隧道初支喷砼超耗原因分析及降耗措施

隧道初支喷砼超耗原因分析及降耗措施

张胜超

中铁上海工程局集团第七工程有限公司  河北省沧州市 061000

摘要：隧道工程的初期支护喷砼超耗几乎是不可避免的。导致这种问题的原因多种多样，需要通过精准度的降耗措施加以遏制。本文对隧道初支期间喷砼超耗的影响因素以及降耗措施进行分析和总结，提供给施工人员参考应用，希望能够对喷砼超耗降耗有所帮助，提高隧道施工质量和效率，保证作业人员安全，实现隧道施工和初期支护的安全稳固性，保证工程建设有序推进。

关键词：隧道初支喷砼；超耗原因分析；降耗措施

引言：隧道工程初支期间的喷砼超耗问题频发，问题因素多种多样，既有超欠挖带来的喷砼超耗，也有超前支护以及混凝土配比带来的喷砼超耗。其中，超欠挖喷砼超耗的降耗措施是合理应用爆破技术，提高测量放线以及钻孔作业的精准度，结合现场地质条件以及爆破成效改进爆破参数；超前支护喷砼超耗的降耗措施是提高小导管成形质量，提高小导管超前注浆质量，；而混凝土配比带来的喷砼超耗降耗措施是合理控制水灰比、灰骨比以及速凝剂应用。不同的喷砼超耗因素有对应的降耗措施，作业人员须精准把握，规范化执行，保证施工质量。

一、隧道初支喷砼超耗原因分析

1超欠挖导致的喷砼超耗

如果隧道工程土方开挖作业采取钻爆法，就必然会出现超欠挖问题，如果通过喷砼的方式对超挖部分进行回填，是控制喷砼超耗问题的主要方式。超欠挖问题产生主要受到地质条件、钻孔精度、工程测量以及爆破技术应用等因素的影响。要实现喷砼降耗，需要采取合理的控制措施。

2超前支护导致的喷砼超耗

如果隧道工程遇到在软弱围岩，一旦开挖会带来极速围岩松弛变形，原因在于围岩缺乏足够自稳能力，往往在初期支护还未进行围岩就已经坍塌，导致超挖喷砼超耗，安全风险极高。一般利用超前小导管法实施超前预加固，改良围岩自稳能力，提高隧道施工的安全系数，控制喷砼超耗。超前小导管法的作用体现在2点：第一，小导管带有锚杆管棚，有加固作用；第二，小导管用于注浆作业通道，注浆有助于加固围岩。这2点的共同点都是对围岩结构的应力释放进行遏制，改进围岩结构的自稳能力，对围岩超挖以及喷砼超耗都有很好的遏制效果。

3喷砼配比导致的超耗

喷砼作业要求混凝土必须性能良好，这是降低回弹量的有效措施。混凝土配比直接影响成料质量及回弹率，关键指标包括水灰比、速凝剂以及灰骨比等。如果施工前对配合比没有进行试验分析及优化，就可能造成混凝土材料施工的浪费，进而导致喷砼超耗。

二、隧道初支喷砼超耗问题的降耗策略

1.超欠挖导致的喷砼超耗的降耗

1.1.结合地质条件以及爆破效果改进爆破参数

隧道工程建设面对的围岩结构千变万化，包括溶洞以及软弱夹层等在内的不良地质随处可见。通常以经验类比法结合现场实况设计爆破作业方案。爆破作业的炮眼及装药方式直接影响超欠挖问题，通常周边炮眼保持35到45厘米的间距，软质岩取35厘米，硬质岩取45厘米，爆破作业以间隔装药结合红绳爆破的方式实施。对超欠挖的控制须由技术人员采集首次爆破的效果数据，结合现场围岩对钻孔位置以及角度进行调整。第一，爆破的爆孔如果呈凸面，即证实爆破层厚度太大，要变薄，反之凹面爆孔就表示爆破层有加厚空间；第二，爆破成效呈超挖状态，装药量要调低，呈欠挖状态就要调高装药量；第三，爆孔口呈半孔痕抑或其它部位存在破碎圈，可判定炸药集中分布问题严重，间隔装药要更分散一些。

1.2.提升爆破技术应用的合理性

爆破技术分为多种方式，带来的隧道超欠挖问题也不一样。特别是爆破作业期间涉及的爆破器材、装药量以及参数设定等关键指标，会给爆破区域围岩带来不同程度的扰动。其中光面爆破是围岩结构影响程度最低的爆破方式，要控制隧道超欠挖问题，爆破作业最好选择光面爆破方式。

1.3.高精完成测量放线

隧道工程实施围岩爆破作业，针对潜在的超欠挖问题，只要能精准控制开挖轮廓线，超欠挖就可能得到有效遏制。开挖轮廓线精度控制须从测量放线作业开始，开挖作业涉及的标高以及中线都要精准无误，防止开挖作业最终成效一侧欠挖，一侧超挖。

1.4.钻孔精度要保证

隧道工程的围岩爆破作业中，钻孔偏差在很大程度上影响超欠挖的土方量。要保证钻孔精度，作业人员还须采取多种措施。第一，作业人员要提前接受岗前专业培训，钻孔作业中的机械操作手，要保证所有操作符合设计方案要求，钻孔位置、倾角以及深度等关键指标必须与设计方案完全一致；第二，钻孔作业的定位要选择轮廓线内侧接近1到3厘米的位置，避免影响外插角的精度。

2.超前支护导致的喷砼超耗的降耗

2.1.提高超前小导管成形质量

超前小导管的支点选在与掌子面钢架以及前方待挖岩体相近的位置，对前方欠稳岩体以及岩层进行串联，为隧道环形构建向上拱形承载壳一道。这种环向设置与弧面越接近，管间就会呈现更加均匀的间距。由小导管穿透连接的拱形承载壳可对围岩进行有效应力释放遏制，避免拱部因岩体坠落带来超挖问题。作业期间要于掌子面钢架部位进行钻孔位置标注，钻孔间距要符合设计要求，钻孔作业依据点位精准钻进。同时于完成初期支护的结上进行钻孔位置对应点位标注，供钻孔作业的方向及角度控制用作参考，通常外插角以10到15度为宜，小导管布设期间遵从同一弧面。

2.2.提高超前小导管注浆质量

注浆浆液经由小导管向地层裂隙及孔隙扩散渗透，固结已经破碎的围岩，在保证止水效果的同时，为掌子面区域构建地层自拱，而且管体属于超前锚杆，促进围岩提高自稳能力，对围岩松弛脱落风险以及超挖进行遏制。浆液对裂隙的渗透扩散，动力来自注浆压力，这个压力数据必须超过裂隙阻力以及岩体天然水压，浆液才能最大限度地扩散渗透，对松散围起到固结作用。通常小导管注浆压力为0.5到1兆帕，且注浆顺序是从上到下，无渗水孔先行注浆，有渗水孔之后注浆。如果所需注浆量超高无法满足设计压力，与须提升浆液稠度，观测注浆压力升至设计终压，抑或注浆量大于等于设计标准的80%，注浆作业即可结束。小导管注浆作业结束满3小时，爆破开挖作业才能开始，确保破碎岩体得到有效固结。

3.喷砼配比降耗措施

3.1.添加速凝剂

速凝剂属于混凝土拌和期间的外加剂，作用是促进喷砼快速凝结固化避免在重力作用下发生脱落，导致回弹量升高。选用速凝剂要求初凝低于3分钟，终凝低于12分钟，参照水泥用量的2.5的%到4%为速凝剂添量。加入了速凝剂的混凝土控制水灰比不宜太大，否则无法取得理想速凝成效。

3.2.灰骨比优化

1：4到1：4.5的灰骨比最为适宜，水泥用量太低会加大回弹量，不易提高初期强度，水泥用量太大导致硬化过程的大幅收缩，对后期强度上升不利。

3.3.水灰比优化

这个参数主要对喷砼强度造成影响。喷砼混凝土以0.4到0.5水灰比为宜，这种水灰比的混凝土有水光，表面平整，降低回弹量。一旦超出该合理区间就会加大回弹量。通常如果混凝土表面有拉裂、滑移以及流淌等问题就是水灰比过高，表面干斑且施工大量扬尘即证实水灰比过低，会加大回弹量。

结束语：由此可见，隧道工程是一种难度极高的施工项目，施工过程面临复杂多变的地质环境，安全风险极高。隧道工程的初期支护作业中包括喷砼作业，这个环节经常出现超耗现象，不仅造成严重的资源浪费，而且加大施工过程的难度和安全风险，因此必须采取有力措施进行有效降耗。喷砼超耗的影响因素很多，对应的降耗措施也各不相同，作业人员还须准确判断喷砼超耗的致病成因，采取针对性方法合理降耗，保证隧道工程顺利施工。

参考文献

[1]刘天浩.隧道初支喷射混凝土超耗原因分析及降耗措施研究[J].智能建筑与工程机械,2020.

[2]杨慧茹.探讨隧道喷射混凝土超耗原因及控制措施[J].中华建设,2020(15):2.