隧道喷射混凝土超耗分析及降耗措施

刘力

中国云南路建集团股份公司，云南省昆明市  650200

摘要：本文依托天峨至巴马高速公路拉隆村2号隧道为工程背景,通过对隧道初期支护喷射混凝土的超耗进行研究,总结喷混超耗的具体原因,确定解决超耗较高的最佳方式，并通过现场试验,理论研究等多方面控制,利用合理的光面爆破技术参数,控制隧道超挖,从而提高喷混凝土的使用率,降低浪费,节约成本。

关键词：隧道施工；混凝土；降耗；光面爆破

1、工程概况：

天巴高速公路拉隆村2号隧道位于凤山县砦牙乡拉隆村，西南向约50m，隧道区属岩溶峰丛洼地地貌，设计隧道为双洞分离式长隧道。左洞隧道起止桩号 ZK34+730～ZK36+580，设计长度为1850m，进、出口隧道路面设计高程分别为 586.06、618.77m，最大埋深约269.09m；右洞洞隧道起止桩号K34+740～K36+580，设计长度为1840m，进、出口隧道路面设计高程分别为586.38、618.94m，最大埋深约295.07m。属于小净距+分离式双向六车道隧道，隧道洞身围岩主要为中风化灰岩，中厚层状构造，岩石较坚硬，裂隙较发育—不发育，大部分岩体较破碎—较完整。洞身段围岩以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为主。暗洞采用复合式衬砌，初期支护采用喷锚支护，喷射混凝土采用湿喷工艺。

2、喷射混凝土超耗情况统计对比

根据施工过程数据分析及对比。拉隆村2号隧道自2021年4月6日进洞于2022年3月29日实现双幅全线贯通，设计喷射混凝土量为26000m³，实际施工消耗喷射混凝土为63800m³，超耗率为145%。喷射混凝土的超耗控制一直是隧道成本控制的关键,尤其对长大隧道来说,是一个隧道工程项目最终是否盈利控制的关键。

3、隧道喷射混凝土超耗原因分析

3.1，作业空间需要与隧道喷砼超耗的直接关系

使用钻臂7m多长的全液压凿岩台车打眼，需要工作空间25cm，这样打眼才能应用自如，最小不能小于15cm。即使用YT-28风钻打眼，右侧的油壶也需要占用空间，导致周边眼外插角增大。

3.2，预留变形量与隧道喷砼超耗的直接关系

3.2.1.断面的测量在施工队手中控制，为了避免立架时的施工误差，放大预留变形量。

3.2.2.未能根据实际监测的变形量来调整拱架尺寸，往往是按一个预留变形量施工到底。

3.2.3.现在欠厚处理很麻烦，导致大家管理心态发生变化，与其拆换，还不如超挖。预留变形量没有科学的管理办法。在隧道施工中，隧道超挖或者欠挖是不可避免的。一般来说，超挖是指实际开挖轮廓大于设计开挖轮廓，反之，欠挖是指实际开挖轮廓小于设计开挖轮廓。岩石隧道采用钻爆法施工，超欠挖不可避免，这对于隧道施工质量有重要影响。

3.2.4.预留沉降量不沉降，设计确定的预留沉降量是凭感觉及工程类比确定的，经常不会发生，但现场不敢随便动数据。

3.2.5. 大变形围岩因为反复拆换导致现场乱了阵脚，一味放大预留变形量，比如在碳质片岩、泥岩、盐岩等区段，最小断面放大系数都在30cm左右，这些数据变形不一定能消耗完，余下的空间只能衬砌填充。

3.3、回弹量与隧道喷砼超耗的直接关系

在拉隆村2号隧道喷射混凝土施工过程中，组织项目技术员及试验人员在喷射混凝土铺彩条布收集在喷砼过程中所回弹下的混凝土量，计算分析每次反复回弹量，经过不停的多个循环收集及计算分析，最终发现，回弹量在22%左右。

3.4、超挖、爆破与隧道喷砼超耗的直接关系

拉隆村2号隧道进口（右线）掌子面围岩等级Ⅳb、（左线）掌子面围岩等级Ⅲa，采用台阶法开挖，下台阶错开开挖，根据地勘资料与设计施工图纸信息，地层岩性以中风化灰岩为主，岩体完整性较破碎—较完整，饱和单轴抗压强度标准值57.93MPa，属于中硬岩。右线Ⅳb支护结构采用“超前钢管+复合式衬砌”，初支钢架采用I18钢拱架，纵向间距100cm；左线Ⅲa采用H12X15格栅钢架，纵向间距120cm。现实际循环进尺范围3.2—3.5m，立三榀拱架。根据现场实地勘察，已开挖段落围岩呈“灰岩夹黏性黄土”分布，围岩节理裂隙较发育，掌子面直立性较差，已施工段落，上台阶拱部超挖量约30cm—60cm。根据上述四种情况分析，隧道喷射混凝土超挖是主要因素。超挖主要原因分析：

3.4.1、围岩呈“土石混合分布”状态，力学性质各向异性程度较高，总体较为破碎，受爆破振动影响程度高。

3.4.2、拱部光爆层厚度及辅助眼（压炮眼）抵抗线过小，导致拱部药量过于集中，拱部围岩受爆破影响程度高，进一步提高了其松动性与破碎程度。

3.4.3、拱部周边眼药量偏多，宜调整为2节—2.5节，采用间隔装药。

3.4.4、周边眼实际平均眼间距局部大于50cm，加之围岩较破碎，一定程度上不利于超欠挖控制与光面爆破效果控制。

3.4.5、掌子面炮眼分布均衡度需进一步改进，确保循环进尺内，炸药单耗分布，更为均匀。

3.4.6、爆破效果并非炮眼越多越好，或越少越好，宜适量均衡。

3.4.7、拱部辅助眼宜采用下压打设，提高掘进进尺效果。

4、隧道喷砼降耗措施

4.1、加强人员培训，提高钻孔精度

提高钻孔精度是防止超欠挖的最重要措施,为了使超欠挖值限制在最小范围内,必须加强对司钻人员的培训,使他们熟练掌握钻孔技术,做到按操作细则、设计要求和布置的孔位施钻,确保达到规定的孔位、孔深、倾斜度等。采用台车钻孔要实行定人、定钻、定眼,保证钻臂推进器水平,推力均匀适当。同时要严格工序间的检查和监督,坚持按图验收,不合格的坚决重打,以提高总体劳动成效和管理水平。

4.2、时时动态控制预留变形量

断面动态控制是灵魂技术，吃透预留沉降量，用好测量班组。这些真是非常重要。这个测量和工班要合一，通过监控量测来调整预留变形量，在一定程度上能够减少混凝土超耗。

4.3、优化配合比减少回弹率

通过调整外加剂使混凝土实现和易性好、早高强的特点，使混凝土粘附力增强，喷射出的混凝土能够最大限度的粘附在受喷面上，从而减少回弹。在喷射混凝土中用5%～10%的粉煤灰替代水泥，现场试验证明添加粉煤灰的喷射混凝土能够减少约5%的回弹率。加强人员培训，提高钻孔精度。

4.4、对拉隆村2号隧道爆破参数设计：

4.4.1、本次初步取周边眼间距（E）50cm（围岩破碎程度较高时，可取平均眼间距45cm）周边眼最小抵抗线（V）取62.5cm，相对比E/V=0.8，实际施工过程中，V可取60cm。（见图一图三）

4.4.2、拱部辅助眼（压炮眼），根据经验，抵抗线（V）一般取值范围为70cm

-90cm，围岩较软或较破碎时宜取较大值，较硬时宜取较小值，辅助眼（压炮眼）眼间距一般为抵抗线（V）1.1—1.2倍。（见图一）

4.4.3、掏槽眼一般间距为50cm，间距取值较大，将影响掏槽效果，结合开挖台架结构设计，本次掏槽眼取65cm。（见图一）

4.4.4、掌子面炮眼布置需满足两个条件：第一、炮眼尽可能均衡布置；第二，炮眼位置宜尽可能位于内圈眼的弧度上，以提高各排掘进眼（左、右方向）爆破后，轮廓面平顺圆润程度。结合本工况自上而下各排眼间距取值为68cm、79cm、72cm、75cm，相对比E/V≈1.0—1.1

4.4.5、根据经验，且确保掌子面炮眼布置的对称性，底板眼间距取100cm。

4.4.6上台阶炮眼总数161个，初步总药量281.65kg，单耗0.85kg/m。（见图五）

5、倡导建议

鉴于现状隧道施工企业各项目喷射混凝土超耗情况普遍比较严重，而隧道超挖又成为隧道喷射混凝土超耗的主要原因，光面爆破好好利用后，隧道超挖得到明显控制，进而喷射混凝土也得到了相应的降低，建议在隧道施工过程中全面推行光面爆破施工。

1、优化每循环进尺，合理确定炮眼深度

炮眼深度的确定主要受隧道地质条件、施工组织能力、单循环作业时间、装碴机械及能力、工期及进度要求等的制约。深孔钻爆,虽然能获得较好的施工进度,但由于受钻孔倾斜率的影响,降低了炮眼利用率,增大了炸药消耗量,循环时间会加长,超挖值也会增大;减少炮眼深度就能减少外插角造成的超挖,如果炮眼深度由4m减少到2m,可以使平均超挖值减少50%。因此,无论是从超挖值还是从总体综合效应,在选择钻孔深度时要统筹考虑,优化每循环进尺,以获得最佳的施工进度和经济效益。

2、提高装药质量和爆破技术

超挖造成浪费,欠挖处理极为困难。隧道施工中,要充分运用光面爆破、预裂爆破和等差毫秒技术,精心进行钻爆设计,合理选择钻爆参数,提高装药质量。从实施光面爆破控制超欠挖出发,选择与岩石阻抗系数相匹配或相接近的炸药品种,周边眼可采用间隔装药方式,增加炮孔的线装药高度,改善爆渣块度,提高炮痕保存率。必要时可以采用红线爆破。

参考文献：

[1]《公路隧道施工技术规范》(JTG-T 3660—2020）

[2]《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》(JTG3370.1—2018）

[3]郭学彬，张继春，爆破工程[M]，人民交通出版社，2007

[4] 《铁路隧道工程施工安全技术规程》TB 10304-2009[S].北京：中国铁道出版社，2009