噴射混凝土在隧道止水加固的應用

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[摘要]噴射混凝土是利用高壓空氣，將混凝土通過管道噴射到受噴面并壓實、凝結硬化的混凝土，適用于修補加固工程。文章基于某隧道滲水狀況，采用C25噴射混凝土對滲水圍巖進行了止水加固堵漏作業，介紹了其設計方案及材料要求，并探討施工工藝流程與質量控制體系。

[關鍵詞]噴射混凝土；隧道；止水；加固；堵漏

隨著我國“西部大開發”戰略與“一帶一路”建設的持續推進，中西部地區高速鐵路與公路建設中隧道建設工程占比越來越高[1]。隧道能夠克服山川丘陵等障礙，縮短運行里程，提高通行舒適性，緩解地上空間，是交通項目建設的控制性項目[2,3]；隧道建設中不可避免面臨復雜地址條件，如特殊圍巖、軟弱破碎帶、巖溶等，尤其是滲水、涌水狀況。噴射混凝土[4]是將膠凝材料、骨料等按一定比例拌制的混凝土拌合物送入噴射設備，借助壓縮空氣或其他動力輸送，高速噴至受噴面形成的一種混凝土，具有凝結硬化快、強度發展速率高、施工工藝簡便、經濟效益顯著等優點。相較于常規止水加固材料，噴射混凝土速凝快硬的特性，能夠將被襯物支護、包覆、充填、粘結，一方面可支撐圍巖應力，加固開挖構筑物或受損結構；另一方面可粘結松散結構、石狀物等，并形成一體穩定堅固體系，減少介質滲漏，被廣泛應用于礦井巷道與地下空間、水利電力、建筑結構補強與加固等大型工程建設。

1工程概況

某隧道全長3.97km，最大埋深約730m，埋深大；隧道沿線工程地質條件復雜，存在順層偏壓、巖溶及巖溶水、巖堆、滑坡等多種不良地質，V級圍巖，屬高風險隧道。隧道施工工程中突發山間地下水滲漏問題（見圖1），預計日均涌水量高達37000m3，嚴重影響工程進度，危害施工安全，需及時止水加固。項目部實地勘察后發現，該涌水問題具有以下特點：（1）工程進度緊。該隧道為某高鐵控制性工程，滲水問題嚴重危害施工質量與安全性，制約施工進度。（2）涌水量大。日平均涌水量大，若不能妥善處理，將影響現有隧道附屬結構安全，存在危害山體穩定性的風險。（3）初支、二襯施工相關材料與設備齊全。現場有制備噴射混凝土相關的材料與設備，能準確定位滲水部位，可開展倒流輸水任務。鑒于此，擬采用噴射混凝土對滲水部位進行止水加固處理，制定了止水加固設計方案及材料要求，并探討施工工藝流程與質量控制體系。

2噴射混凝土制備

2.1原材料。2.1.1水泥。水泥采用華新秭歸P•O42.5水泥，其性能見表1。2.1.2粉煤灰。粉煤灰產自大唐石柱電廠，為F類II級粉煤灰，其性能指標見表2。2.1.3摻合料。摻合料為蘇博特產SBT-HDC（II）噴射混凝土納米摻合料，其平均粒徑采用體積平均粒徑，采用透射電鏡測試，性能見表3。2.1.4速凝。速凝劑為蘇博特產SBT-N(II)液體速凝劑（無堿型）。2.1.5骨料。骨料產自重慶巫山縣兩坪鄉采石場，其中，細骨料為機制砂，石粉含量為8%，細度模數為2.8；粗骨料為5mm~10mm小石子，孔隙率為44%。2.2噴射混凝土配合比與性能止水加固采用的C25噴射混凝土配合比見表5，力學性能見表6。

3施工工藝與質量控制

3.1施工工藝。在施工過程中，采用噴射混凝土止水加固施工主要注意以下幾個關鍵技術環節：首先，針對圍巖無壓裂隙水，根據地勘資料與超聲探測儀測試結果，確定裂隙水滲水徑流量與位置，制定系統止水加固方案。其次，根據止水加固方案，定位打設導水管，防止基層界面出現滴水、滲水和涌水等情況，處理基層界面。再次，制備噴射混凝土并進行施工，利用其速凝早強效果，實現止水加固效果。最后，采用化學注漿方式，封閉導水管，達到完全止水的目的，工藝流程見圖2。3.1.1止水加固方案設計。根據地勘資料，計算單位裂隙水流量，細化止水加固材料方案，包括噴射混凝土的強度等級、方量，灌漿材料的數量與配比。利用超聲探測儀，探明滲水點位置、深度與數量，計算所需導流管個數、位置、角度。合理布置現場設備與材料位置，為后續工序的開展制定合理的工序流程。3.1.2導水管定位與打設。采用超聲探測儀準確定位裂隙水滲水點位置，采用顯色標記標識開孔位置與角度。導水管采用Φ20mm×2.5mm，200mm低碳鋼無縫鋼管，沿管徑向每間隔25cm開5mm圓孔不少于3個，見圖3。根據設計方案在隧道內確定導水孔位置，用開孔器（配金剛石鉆頭取芯）按設計角度打孔，打孔采用MD-60型錨桿鉆機，開孔直徑50mm，深度至設計位置。將孔口鑿平，安裝好4個膨脹螺絲，而后將橡膠墊圈砸入孔內，用膨脹螺絲固定上緊。導水管穿過橡膠墊圈插入導水孔中，確保裂隙水沿導水管流出，導水管外無流水，否則重新定位打孔。全部導水管施工完畢后，觀察裂隙水基層上是否存在滴水、滲水和涌水等情況，若存在，增加定位設置導水管。3.1.3圍巖基層處理。采用切割機，沿裂隙開槽，使裂隙寬度不小于5mm~10mm，深度不小于5mm~10mm。利用風鎬設備，對基層進行鑿毛處理，清除松動碎石與碎屑；使用高壓水去除受噴面的巖粉，保證圍層和噴射混凝土連接，改善界面粘結力。3.1.4噴射混凝土制備。噴射混凝土施工工藝圖見圖4，采用HPS3016S噴射臺車進行施工。噴射混凝土為機械手噴射施工，設備應由熟練的噴射手操作；為降低回彈量，確保噴射混凝土質量，保持風壓穩定狀態，隨時進行調整，滿足噴頭處壓力0.1MPa左右，噴機風壓控制0.4MPa~0.5MPa。分段分塊進行噴射，自下而上，剛開始噴射時可將混凝土堆砌施工；噴射料束采用螺旋軌跡運動，一圈壓半圈，呈波形由下而上運動。噴射料束與受噴面的角度應控制在75°~105°，勿超出此范圍。混凝土一次噴射完成，噴射厚度控制在5cm~10cm，平均厚度8cm，且矢弦比不應大于1/6。噴射混凝土2h后，應進行噴水養護，養護時間為14d。噴射混凝土施工結束后，檢查其是否存在密實、平整，無裂縫、脫落、漏噴、空鼓及滲漏水現象；對于空鼓等缺陷區域，應敲掉重新施工。對已噴好混凝土面，進行觀察記錄，拍攝照片及錄相，并詳細記載其施工狀況，施工后狀況見圖5（a）。3.1.5導水管封堵。封堵材料選用博力康-GP101高性能聚氨酯灌漿料，采用SYB50-45-Ⅱ型液壓注漿機灌漿。檢查噴射混凝土止水加固效果，確保加固體質量良好，無滲漏狀況，即可準備灌漿。灌漿先選較低處及漏水量較大的灌漿嘴或接近水源的導水孔，灌漿壓力宜大于地下水壓力0.05MPa~0.1MPa。為使漿液擴散的范圍更大點，可適當提高壓力。灌到不再進漿時，應保持壓力穩定，以恒壓不吸漿為標準。按經驗在關閉閥門后，灌漿壓力再穩定保持5min~10min，作為結束標準。此時，應注意觀察壓力表，防止爆管注意安全。若在灌漿過程中，在灌孔相鄰導水管出現漏漿情況，可減少進漿速度或暫停進漿，待漏漿固化后，或采用其它措施后，盡可能短時間內恢復灌漿，以免縫內漿液凝固影響灌漿質量。待漿液凝固后，可將外露的灌漿嘴切除，并用噴射混凝土封填平整、密實、表面回復原狀，結果見圖5（b）。3.2施工質量控制。3.2.1噴混凝土質量控制。原材料各項性能指標應滿足相關規范要求，且按品質分類存儲；嚴格控制稱量偏差，水泥、外加劑、水稱量偏差±2%，粗細骨料±3%；施工前，核查相關施工機械工作狀況，噴射臺車應運行良好，灌漿機可穩定工作。按噴射混凝土配合比將砂石骨料、水泥與摻合料先干拌30s后，再加入水與減水劑，攪拌120s即得噴射素混凝土；噴射素混凝土工作性保持時間應為60min，入噴射臺車流動度應為180mm±20mm，嚴禁現場加水或減水劑調整流動度現象。噴射施工過程中，應根據凝結硬化速度，及時調控速凝劑用量，可加大速凝劑用量。噴射后，場地清理干凈，并用高壓水清掃受噴面，埋設厚度標志樁，標志樁間距為2mm~3mm。3.2.2導水管封堵質量控制。灌漿料一次配備數量，需以漿液的凝固時間及進漿速度來確定。灌漿機具、器具及管子在灌漿前應進行檢查，運行正常時方可使用。灌注結束后，應立即拆除管道并清潔干凈。注時應嚴密注視灌注機的工作壓力表，若超過額定壓力，應停機后再進行，若壓力仍居高不下，應檢查灌注針頭。灌漿時，操作泵人員應時刻注意漿液的灌入量，同時觀察壓力變化情況，一般壓力突然升高可能由于漿液凝固、管路堵塞或漿液注漿填充導水管，此時應立即停止灌注。灌注24h，確認不漏即可去掉或敲掉外露灌漿嘴。

4結語

噴射混凝土具有凝結硬化迅速，可在3min~10min內凝結硬化；早期強度發展速度快，3h抗壓強度可達到3.5MPa，適用于對凝結硬化效率要求高的場合，可在無壓或低壓裂隙水、圍巖滲水等狀況下，實現可靠的止水堵漏加固效果。施工過程中，應因地制宜，根據滲水狀況，制定施工工藝流程，調整噴射混凝土配合比，改善其凝結硬化進程，以實現對滲水狀況的及時處理，保障隧道等地下工程的施工質量與安全風險可控。

參考文獻

[1]王夢恕.中國鐵路、隧道與地下空間發展概況[J].隧道建設，2010，30（4）.

[2]《中國公路學報》編輯部.中國公路交通學術研究綜述[J].中國公路學報，2012，25（3）：2-50.

[3]李勇，郭帥，高建華，等.世界跨海橋梁隧道工程[C]//深圳市科協2005年年會,2005.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.噴射混凝土應用技術規程：JGJ/T372—2015[S].北京:中國建筑工業出版社，2016.

作者:趙志軒 趙爽 王偉 曾魯平 喬敏 韓斌 單位:江蘇蘇博特新材料股份有限公司