隧道喷射混凝土离析原因
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发布时间：2022-06-04 22:44
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时间：2022-07-09 16:28
①喷射混凝土流动性严重超标。现场喷射施工存在混凝土“加水”现象，混凝土入喷射机坍落度为150mm，施工作业人员以喷射进料困难为由，现场加水，使混凝土目测流动度为200mm以上，超出设计要求的坍落度140~160mm。混凝土后加水后，自由水量增多，凝结硬化需要更多的促凝成分，而混凝土与速凝剂中凝结硬化组分的量一定；因此，其消耗自由水能力降低，水化产物相互搭接困难，凝结硬化时间变长，即喷射回弹率增加。
②单层喷射厚度过厚。施工人员一次性喷射达设计厚度，对拱脚和拱肩而言，相对问题不大；但对于拱顶而言，由于混凝土凝结硬化需要一定的时间，已粘结到拱顶岩面的混凝土主要受自身重力和粘结力做个作用力，当粘结在拱顶岩面的粘结力不足以抵消混凝土自身的重力时，混凝土就会发生脱落现象，即回弹率增加。
③喷嘴与隧道弧面切线的角度不为90°。如图3所示，当喷射角度不为90°时，喷射机对混凝土时间的喷射力F就分解为挤压混凝土的力F1和剪切混凝土的力F2（斜向上或斜向下），当混凝土凝结硬化产生的抗弯力不足以抵消该剪切力时，混凝土就会发生脱落现象，即导致混凝土回弹率增加。
④送风管漏风严重，喷射分压仅为0.4Mpa。研究表明，风压太小，喷射力不够，混凝土所受压实力不足，不能使喷射混凝土与围岩粘结密实，造成混凝土脱落；风压太大，喷射产生较大的冲击力，会使喷射混凝土脱落；适当的喷射风压为0.8~1.0MPa。
3解决措施
鉴于此，从原材料品质监控、混凝土工作性控制、施工准备、喷射工艺几个方面入手，制定了相关措施，以降低喷射混凝土回弹率。
在原材料品质监控方面，水泥、粗细集料、减水剂、速凝剂的各项性能指标应满足JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》与GB50086-2015《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》的要求，且要保持均匀稳定，每批次经检验合格后方能入仓，严禁随意变更原材料产地与批次。此外，分别确定封存速凝剂与水泥检测基准样，比对每批次速凝剂、水泥品质的稳定性，做好水泥同速凝剂的匹配一致性，严控水泥品质波动问题。
在混凝土工作性控制方面，准确计量各原材料，严格把控搅拌时间，确保拌合物质量均匀稳定，使出机料具备和易性良好。当现场混凝土流动性不足时，应适当增加减水剂掺量或改善减水剂的保塑效果；对于由于待料时间长已初凝的混凝土，建议作“废料”处理；严禁混凝土在运输过程和喷射施工前加水。
在施工准备方面，喷射施工前对受喷岩面采用压力水雾进行预先湿润，清除岩面的松石、浮渣和尘埃；对岩面上出现的空洞、凹穴和较宽的张开裂隙进行喷射混凝土预填充。
在喷射工艺调整方面，根据喷射部位混凝土下坠力的不同，合理调整速凝剂掺量，建议拱脚速凝剂掺量为3%~4.5%，拱肩速凝剂掺量为4%~5%，拱顶速凝剂掺量为5%~6.0%；优化喷射措施，建议单层喷射厚度不大于5cm，单点喷射时间不超过5s，喷嘴绕受喷岩面做椭圆形运动；喷射按拱脚、拱肩、拱顶的方式依次递进，相邻区域再次喷射间隔时间不低于3min，避免因混凝土强度低，喷射压力大，导致混凝土脱落；喷射嘴与隧道弧面切线的角度宜控制为90°，不宜大于105°；喷射风压宜控制在0.8~0.9MPa，避免风压过大吹落未产生强度的混凝土；喷射嘴距支护面的距离宜控制在80~120mm，不宜大于150mm，避免因距离过大导致喷射密实度不足而脱落；喷射中如发现混凝土表面干燥松散、下坠滑移或拉裂时，应先及时清除，后进行补喷作业。
4工程应用
为对整改后的速凝剂与水泥品质以及喷射施工工艺进行评估，经项目部要求，项目技术部门参照JGJ/T372-2016《喷射混凝土应用技术规程》附录G“喷射混凝土回弹率试验”方法，开展了喷射混凝土回弹率实测试验。
按照喷射混凝土改进措施，拱脚处的喷射混凝土用量为3.0%，拱肩处速凝剂掺量为4..5%，拱顶处速凝剂掺量为5.5%。喷射混凝土温度为17.6℃，当天室外温度仅为6℃。

测试结束后，隧道表面平整，无裸露支护钢桁架问题。共计完成29.5方混凝土喷射工作，速凝剂用量为700kg，实际掉落混凝土质量为8530kg。喷射混凝土实测容重为2300kg/m³，每方混凝土总胶材为500kg。
因此，通过整改实测，速凝剂实际掺量4.75%（设计掺量为5%）与喷射混凝土实测回弹率12.6%（不大于15%）均满足项目设计技术规范要求，回弹率较整改前降低20%以上，喷射施工效果得到项目技术质量部门的认可，
5结语
水泥与速凝剂的匹配程度决定着喷射混凝土凝结硬化速度，混凝土配合比设计水平影响着喷射混凝土质量，两者是影响喷射混凝土回弹率高低的关键材料参数；然而，混凝土质量控制水平、喷射角度、喷射厚度、喷射风压等工艺参数也是影响其质量优劣的关键要素。因此，在实际施工中，为了降低喷射混凝土回弹率，提高其喷射质量，应关注材料性能，提高水泥与速凝剂的匹配程度及两者的问题性；同时，应加强对施工过程中的各要素的全过程质量控制，尤其是施工工艺。
