文朝维
【摘 要】：隧道施工中，喷砼的超耗问题，是制约隧道施工成本控制的主要原因，对初期支护的成型质量也有较大影响。本文通过对隧道初期支护成形前各工序的施工工艺及成型质量对喷砼超耗控制的影响，及应对措施进行了研究和总结，对隧道喷砼超耗控制具有很好的借鉴意义。
【关键词】：隧道；喷砼；超耗控制；
锚喷形成初期支护的技术以其施工简便、支护及时，在隧道施工中得到广泛运用。根据其发展历史，喷砼工艺主要有干喷、潮喷和湿喷三种。
干喷和潮喷由于其回弹率高、粉尘含量大、对操作人员职业健康影响大等因素而限制了其发展，目前隧道工程的初期支护施工主要采用湿喷工艺。但无论采用哪种工艺，喷砼超耗问题是影响隧道工程施工成本的主要因素之一。
1.超前支护对喷砼超耗的影响及控制措施
在软弱围岩隧道中，由于围岩自稳能力差，开挖后围岩的松弛变形发展极快，在实施初期支护前，围岩就有坍塌的可能，造成超挖导致喷砼超耗增加，同时危及施工安全。因此都会采取插板法、管棚法、超前小导管法、水平旋喷法等超前预加固措施，使围岩的自稳能力得到改善或提高，从而保障隧道的施工安全，减少喷砼超耗。此处以常用的超前小导管支护为例分析超前支护对喷砼超耗控制的影响。
超前小导管主要有两个方面的作用，一是小导管自身的锚杆管棚加固；二是小导管作为注浆浆液通道，注入浆液对围岩加固。两个作用都是为了限制围岩应力释放，加强围岩自稳能力，对控制围岩的超挖有利，对喷砼超耗控制有利。
1.1.加强超前小导管成形质量
超前小导管以靠近掌子面的钢架和前方未开挖的部位岩体为支点，将前方不稳定的岩块或岩层穿连起来，在隧道环向上形成一道拱形承载壳。
理论和实践均表明，超前小导管在环向布置上越接近弧面，管间距越均匀，小导管穿连起来的这道拱形承载壳对限制围岩应力释放，减少拱部岩体坠落导致的超挖越有效。
在实际施工过程中，应在靠近掌子面作为支点的钢架上按设计间距标记出钻孔位置，严格按照布点钻孔。同时在已施作段初支上标记钻孔孔位的对应点，便于钻孔过程随时检查钻孔的倾斜度和方向，控制外插角控制在10~15°范围，保障小导管按同一弧面布设。
1.2.加强超前小导管注浆质量
浆液通过小导管渗透，扩散到地层孔隙或裂隙中，对破碎围岩经行固结，这样既可止水又可在工作面周围形成一个地层自拱，同时管体又可起到超前锚杆的作用，从而达到提高围岩自稳能力，限制围岩松弛脱落，达到限制超挖的效果。
小导管注浆压力是促使浆液在岩土层裂隙中扩散的动力，必须有足够的压力克服岩内天然水压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散固结松散岩体，因此注浆压力一般控制在0.5~1.0Mpa。
注浆量一般通过现场工艺性试验确定，也可以采用理论值指导施工，计算公式为：
式中:Q为单管注浆量，单位为m3;S为小导管中心距离，单位为m;L为小导管有效长度，单位为m;扩散半径取(0.6～0.7)倍S;L为小导管长度；η岩体孔隙率%:Ⅱ类3%～5%，Ⅲ类硬岩3%～5%、软岩2%～3%，Ⅳ类硬岩2%～3%，软岩1%～2%。
超前小导管预注浆，要注意如下几个方面：
1)注浆应自下而上进行，先注无渗水孔后注有渗水孔;
2)当注入量大，无法达到设计压力时，则加大浆液浓度。当注浆压力达到设计终压或注浆量达设计值80%以上时可终止注浆。
3)隧道爆破开挖应在小导管注浆3h以后进行，使注入浆液有效固结破碎岩体。
2.控制爆破对喷砼超耗的影响及控制措施
在钻爆法施工中，隧道超欠挖现象不可避免，采用喷砼回填超挖，是喷砼超耗的主要原因。而影响超欠挖的因素主要有钻孔精度、爆破技术、、施工测量、地质条件变化等因素。对针对这些因素，主要的控制措施有；
2.1.采用合理的爆破技术
采取不同的爆破方法、爆破参数、爆破器材和装药方法均对超欠挖产生不同程度的影响。按“新奥法”原则施工，实行光面爆破或预裂爆破等控制爆破能最大限度地使开挖面符合设计轮廓线，同时减轻对围岩的扰动，是控制超欠挖的有效方法。
2.2.提高测量放线的精度
控制超欠挖主要是控制好开挖轮廓线的精度。在测量放线应满足设计开挖轮廓尺寸的基础上，同时考虑预留沉落量和变形量。
中线和标高的偏移，将使断面轮廓线向一侧偏移，造成开挖断面一侧超挖、一侧欠挖，因此首先要保证中线和标高的准确。
2.3.提高钻孔精度
在光面爆破中，钻孔偏差产生的超挖量远大于其他因素产生的超挖量，提高钻孔精度是减少隧道超欠挖的重要途径之一。根据长期的工程实践，可以采取以下方法提高钻孔精度:
1)必须对司钻人员进行培训，使其按照爆破方案和设计要求进行施钻，保证满足规定的孔位、孔深和倾斜角。并由技术熟练的人员负责周边孔和掏槽孔的作业，在先钻的孔内插人导向管，依次作为基准钻其他炮孔。
2)钻周边孔时，通过钻孔位置少量内移来减少外插角。依据测量放线人员在掌子面上画的轮廓线，将钻孔孔位定位在轮廓线内侧1~3cm，从而减小外插角带来的不利影响。
2.4.根据地质条件和爆破效果进行爆破参数调整
在隧道施工中，围岩地质条件是不断变化的，时常有软弱夹层、溶洞等不良地质情况出现。因此，爆破设计主要是采用经验类法比，并结合现场试验确定。
周边眼的间距和装药方式，是对超欠挖影响最大的因素之一。一般周边眼的间距为35~45cm，软岩取小值，硬质岩取大值。装药采用间隔装药或采用红绳爆破。
为验证控制超欠挖效果，每茬炮后应由地质工程师认真分析爆破效果，结合围岩的变化情况，对钻孔位置和角度、周边孔的参数等进行调整。总的原则是：
1)爆破后发现有较大超挖，无孔痕并在炮孔周围可见爆破裂隙，这说明药量偏高，需要调小用药量。
2)爆破后光爆孔出现凹面，说明抵抗线太小，应适当加大光爆层厚度;反之如出现凸面，说明光爆层过厚，应适当减小。
3)爆破后孔口部分有半孔痕，其他部分出现破碎圈，这说明炸药线分布过于集中或藕合系数选择不当，应采取分散间隔装药。
3.喷射混凝配合比对超耗的影响及控制措施
良好的混凝土性能是减少喷砼回弹量的根本措施。配合比的参数对混凝土质量及回弹率的影响为：
3.1.灰骨比（即水泥与骨料之比）
适宜的灰骨比为1:4~1:4.5之间。水泥过少，回弹量大，初期强度增长缓慢，水泥过多，硬化后的砼收缩也增加，影响砼后期强度的增长。
3.2.水灰比
水灰比是影响喷射砼强度的主要因素。经测定，适宜的水灰比为0.4~0.5。在这一范围内，砼表面平整，呈水量光泽，回弹量减少。偏离这一范围，回弹量明显增大。
一般来说，当喷砼表面出现流淌、滑移、拉裂时，表明水灰比太大；若喷砼表面出现干斑、作业中粉尘大、回弹量增多时，则表明水灰比太小。
3.3.速凝剂
使用速凝剂的主要目的是使喷射砼速凝快硬，防止喷射砼因重力作用引起的脱落，增加回弹量。速凝剂选择时，应满足初凝在3min以内，终凝在12min以内的条件。速凝剂的最佳掺量为水泥重量的2.5%~4%，而且通过试验得知，掺加速凝剂后，水灰比越大，速凝效果越差。
4.喷砼施工工艺对超耗的影响及控制措施
在施工过程中，影响喷砼超耗的主要因素是混凝土的回弹。主要控制手段有：
4.1.风压控制
实践表明，风压过大或过小，都将导致回弹量增大。当喷嘴处的风压稳定在0.1~0.2Mpa范围时，对回填量的控制最为有利。此时风源风压稳定在0.4~0.65Mpa范围内。
4.2.喷砼角度控制
在喷射平整的受喷面时，喷嘴应与受喷面垂直，如喷砼射流不能与受喷面形成90°，将造成回弹量加大和密实度降低，砼强度下降。经试验，得到回弹率与喷嘴角度的关系如图：
.png)
4.4.一次喷砼厚度及间隔时间控制
喷砼在终凝前的抗拉及粘结强度都很低，若一次喷砼过厚，砼的自重大于其与受喷面的粘结强度，即出现下坠和脱落，造成超耗增大。
在刚开始作业时，喷砼与受喷面碰撞，粗骨料几乎全被回弹，回弹率很大。当喷射厚度达到5cm后，后续骨料逐渐嵌入，回弹才基本稳定下来。而且不同方向的受喷部位，对喷砼的控制厚度也略有区别。
.png)
5.结论:
通过上面的因素分析和试验总结，可得到如下结论：
1)超前支护以及超前预注浆的质量卡控对提高软弱围岩自稳能力有利，减少了开挖后因围岩失稳导致的超挖，降低因回弹导致的喷砼超耗。
2)合理的爆破参数，是降低喷砼超耗的主要手段。
3)合理的配合比，通过加快凝结速度，增强混凝土粘结力，降低喷砼回弹率，是降低喷砼超耗的保障性措施。
4)采取合理的喷砼风压、喷射角度、喷砼厚度及顺序，从工艺上降低喷砼回弹率，是降低喷砼超耗的关键手段。
参考文献：
1.张凤爱，《浅谈对隧道超前小导管注浆的质量管理》
2.何华，《喷砼技术在任胡岭隧道的应用与控制研究》