喷射混凝土在隧道止水加固的应用

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[摘要]喷射混凝土是利用高压空气，将混凝土通过管道喷射到受喷面并压实、凝结硬化的混凝土，适用于修补加固工程。文章基于某隧道渗水状况，采用C25喷射混凝土对渗水围岩进行了止水加固堵漏作业，介绍了其设计方案及材料要求，并探讨施工工艺流程与质量控制体系。

[关键词]喷射混凝土；隧道；止水；加固；堵漏

随着我国“西部大开发”战略与“一带一路”建设的持续推进，中西部地区高速铁路与公路建设中隧道建设工程占比越来越高[1]。隧道能够克服山川丘陵等障碍，缩短运行里程，提高通行舒适性，缓解地上空间，是交通项目建设的控制性项目[2,3]；隧道建设中不可避免面临复杂地址条件，如特殊围岩、软弱破碎带、岩溶等，尤其是渗水、涌水状况。喷射混凝土[4]是将胶凝材料、骨料等按一定比例拌制的混凝土拌合物送入喷射设备，借助压缩空气或其他动力输送，高速喷至受喷面形成的一种混凝土，具有凝结硬化快、强度发展速率高、施工工艺简便、经济效益显著等优点。相较于常规止水加固材料，喷射混凝土速凝快硬的特性，能够将被衬物支护、包覆、充填、粘结，一方面可支撑围岩应力，加固开挖构筑物或受损结构；另一方面可粘结松散结构、石状物等，并形成一体稳定坚固体系，减少介质渗漏，被广泛应用于矿井巷道与地下空间、水利电力、建筑结构补强与加固等大型工程建设。

1工程概况

某隧道全长3.97km，最大埋深约730m，埋深大；隧道沿线工程地质条件复杂，存在顺层偏压、岩溶及岩溶水、岩堆、滑坡等多种不良地质，V级围岩，属高风险隧道。隧道施工工程中突发山间地下水渗漏问题（见图1），预计日均涌水量高达37000m3，严重影响工程进度，危害施工安全，需及时止水加固。项目部实地勘察后发现，该涌水问题具有以下特点：（1）工程进度紧。该隧道为某高铁控制性工程，渗水问题严重危害施工质量与安全性，制约施工进度。（2）涌水量大。日平均涌水量大，若不能妥善处理，将影响现有隧道附属结构安全，存在危害山体稳定性的风险。（3）初支、二衬施工相关材料与设备齐全。现场有制备喷射混凝土相关的材料与设备，能准确定位渗水部位，可开展倒流输水任务。鉴于此，拟采用喷射混凝土对渗水部位进行止水加固处理，制定了止水加固设计方案及材料要求，并探讨施工工艺流程与质量控制体系。

2喷射混凝土制备

2.1原材料。2.1.1水泥。水泥采用华新秭归P•O42.5水泥，其性能见表1。2.1.2粉煤灰。粉煤灰产自大唐石柱电厂，为F类II级粉煤灰，其性能指标见表2。2.1.3掺合料。掺合料为苏博特产SBT-HDC（II）喷射混凝土纳米掺合料，其平均粒径采用体积平均粒径，采用透射电镜测试，性能见表3。2.1.4速凝。速凝剂为苏博特产SBT-N(II)液体速凝剂（无碱型）。2.1.5骨料。骨料产自重庆巫山县两坪乡采石场，其中，细骨料为机制砂，石粉含量为8%，细度模数为2.8；粗骨料为5mm~10mm小石子，孔隙率为44%。2.2喷射混凝土配合比与性能止水加固采用的C25喷射混凝土配合比见表5，力学性能见表6。

3施工工艺与质量控制

3.1施工工艺。在施工过程中，采用喷射混凝土止水加固施工主要注意以下几个关键技术环节：首先，针对围岩无压裂隙水，根据地勘资料与超声探测仪测试结果，确定裂隙水渗水径流量与位置，制定系统止水加固方案。其次，根据止水加固方案，定位打设导水管，防止基层界面出现滴水、渗水和涌水等情况，处理基层界面。再次，制备喷射混凝土并进行施工，利用其速凝早强效果，实现止水加固效果。最后，采用化学注浆方式，封闭导水管，达到完全止水的目的，工艺流程见图2。3.1.1止水加固方案设计。根据地勘资料，计算单位裂隙水流量，细化止水加固材料方案，包括喷射混凝土的强度等级、方量，灌浆材料的数量与配比。利用超声探测仪，探明渗水点位置、深度与数量，计算所需导流管个数、位置、角度。合理布置现场设备与材料位置，为后续工序的开展制定合理的工序流程。3.1.2导水管定位与打设。采用超声探测仪准确定位裂隙水渗水点位置，采用显色标记标识开孔位置与角度。导水管采用Φ20mm×2.5mm，200mm低碳钢无缝钢管，沿管径向每间隔25cm开5mm圆孔不少于3个，见图3。根据设计方案在隧道内确定导水孔位置，用开孔器（配金刚石钻头取芯）按设计角度打孔，打孔采用MD-60型锚杆钻机，开孔直径50mm，深度至设计位置。将孔口凿平，安装好4个膨胀螺丝，而后将橡胶垫圈砸入孔内，用膨胀螺丝固定上紧。导水管穿过橡胶垫圈插入导水孔中，确保裂隙水沿导水管流出，导水管外无流水，否则重新定位打孔。全部导水管施工完毕后，观察裂隙水基层上是否存在滴水、渗水和涌水等情况，若存在，增加定位设置导水管。3.1.3围岩基层处理。采用切割机，沿裂隙开槽，使裂隙宽度不小于5mm~10mm，深度不小于5mm~10mm。利用风镐设备，对基层进行凿毛处理，清除松动碎石与碎屑；使用高压水去除受喷面的岩粉，保证围层和喷射混凝土连接，改善界面粘结力。3.1.4喷射混凝土制备。喷射混凝土施工工艺图见图4，采用HPS3016S喷射台车进行施工。喷射混凝土为机械手喷射施工，设备应由熟练的喷射手操作；为降低回弹量，确保喷射混凝土质量，保持风压稳定状态，随时进行调整，满足喷头处压力0.1MPa左右，喷机风压控制0.4MPa~0.5MPa。分段分块进行喷射，自下而上，刚开始喷射时可将混凝土堆砌施工；喷射料束采用螺旋轨迹运动，一圈压半圈，呈波形由下而上运动。喷射料束与受喷面的角度应控制在75°~105°，勿超出此范围。混凝土一次喷射完成，喷射厚度控制在5cm~10cm，平均厚度8cm，且矢弦比不应大于1/6。喷射混凝土2h后，应进行喷水养护，养护时间为14d。喷射混凝土施工结束后，检查其是否存在密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、空鼓及渗漏水现象；对于空鼓等缺陷区域，应敲掉重新施工。对已喷好混凝土面，进行观察记录，拍摄照片及录相，并详细记载其施工状况，施工后状况见图5（a）。3.1.5导水管封堵。封堵材料选用博力康-GP101高性能聚氨酯灌浆料，采用SYB50-45-Ⅱ型液压注浆机灌浆。检查喷射混凝土止水加固效果，确保加固体质量良好，无渗漏状况，即可准备灌浆。灌浆先选较低处及漏水量较大的灌浆嘴或接近水源的导水孔，灌浆压力宜大于地下水压力0.05MPa~0.1MPa。为使浆液扩散的范围更大点，可适当提高压力。灌到不再进浆时，应保持压力稳定，以恒压不吸浆为标准。按经验在关闭阀门后，灌浆压力再稳定保持5min~10min，作为结束标准。此时，应注意观察压力表，防止爆管注意安全。若在灌浆过程中，在灌孔相邻导水管出现漏浆情况，可减少进浆速度或暂停进浆，待漏浆固化后，或采用其它措施后，尽可能短时间内恢复灌浆，以免缝内浆液凝固影响灌浆质量。待浆液凝固后，可将外露的灌浆嘴切除，并用喷射混凝土封填平整、密实、表面回复原状，结果见图5（b）。3.2施工质量控制。3.2.1喷混凝土质量控制。原材料各项性能指标应满足相关规范要求，且按品质分类存储；严格控制称量偏差，水泥、外加剂、水称量偏差±2%，粗细骨料±3%；施工前，核查相关施工机械工作状况，喷射台车应运行良好，灌浆机可稳定工作。按喷射混凝土配合比将砂石骨料、水泥与掺合料先干拌30s后，再加入水与减水剂，搅拌120s即得喷射素混凝土；喷射素混凝土工作性保持时间应为60min，入喷射台车流动度应为180mm±20mm，严禁现场加水或减水剂调整流动度现象。喷射施工过程中，应根据凝结硬化速度，及时调控速凝剂用量，可加大速凝剂用量。喷射后，场地清理干净，并用高压水清扫受喷面，埋设厚度标志桩，标志桩间距为2mm~3mm。3.2.2导水管封堵质量控制。灌浆料一次配备数量，需以浆液的凝固时间及进浆速度来确定。灌浆机具、器具及管子在灌浆前应进行检查，运行正常时方可使用。灌注结束后，应立即拆除管道并清洁干净。注时应严密注视灌注机的工作压力表，若超过额定压力，应停机后再进行，若压力仍居高不下，应检查灌注针头。灌浆时，操作泵人员应时刻注意浆液的灌入量，同时观察压力变化情况，一般压力突然升高可能由于浆液凝固、管路堵塞或浆液注浆填充导水管，此时应立即停止灌注。灌注24h，确认不漏即可去掉或敲掉外露灌浆嘴。

4结语

喷射混凝土具有凝结硬化迅速，可在3min~10min内凝结硬化；早期强度发展速度快，3h抗压强度可达到3.5MPa，适用于对凝结硬化效率要求高的场合，可在无压或低压裂隙水、围岩渗水等状况下，实现可靠的止水堵漏加固效果。施工过程中，应因地制宜，根据渗水状况，制定施工工艺流程，调整喷射混凝土配合比，改善其凝结硬化进程，以实现对渗水状况的及时处理，保障隧道等地下工程的施工质量与安全风险可控。

参考文献

[1]王梦恕.中国铁路、隧道与地下空间发展概况[J].隧道建设，2010，30（4）.

[2]《中国公路学报》编辑部.中国公路交通学术研究综述[J].中国公路学报，2012，25（3）：2-50.

[3]李勇，郭帅，高建华，等.世界跨海桥梁隧道工程[C]//深圳市科协2005年年会,2005.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.喷射混凝土应用技术规程：JGJ/T372—2015[S].北京:中国建筑工业出版社，2016.

作者:赵志轩 赵爽 王伟 曾鲁平 乔敏 韩斌 单位:江苏苏博特新材料股份有限公司