人的混合料 ， 存放时间不应超过 2 h ， 掺入速凝剂后， 存放时间 不应超过 2 0 mi n 。 用于湿法喷射的混合料拌制后 ， 应进行坍落度 测定 ， 应不超过 8 0 1 0 0 I 啪 。 ( 3 ) 减小回弹量。 回弹量是指在进行喷射混凝土过程中， 集 料 、 水( 干喷) 或已经拌好的混凝土( 湿喷) 喷射到围岩上， 由于 不能及时凝结而不可避免出现回弹， 部分掉落的就是喷射混凝 土的回弹量。 减小回弹量的方法主要是从材料和工艺上 ， 调节配 合比例( 水泥用量以接近 4 0 0 k g ) ， 改善施工时喷射角度。 ( 4 ) 控制隧道超挖量。 隧道施工过程中， 应控制隧道避免超 挖。 若隧道开挖拱部范围与墙脚以上 1 1 T 1 范围超挖 ， 必须喷射混 凝土或者二衬混凝土回填， 不能用其他物质( 片石) 回填。 3 喷射混凝 土检测 3 1 强度检 测要 点 喷射混凝土强度包括压 、 拉 、 剪 、 黏强度， 这些强度指标相 互关联 ， 其中抗压强度和黏结强度是表示力学性和耐久性的综 合性指标， 即为必测指标。 ( 1 ) 抗压强度。 与普通水泥混凝土相比， 喷射混凝土抗压强 度的标准试件准尺寸、 试件制作及脱模等应符合锚杆喷射混凝 土支护技术规范 G B 5 0 0 8 6 -2 0 0 1 的规定。 ( 2 ) 黏结强度。 喷射混凝土与围岩黏结强度可在现场实测 或室内模拟进行， 喷射混凝土与围岩之间的黏结强度标准值决 定于围岩坚硬程度， 不超过 0 3 3 0 MP a 。 要合理选择试验方法， 并做到正确操作， 确保黏结强度测定值准确可靠。 3 2回弹值检 测要 点 喷射混凝土回弹值反映混凝土硬度， 是检测混凝土合格不 合格时， 回弹值可以作为一个参考数据。 一般回弹应测 1 6组数 据， 去掉三个最高值和三个最低值， 算出剩下的 1 0 个回弹数的 平均值， 然后再进行数据修正。 3 3 喷射混凝土层厚度测定 喷射混凝土层厚采用凿孔法测定 ， 喷层厚度实测值不小于 设计厚度。 喷层厚度的均匀性决定于施工控制能力和操作熟练 程度 。 3 4 喷射混凝土粉尘测定 隧道喷射混凝土施工过程中， 可采用虑膜称量法测定隧洞 粉尘浓度， 用于评价施工现场环境 ； 测定粉尘时， 测点位置和取 样数量按照锚杆喷射混凝土支护技术规范 G B 5 0 0 8 6 -2 0 0 1 确 定 ； 粉尘采样是在喷射混凝土作业正常、 粉尘浓度稳定的时进 行 ； 可保证 8 0 以上测点试样的粉尘浓度达标的条件。 综上所述， 隧道喷射混凝土质量控制是一个系统工程， 包括 合理选择原材料和设计配合 比， 正确选择施工方法， 充分做好 施工准备， 准确把握施工技术， 严格控制及检测施工质量， 才能 保证隧道喷射混凝土起到应有的作用， 达到最佳的支护效果。 参考文献 ： 1 1 J T G E 3 0 - - - 2 0 0 5 ， 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 s 】 【 2 】 J T G E 4 2 -2 0 0 5 ， 公路工程集料试验规程 s 【 3 J G J 5 5 2 O o o ， 普通混凝土配合比设计规程 s 】 4 G B 5 0 0 8 6 -2 0 0 1 ， 锚杆喷射混凝土支护技术规范【 s 】 作者简介 联 系地址 联系电话 仇( 1 9 6 5 一 ) ， 女， 副教授， 高级工程师， 主要从事公路与 桥梁工程设计、 施工、 监理及科研等技术工作。 广西交通职业技术学院 广西南宁市园湖北路 1 2号 ( 5 3 0 0 2 3 ) 0 7 71 5 6 3 5 60 4 住房城乡建设行业 国家职业分类大典 修订工作启动会在京召开 c 、 2 0 1 1 年 7 月 1 4日 下午， 住房城乡建设行业 国家职业分类大典 修订工作启动会在京召开。会议由部人事司组织召开， 部城乡 规划司、 标准定额司、 房地产市场监管司、 建筑市场监管司、 城市建设司、 工程质量安全监管司有关同志及部人力资源开发中心、 中 国建筑业协会、 中国房地产业协会、 部执业资格注册中心等二十多个单位的负责人和行业专家共七十余人参加了会议。 部科技委常务副主任、 住房城乡建设行业大典修订工作专家委员会主任李秉仁、 人事司副巡视员陈付分别作了讲话， 对住房城 乡建设行业大典修订工作进行动员， 提出要求 ， 做出部署。部人力资源开发中心副主任孙美燕介绍了修订工作方案及技术要求， 并 对参会专家进行了修订工作有关操作要求和工作平台使用的培训。人事司副巡视员赵琦主持会议 ， 并宣布了修订任务， 就住房城乡 建设行业 国家职业分类大典 修订工作委员会和专家委员会职责和组成作了说明。 国家职业分类大典 修订工作由人力资源社会保障部、 国家质量监督检验检疫总局、 国家统计局会同国务院有关部门、 直属机 构和行业组织共同开展， 于 2 0 1 0年 l 2 月启动。我部承担了 6 4个职业的修订任务， 其中4 4个职业为承担修订 ， 2 0个职业为参与修 订， 另有几十个职业申请新增。 住房城乡建设行业大典修订工作委员会办公室设在人事司， 专家委员会办公室设在人力资源开发中 心， 有关司局和部直属单位、 行业协会作为委员单位广泛参与。大典修订是一项事关我国经济社会发展的重大系统工程 ， 也是行业 人力资源管理 、 职业培训、 人才统计与评价的基础性工作， 事关住房城乡建设行业各类从业人员的职业描述和定位 ， 事关部管各行 业职业( 工种 ) 岗位标准的制定、 人员管理等重要职能， 做好这项工作对加强行业人才队伍建设具有重要意义和积极作用。 】 45