淺談隧道施工噴砼超耗控制技術(shù)

淺談隧道施工噴砼超耗控制技術(shù)

【Keys】：隧道；噴砼；超耗控制；錨噴形成初期支護(hù)的技術(shù)以其施工簡便、支護(hù)及時(shí)，在隧道施工中得到廣泛運(yùn)用。根據(jù)其發(fā)展歷史，噴砼工藝主要有干噴、潮噴和濕噴三種。干噴和潮噴由于其回彈率高、粉塵含量大、對操作人員職業(yè)健康影響大等因素而限制了其發(fā)展，目前隧道工程的初期支護(hù)施工主要采用濕噴工藝。但無論采用哪種工藝，噴砼超耗問題是影響隧道工程施工成本的主要因素之一。超前支護(hù)對噴砼超耗的影響及控制措施在軟弱圍巖隧道中，由于圍巖自穩(wěn)能力差，開挖后圍巖的松弛變形發(fā)展極快，在實(shí)施初期支護(hù)前，圍巖就有坍塌的可能，造成超挖導(dǎo)致噴砼超耗增加，同時(shí)危及施工安全。因此都會采取插板法、管棚法、超前小導(dǎo)管法、水平旋噴法等超前預(yù)加固措施，使圍巖的自穩(wěn)能力得到改善或提高，從而保障隧道的施工安全，減少噴砼超耗。此處以常用的超前小導(dǎo)管支護(hù)為例分析超前支護(hù)對噴砼超耗控制的影響。超前小導(dǎo)管主要有兩個(gè)方面的作用，一是小導(dǎo)管自身的錨桿管棚加固；二是小導(dǎo)管作為注漿漿液通道，注入漿液對圍巖加固。兩個(gè)作用都是為了限制圍巖應(yīng)力釋放，加強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力，對控制圍巖的超挖有利，對噴砼超耗控制有利。加強(qiáng)超前小導(dǎo)管成形質(zhì)量超前小導(dǎo)管以靠近掌子面的鋼架和前方未開挖的部位巖體為支點(diǎn)，將前方不穩(wěn)定的巖塊或巖層穿連起來，在隧道環(huán)向上形成一道拱形承載殼。理論和實(shí)踐均表明，超前小導(dǎo)管在環(huán)向布置上越接近弧面，管間距越均勻，小導(dǎo)管穿連起來的這道拱形承載殼對限制圍巖應(yīng)力釋放，減少拱部巖體墜落導(dǎo)致的超挖越有效。在實(shí)際施工過程中，應(yīng)在靠近掌子面作為支點(diǎn)的鋼架上按設(shè)計(jì)間距標(biāo)記出鉆孔位置，嚴(yán)格按照布點(diǎn)鉆孔。同時(shí)在已施作段初支上標(biāo)記鉆孔孔位的對應(yīng)點(diǎn)，便于鉆孔過程隨時(shí)檢查鉆孔的傾斜度和方向，控制外插角控制在10~15°范圍，保障小導(dǎo)管按同一弧面布設(shè)。加強(qiáng)超前小導(dǎo)管注漿質(zhì)量漿液通過小導(dǎo)管滲透，擴(kuò)散到地層孔隙或裂隙中，對破碎圍巖經(jīng)行固結(jié)，這樣既可止水又可在工作面周圍形成一個(gè)地層自拱，同時(shí)管體又可起到超前錨桿的作用，從而達(dá)到提高圍巖自穩(wěn)能力，限制圍巖松弛脫落，達(dá)到限制超挖的效果。小導(dǎo)管注漿壓力是促使?jié){液在巖土層裂隙中擴(kuò)散的動力，必須有足夠的壓力克服巖內(nèi)天然水壓力和地層裂隙阻力才能使?jié){液充分?jǐn)U散固結(jié)松散巖體，因此注漿壓力一般控制在0.5~1.0Mpa。注漿量一般通過現(xiàn)場工藝性試驗(yàn)確定，也可以采用理論值指導(dǎo)施工，計(jì)算公式為：式中:Q為單管注漿量，單位為m3;S為小導(dǎo)管中心距離，單位為m;L為小導(dǎo)管有效長度，單位為m;擴(kuò)散半徑取(0.6～0.7)倍S;L為小導(dǎo)管長度；η巖體孔隙率%:Ⅱ類3%～5%，Ⅲ類硬巖3%～5%、軟巖2%～3%，Ⅳ類硬巖2%～3%，軟巖1%～2%。超前小導(dǎo)管預(yù)注漿，要注意如下幾個(gè)方面：注漿應(yīng)自下而上進(jìn)行，先注無滲水孔后注有滲水孔;當(dāng)注入量大，無法達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，則加大漿液濃度。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓或注漿量達(dá)設(shè)計(jì)值80%以上時(shí)可終止注漿。隧道爆破開挖應(yīng)在小導(dǎo)管注漿3h以后進(jìn)行，使注入漿液有效固結(jié)破碎巖體。控制爆破對噴砼超耗的影響及控制措施在鉆爆法施工中，隧道超欠挖現(xiàn)象不可避免，采用噴砼回填超挖，是噴砼超耗的主要原因。而影響超欠挖的因素主要有鉆孔精度、爆破技術(shù)、、施工測量、地質(zhì)條件變化等因素。對針對這些因素，主要的控制措施有；采用合理的爆破技術(shù)采取不同的爆破方法、爆破參數(shù)、爆破器材和裝藥方法均對超欠挖產(chǎn)生不同程度的影響。按“新奧法”原則施工，實(shí)行光面爆破或預(yù)裂爆破等控制爆破能最大限度地使開挖面符合設(shè)計(jì)輪廓線，同時(shí)減輕對圍巖的擾動，是控制超欠挖的有效方法。提高測量放線的精度控制超欠挖主要是控制好開挖輪廓線的精度。在測量放線應(yīng)滿足設(shè)計(jì)開挖輪廓尺寸的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮預(yù)留沉落量和變形量。中線和標(biāo)高的偏移，將使斷面輪廓線向一側(cè)偏移，造成開挖斷面一側(cè)超挖、一側(cè)欠挖，因此首先要保證中線和標(biāo)高的準(zhǔn)確。提高鉆孔精度在光面爆破中，鉆孔偏差產(chǎn)生的超挖量遠(yuǎn)大于其他因素產(chǎn)生的超挖量，提高鉆孔精度是減少隧道超欠挖的重要途徑之一。根據(jù)長期的工程實(shí)踐，可以采取以下方法提高鉆孔精度:必須對司鉆人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其按照爆破方案和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施鉆，保證滿足規(guī)定的孔位、孔深和傾斜角。并由技術(shù)熟練的人員負(fù)責(zé)周邊孔和掏槽孔的作業(yè)，在先鉆的孔內(nèi)插人導(dǎo)向管，依次作為基準(zhǔn)鉆其他炮孔。鉆周邊孔時(shí)，通過鉆孔位置少量內(nèi)移來減少外插角。依據(jù)測量放線人員在掌子面上畫的輪廓線，將鉆孔孔位定位在輪廓線內(nèi)側(cè)1~3cm，從而減小外插角帶來的不利影響。根據(jù)地質(zhì)條件和爆破效果進(jìn)行爆破參數(shù)調(diào)整在隧道施工中，圍巖地質(zhì)條件是不斷變化的，時(shí)常有軟弱夾層、溶洞等不良地質(zhì)情況出現(xiàn)。因此，爆破設(shè)計(jì)主要是采用經(jīng)驗(yàn)類法比，并結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)確定。周邊眼的間距和裝藥方式，是對超欠挖影響最大的因素之一。一般周邊眼的間距為35~45cm，軟巖取小值，硬質(zhì)巖取大值。裝藥采用間隔裝藥或采用紅繩爆破。為驗(yàn)證控制超欠挖效果，每茬炮后應(yīng)由地質(zhì)工程師認(rèn)真分析爆破效果，結(jié)合圍巖的變化情況，對鉆孔位置和角度、周邊孔的參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整。總的原則是：爆破后發(fā)現(xiàn)有較大超挖，無孔痕并在炮孔周圍可見爆破裂隙，這說明藥量偏高，需要調(diào)小用藥量。爆破后光爆孔出現(xiàn)凹面，說明抵抗線太小，應(yīng)適當(dāng)加大光爆層厚度;反之如出現(xiàn)凸面，說明光爆層過厚，應(yīng)適當(dāng)減小。爆破后孔口部分有半孔痕，其他部分出現(xiàn)破碎圈，這說明炸藥線分布過于集中或藕合系數(shù)選擇不當(dāng)，應(yīng)采取分散間隔裝藥。噴射混凝配合比對超耗的影響及控制措施良好的混凝土性能是減少噴砼回彈量的根本措施。配合比的參數(shù)對混凝土質(zhì)量及回彈率的影響為：灰骨比（即水泥與骨料之比）適宜的灰骨比為1:4~1:4.5之間。水泥過少，回彈量大，初期強(qiáng)度增長緩慢，水泥過多，硬化后的砼收縮也增加，影響砼后期強(qiáng)度的增長。水灰比水灰比是影響噴射砼強(qiáng)度的主要因素。經(jīng)測定，適宜的水灰比為0.4~0.5。在這一范圍內(nèi)，砼表面平整，呈水量光澤，回彈量減少。偏離這一范圍，回彈量明顯增大。一般來說，當(dāng)噴砼表面出現(xiàn)流淌、滑移、拉裂時(shí)，表明水灰比太大；若噴砼表面出現(xiàn)干斑、作業(yè)中粉塵大、回彈量增多時(shí)，則表明水灰比太小。速凝劑使用速凝劑的主要目的是使噴射砼速凝快硬，防止噴射砼因重力作用引起的脫落，增加回彈量。速凝劑選擇時(shí)，應(yīng)滿足初凝在3min以內(nèi)，終凝在12min以內(nèi)的條件。速凝劑的最佳摻量為水泥重量的2.5%~4%，而且通過試驗(yàn)得知，摻加速凝劑后，水灰比越大，速凝效果越差。噴砼施工工藝對超耗的影響及控制措施在施工過程中，影響噴砼超耗的主要因素是混凝土的回彈。主要控制手段有：風(fēng)壓控制實(shí)踐表明，風(fēng)壓過大或過小，都將導(dǎo)致回彈量增大。當(dāng)噴嘴處的風(fēng)壓穩(wěn)定在0.1~0.2Mpa范圍時(shí)，對回填量的控制最為有利。此時(shí)風(fēng)源風(fēng)壓穩(wěn)定在0.4~0.65Mpa范圍內(nèi)。噴砼角度控制在噴射平整的受噴面時(shí)，噴嘴應(yīng)與受噴面垂直，如噴砼射流不能與受噴面形成90°，將造成回彈量加大和密實(shí)度降低，砼強(qiáng)度下降。經(jīng)試驗(yàn)，得到回彈率與噴嘴角度的關(guān)系如圖：噴射距離控制噴砼距離過遠(yuǎn)或過近，都會使噴砼回彈率增加。當(dāng)風(fēng)壓適宜時(shí)，噴嘴與受噴面最佳距離一般為0.8~1.2m。通過試驗(yàn)，回彈率與噴射距離的關(guān)系為：一次噴砼厚度及間隔時(shí)間控制噴砼在終凝前的抗拉及粘結(jié)強(qiáng)度都很低，若一次噴砼過厚，砼的自重大于其與受噴面的粘結(jié)強(qiáng)度，即出現(xiàn)下墜和脫落，造成超耗增大。在剛開始作業(yè)時(shí)，噴砼與受噴面碰撞，粗骨料幾乎全被回彈，回彈率很大。當(dāng)噴射厚度達(dá)到5cm后，后續(xù)骨料逐漸嵌入，回彈才基本穩(wěn)定下來。而且不同方向的受噴部位，對噴砼的控制厚度也略有區(qū)別。一次噴砼最佳厚度噴射方向一次噴砼厚度（cm）備注向上（拱腰/拱頂）5~6水平（邊墻）7~10向下（仰拱）10~14影響不大結(jié)論:通過上面的因素分析和試驗(yàn)總結(jié)，可得到如下結(jié)論：超前支護(hù)以及超前預(yù)注漿的質(zhì)量卡控對提高軟弱圍巖自穩(wěn)能力有利，減少了開挖后因圍巖失穩(wěn)導(dǎo)致的超挖，降低因回彈導(dǎo)致的噴砼超耗。合理的爆破參數(shù)，