隧道施工过程中如何降低喷射混凝土回弹率

摘要：目前喷射混凝土在隧道施工中广泛使用，但施工中回弹率普遍较大，不但原材料浪费大 ，而且过大的回弹率使施工现场空气中粉尘含量过高，严重威胁到施工人员的健康和安全，本文结合贾家店隧道施工，论述如何运用PDCA循环来降低喷射混凝土的回弹率，提高经济效益，保障职工健康。
关键词：PDCA循环 喷射混凝土 回弹率
1.1工程概况
本标段共布设隧道1608m/2座（单洞），为分离式短隧道。贾家店1#隧道左线起讫桩号ZK33+682~ZK33+992，长310m，右线起讫桩号K33+664~K33+994，长330m；贾家店2#隧道左线起讫桩号ZK34+066~ZK34+536，长470m，右线起讫桩号K34+058~K34+556，长498m。
1.2隧道围岩分段工程地质特征
隧道围岩较为单一，由白垩系砂岩、砾岩组成，进、出口段为强风化-中风化，表部分布薄层残破积松散碎石土，岩石风化强烈，结构较为破碎，围岩稳定性较差。隧道洞身围岩以中-微风化为主，围岩稳定性较好。
1.3设计及衬砌类型
1.3.1 内轮廓设计
隧道内轮廓设计以建筑限界为基础，综合考虑路面超高、衬砌结构受力特点、通风照明及消防设施布置空间、沟槽尺寸及隧道内装等拟定断面形式以及具体参数；隧道主洞内轮廓采用受力条件好的三心圆形式，拱部圆弧半径R=543cm，边墙部圆弧半径R=793cm。为了尽可能缩小内轮廓断面，采用隧道拱部圆弧圆心隧道路边横坡变化的方式。
1.3.1明洞衬砌设计
隧道明洞段采用明挖法施工，整体模筑衬砌结构；明洞临时边仰坡采用喷锚防护，喷锚防护采用喷射混凝土+锚杆+钢筋网的复合防护形式。
1.3.2衬砌结构设计
本区段各隧道洞身采用新奥法原理进行设计、施工；洞身围岩采用爆破结合机械的开挖方式，开挖采用光面爆破；隧道支护采用复合式衬砌结构即初期支护+二次衬砌的形式。
初期支护采用喷射混凝土+系统锚杆+钢筋网+型钢支撑（格栅钢架）的综合防护系统；允许并限制围岩的变形、充分发挥围岩的自承能力，减少支护结构的尺寸和支护材料用量。喷射混凝土采用C25湿喷混凝土，在隧道拱部、边墙部及仰拱（部分区段）全断面施作，采用分层施工工艺。依据不同的围岩级别，分别采用R27中空注浆锚杆和Φ25、Φ22砂浆锚杆，在全断面或局部设置。钢架采用工字钢钢架和矩形格栅钢架；钢筋网采用Φ8、Φ6钢筋，方格网型布置，依据围岩级别采用双层或单层结构。
二次衬砌采用整体模筑混凝土结构，衬砌采用C25抗渗混凝土，其抗渗等级不低于S8；在隧道内V级以及IV级围岩区段采用带仰拱二次衬砌结构，使衬砌结构封闭成环、增强二衬整体性、提高抗侧压性能；洞内V级围岩区段、IV级围岩浅埋区段及车行横通道的交叉口采用钢筋混凝土结构，以有效提高衬砌抗弯、抗拉性能。隧道衬砌支护参数主要结合以前的工程实例通过工程类比进行拟定，同时利用有限元软件进行分析、验证。
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1.4 PDCA循环
PDCA循环是全面质量管理的思想方法和工作步骤，是由美国的“统计质量控制之父”休哈特所提出的，但是由于美国人戴明博士将之采纳、宣传（尤其是在日本），使得这个循环得以普及，所以也被称为“戴明环”。P是计划，D是实施，C是检查，A是处理。
第一阶段是计划，包括方针、目标、活动计划、管理项目等。
第二阶段是实施，即按照计划的要求去干。
第三阶段是检查，检查是否按规定的要求去干，哪些干对了，哪些没有干对，哪些有效果，哪些没有效果，并找出异常情况的原因。
第四阶段是处理。就是说，要把成功的经验肯定下来，变成标准。以后就按照这个标准去做。失败的教训也要加以总结，使它成为标准，防止以后再发生。没有解决的遗留问题反映到下一个循环中去。
2.1计划阶段（P）
2.1.1现状
(1)喷射混凝土是目前国内隧道施工的主要工艺，应用广泛，但回弹率普遍过高。(2)回弹率过高不但造成了原材料的极大浪费，增大了施工成本，而且过大的回弹率使施工现场空气中粉尘含量过高，严重威胁到施工人员的健康安全。(3)回弹率过高直接延长了喷射混凝土的工作时间，延长了喷射时间，影响了施工进度。
2.1.2原因分析
材料浪费大；其次是粉尘污染大，对施工人员身体健康造成了极大伤害。影响混凝土回弹量的原因进行了分析，经整理后见图1：
图一

2.1.3制定对策

1 质量意识 加强教育 质量在我心中
2 技术水平 交流指导 锻炼、提高
3 粗集料级配不均匀 重新确定 减少回弹，保证混凝土强度
4 中、粗砂细度模数过大或过小 重新确定 减少回弹，保证混凝土强度
5 速凝剂掺量不稳定 重新确定 试验出合适合适掺量
6 速凝剂初凝时间较长 通过对比试验 选择早强性速凝剂
7 喷射砼配合比不合理 重新确定 试验出合适配合比
8 喷射分段长度太长 对比试验 找出适宜长度
9 喷射顺序无章法 严格把关 多快好省
10 一次混凝土喷射厚度及间隔时间随意 对比试验 减少回弹和灰尘，保证混凝土强度
11 喷嘴与受喷岩面的距离、角度未掌握好 严格把关 找出合适方案
12 空压与水压未控制好 根据输料管长度调整风压 回弹量及粉尘最少
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2.2实施阶段（D）
2.2.1提高思想意识
(1)提高思想意识，加强责任心
进一步强调职业健康卫生，以改善施工场所环境、保护工人身体健康和增强自我保护意识为目的；系统的分析，积极地引导，使工人从思想上意识到其他工序（比如开挖时超挖过大）对喷砼带来的影响，以及循环施工的整体经济性，由此从根本上进行原材料的控制，以降低成本费用，增加效益。
(2)明确目标，加大奖罚力度
开展劳动竞赛，让工人有明确的目标，并设定目标达成后的奖励措施，目标的设定应该要具备“可达成性”。项目部的质检人员要从严把关，要一切以质量、进度为中心。对质量好、进度快的施工班组进行奖励，对质量差的进度缓慢的施工班组队要进行处罚。
2.2.2教育与培训，下达作业指导书
由项目部建立学习交流机制，对施工的具体的操作人员进行培训考核，对施工队要不断的提供技术指导与帮助，加强交流并及时反馈改进情况。具体需要改进的方面有：原材料的控制、工艺参数的选择、施工操作的规范化及熟练程度 。由工程部及试验室，对各项控制数据、施工工艺、具体施工对策等进行作业指导，下达作业指导书。
（1）原材料的控制
为了提高喷砼的施工质量，原材料的选择原则为既能满足工程要求，又能符合经济效益，具体措施是：
Ⅰ、水泥型号选用甘肃祁连山P.O42.5。
Ⅱ、粗集料采用连续级配、坚硬耐久的碎石，最大粒径不大于10.0mm，其压碎值≦16%，针片状颗粒含量≦25%，含泥量≦2.0%。
Ⅲ、细集料采用连续级配、坚硬耐久、颗粒洁净、粒径小于4.75mm的河砂，细度模数大于2.5，其含泥量≦5.0%。
Ⅳ、速凝剂采用山西黄腾AJ速凝剂，根据水泥品种、水灰比等混凝土试验选择掺量，使用前做好速凝效果试验，力求满足初凝不大于5min，终凝不大于10min。
Ⅴ、喷射混凝土混合料随拌随喷，严禁把回弹物重新用作喷射混凝土材料。
由物设部协同试验室严格检验，对不符合设计要求的材料一律不准进场使用，对已进场的要坚决予以清除出场。
（2）工艺参数的选择及确定
首先查阅有关技术资料，熟悉工艺流程，见图2：

图2 喷射混凝土施工工艺流程框图

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选择并初步确定有关工艺参数。为解决喷射砼时的回弹和粉尘问题，这里主要从下面所列的几个方面来解决：
Ⅰ、喷射作业分段、分片依次进行，喷射顺序自下而上进行，每次作业区段纵向长度不超过6m。
Ⅱ、一次喷射厚度根据设计厚度和喷射部位确定，初喷厚度为40~60mm。复喷一次喷射厚度拱顶不大于100mm、边墙不大于150mm。首层喷混凝土时，着重填平补齐，将小的凹坑喷圆顺。岩面有严重坑洼处采用锚杆吊模模喷混凝土处理；喷射作业以适当厚度分层进行，后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行。对终凝后间隔1h以上且初喷表面已蒙上粉尘的受喷面，用高压水清洗干净。
Ⅲ、喷射混凝土作业时喷嘴垂直岩面；喷嘴距岩面距离0.6~1.2m，喷射料束与受喷面垂线成5~15夹角；喷射时，使喷射料束螺旋形运动；喷射机工作压力控制在0.1~0.15MPa。
2.3检查阶段（C）
针对可能影响喷射混凝土回弹的因素，采取对应的改进措施，通过对改进后的回弹量做抽样检查，并对所采集的回弹数据进行统计分析，大部分数据点在目标范围内变化，只有个别数据超出，但这只是偶然因素，喷射混凝土施工过程没有异常情况，达到了我们预定的目标。
2.4总结阶段（A）
经过相关人员的的共同努力，我们从影响喷混凝土回弹率的关键因素入手，不断的探讨、现场试验，逐一进行解决，确定了喷砼施工的参数的控制范围，达到了预期的效果，实现了良好的经济效益，通过PDCA循环我们有以下几点收获：
Ⅰ、节约了大量的材料,创造了十分可观的经济效益
Ⅱ、使隧道内的空气质量有了进一步改善，为作业人员创造了良好的作业环境；
Ⅲ、现场具体的操作人员的质量意识,技术水平和熟练程度都在很大的程度上决定着施工质量。
Ⅳ、通过一系列对工人的引导、对话交流、教育培训等富有成效的活动，可以大大的提高施工工人的基本素质、技能和积极性，改善了管理人员与直接施工人员之间的关系，这对于一个企业的发展是非常重要的。
3、结束语
工艺的改进是一个长期的过程，积极寻求更合理、更经济的生产工艺，并将其纳入标准工艺文件，通过运用PDCA循环成功的达到了降低喷射混凝土的回弹，改善工人施工作业环境的目标，创造了较好的效益。