1 工程概况

　　成昆铁路某隧道地处金口河—新特克区间，全长14 085m，单洞双线。该隧道地质情况较复杂，最大埋深达1 810m，最大涌水量约80 000m³/d，不良地质为岩溶、岩堆、高地应力、危岩落石、高地温，无特殊岩土。岩性为板岩、千枚岩、变质砂岩。

　　2 隧道喷射混凝土超耗的主要影响因素

　　隧道喷射混凝土的超耗问题在各掌子面均不同程度存在，治理难度较大。经综合分析，其影响因素主要为线性超挖、喷射混凝土回弹、施工组织管理不到位3个方面。

　　2.1 线性超挖

　　1)测量放样掌子面施钻前，测量人员仅放样出开挖轮廓线和周边眼位置，内圈眼位置未标识，加之施钻工人钻孔随意，导致内圈眼形状不成轮廓，光爆层厚度不一，线性超挖不易控制。爆破后未及时测量开挖断面，不能对线性超挖和成本分析提供数据支撑。

　　2)钻孔作业尽管项目制定了钻爆图表，工人实际施钻时，周边眼间距控制不够严格，个别周边孔间距甚至达到60～70cm，远大于设计规定的40～50cm。由于开挖台架设计等原因，辅助眼不能形成平顺圆弧，对线性超挖控制不利。现场操作时，掏槽眼的角度控制也不够严格。由于操作空间的局限性和工人操作水平参差不齐，钻孔外插角普遍控制不够理想。周边眼距、钻杆外插角控制不好，造成钻孔眼底深浅不一，导致超欠挖严重^[1]。

　　3)装药与爆破周边孔单孔装药量凭炮工经验，操作时有时不按设计装药量装药。围岩较硬时，线装药密度甚至高达0.5～0.6kg/m，超出设计1倍。

　　周边孔未采取间隔装药，而是采取连续装药，直接造成隧道线性超挖较大;由于装药量控制不严格，有时出现“挂门帘”和底部“岩坎”现象。

　　炮孔未进行堵塞，不但浪费炸药，还影响隧道超挖的线性控制。

　　2.2 喷射混凝土回弹

　　2.2.1 主要原材料质量

　　喷射混凝土组成材料有水泥、砂、碎石、外加剂、水，其中对喷射混凝土回弹影响大的因素主要是速凝剂和机制砂。

　　1)速凝剂影响在喷射混凝土使用的所有原材料中，速凝剂本身质量对喷射混凝土回弹影响最大。速凝剂掺量和初、终凝时间以及与水泥的相容性都非常重要。原配合比采用的速凝剂初、终凝时间勉强达标，与水泥的适应性不强。

　　2)机制砂影响机制砂的质量对喷射混凝土的回弹影响也较大，原配合比机制砂细度模数3.2，偏粗，石粉含量3%～4%，偏少，混凝土拌合物工作性能有待改善。

　　2.2.2 配合比设计

　　原喷射混凝土配合比未掺加减水剂，工作性能不佳，现场存在加水现象，强度不理想。加上机制砂石粉含量低，喷射混凝土总体回弹量15%左右，造成材料浪费较严重。

　　2.2.3 混凝土拌合质量

　　拌合站对原材料管理不严，混仓现象时有发生。混凝土拌合不能做到每车检测拌合物性能，运到现场的混凝土存在工作性能不好、不能正常使用情况。

　　2.2.4 喷锚操作手水平

　　喷锚操作手的水平和责任心对喷射混凝土的回弹影响较大，湿喷作业中，由于环境较差，未严格执行作业流程和工艺要求分层、分片、对称作业，尤其是一次喷射厚度过大，造成喷射混凝土的回弹量大大增加。

　　2.3 组织管理不强

　　1)施工管理存在的问题项目部部门健全，但缺乏对线性超挖和喷射混凝土超耗专项治理的组织架构，缺乏对此项工作的重点关注。其主要表现在专项治理组织机构不健全、各方职责不清晰、奖罚未落实。

　　2)排险存在的问题不管机械排险还是局部的人工排险，都存在随意性。对于局部的软弱围岩，未认真采取控制措施，未加强此项工作的管理，造成线性超挖的局部扩大和喷射混凝土超耗。

　　3)预留变形量静态管理设计图纸根据隧道地质、围岩情况，考虑了一定的预留变形量，在实际施工过程中，施工人员为了方便未根据围岩量测结果进行动态调整，不但增加了喷射混凝土超耗，还带来二衬混凝土的超耗及其他后续施工问题。

　　4)技术交底落实不彻底尽管针对围岩、机械配置、工艺工法、钻爆方案进行了交底，但存在技术交底不够认真、落实不到位问题。例如，现场经常出现光爆孔间距与光爆层厚度之间的关系倒置现象。

　　3 隧道喷射混凝土超耗治理对策

　　3.1 控制线性超挖

　　隧道线性超挖对喷射混凝土的超耗影响最直接，需从测量放样、钻孔质量、装药结构和装药量、工艺几个方面加强控制。

　　3.1.1 加强测量工作

　　掌子面施钻前，采用隧道激光断面仪等确定开挖轮廓线和炮孔位置。采用红色油漆标出隧道中线、水平线、开挖轮廓线和逐个周边眼的准确孔位，为了确保光爆层厚度基本均匀，最好将内圈眼(临近周边眼的一圈辅助眼)准确标出孔位。项目测量人员负责本项工作，现场技术人员专人监督。

　　隧道断面测量采用全站仪或三维激光扫描仪对隧道开挖断面每循环测量1次，形成断面测量数据，对隧道超欠挖情况进行统计、分析，为优化隧道钻爆设计提供参考，为超欠挖考核管理和混凝土超耗分析提供依据。

　　3.1.2 控制钻孔质量

　　钻孔前，钻工要熟悉炮眼布置图，严格按钻爆设计施钻。特别是周边眼和掏槽眼的位置、间距及数量，不得随意改动。

　　钻孔作业应做到“准、直、齐”，即钻孔位置准确，炮孔沿着设计方向保证直线。

　　准确定位凿岩机钻杆，钻孔位置误差≤5cm，保持钻孔方向平行，严禁相互交错。周边眼钻孔外插角度控制:眼深3m时外插角<3°，两茬炮接口处台阶≤15cm。

　　钻孔顺序:周边眼、掏槽眼→临近周边眼的一圈辅助眼→剩余辅助眼→其他炮眼。

　　3.1.3 加强装药和爆破控制

　　周边眼药包采用间隔装药结构，现场用PVC管准确定位装药，利用导爆索串联。起爆雷管与导爆索连接时，注意方向性(聚能穴朝向)。周边眼现场使用水炮泥封堵孔口，堵塞长度30cm。炸药爆炸后，产生爆破粉尘和有毒有害气体^[2](一氧化碳等)。水的雾化作用和炮泥的堵塞降低爆破振动强度及烟尘含量^[3]。

　　掏槽孔、辅助孔(包括底孔)药卷必须装入炮孔孔底，药量随掌子面围岩的变化及时调整。掏槽孔、辅助孔(包括底孔)使用水炮泥进行封堵，堵塞长度应符合要求(水炮泥长0.3m时，堵塞3～4条)，炮泥应紧贴孔内药卷。

　　3.2 控制喷射混凝土回弹量

　　降低回弹量便于降低隧道空气中的粉尘率，可有效改善洞内作业环境，保证人员健康^[4]。

　　1)加强主要原材料质量控制本项目原使用的速凝剂总体效果不佳，更换了另一品牌。速凝剂初凝时间≤5min，而终凝时间≤10min^[5]，并侧重于水泥的匹配性试验。对自制机制砂改进生产后，控制机制砂细度模数2.8，石粉含量5%～7%，喷射混凝土回弹明显改观。选用粒径在15mm以下碎石作为粗骨料，不仅可保证喷射混凝土支护强度，还可降低喷射混凝土回弹量，避免喷射管道堵塞^[6]。

　　2)优化配合比设计实验室按配合比设计规范有关要求^[7]反复试验、调整配合比，最终选定C25喷射混凝土配合比如下:设计坍落度140～180mm，采用P·O42.5水泥、机制砂、5～10mm碎石、高效减水剂和速凝剂。经过现场实践，优化后的配合比工作性能得到提高，降低喷射混凝土回弹量，喷射混凝土强度得到进一步提高。

　　3)加强喷射混凝土材料质量控制加强拌合站的管理，确保进场原材料检测合格，延长混凝土搅拌时间，坍落度不满足要求不出站，试验人员每车混凝土都进行检测。

　　4)加强喷锚操作手水平首先要对喷射混凝土操作手进行喷射作业技术交底。需综合考虑喷射混凝土的喷射距离、喷射角度和速凝剂的添加问题，最大限度降低混凝土回弹率^[8]。

　　作业前，喷射混凝土操作手对安全阀、电源线、压力表、部件密封、喷枪水环、喷射用设备、速凝剂箱液面高度、压力控制器、系统风压表、受喷面进行重点检查^[9]。

　　喷射时喷嘴垂直于受喷岩面，倾斜角≤10°^[10]。喷射时要控制风压，如果风压过大，这种情况下喷射速度过快，造成的影响是骨料回弹量大，骨料增加回弹相对会加大混凝土回弹量。

　　受喷面被钢架、钢筋网遮挡时，变换喷嘴的喷射角度和与受喷面的距离，将钢架、钢筋网背后喷填密实^[11]。

　　3.3 加强现场组织管理

　　1)建立健全组织机构成立以项目经理为组长的隧道超欠挖及喷射混凝土超耗控制管理领导小组。项目总工程师为副组长，成员包括项目工程管理部、经济管理部、设备物资部等部门负责人及工区长。根据工作内容，明确各方职责。

　　2)加强奖罚考核现场开挖工班的责任心对钻孔质量影响很大，根据定人、定岗、定孔的实施效果，每一循环结束，专人检查，对每名开挖班工人实施奖罚。同时，项目部根据每月喷射混凝土超耗指标对施工劳务队进行奖罚;另外，对现场技术、测量、试验等人员按每月喷射混凝土超耗指标完成情况进行奖罚。

　　3)加强技术交底和预留变形量动态控制根据隧道地质条件、断面形式与大小、施工机具配置等情况选择科学、经济、合理的工艺工法，编制隧道光面(控制)爆破开挖支护施工方案，并逐级进行技术交底。对隧道预留变形量实行动态管理，及时根据监控量测结论调整隧道预留变形量。隧道预留变形量大小不但影响喷射混凝土用量，实行动态调整对后续施工特别是减少衬砌混凝土超耗有很大影响。

　　4)加强排险管理放炮结束后，有专人监督检查机械排险工作。要加强挖掘机驾驶员管理，特别针对软弱围岩，机械排险过程中会因为责任心、方法不当引起局部超挖的进一步扩大，带来喷射混凝土超耗的进一步增加。人工排险时也须控制，避免软弱围岩掉块。

　　5)循环进尺动态管理当隧道掌子面围岩局部较差时，周边眼布孔根据掌子面实际情况适当向内侧收5～15cm，并缩短循环进尺，减少因循环进尺大、外插角影响造成的超挖。

　　4 实施效果

　　4.1 线性超挖控制效果

　　经过几个月控制，隧道平均线性超挖由36.5cm降到13.4cm，如图1所示。

　　图1 平均线性超挖趋势  

　　4.2 喷射混凝土回弹量减少

　　各种原材料质量改进和喷射混凝土配合比调整后，总体喷射混凝土回弹量降至9%左右，喷射混凝土回弹量的减少节约工程成本、减少材料浪费。

　　4.3 组织管理能力提高

　　经过几个月，项目部开展喷射混凝土超耗专项治理活动，隧道超挖和喷射混凝土超耗得到很大改善，提高了大家的认识，鼓舞了士气，项目整体组织管理能力得到加强。

　　4.4 喷射混凝土超耗控制效果

　　通过控制隧道平均线性超挖、喷射混凝土回弹量及加强组织管理，经过3个多月的努力，隧道喷射混凝土超耗率由最初的约200%降至约90%，如图2所示。

　　图2 喷射混凝土超耗趋势  

　　5 结语

　　经过现场几个月努力，隧道超挖现象明显改观，喷射混凝土回弹量进一步降低，加上现场管理能力的加强，喷射混凝土超耗问题得到很大提高，对降低项目成本、提高经济和社会效益都产生积极影响。