辅助洞西端施工技术及难点分析

3.1　岩爆防治施工技术

3.1.1　岩爆分级

从岩爆强度看，辅助洞西端两洞均以轻微—中等为主，其中轻微岩爆占岩爆洞段的19.7%，中等岩爆占57.5%，强岩爆仅占17.0%，极强岩爆占5.8%，岩爆一直困扰着隧洞的施工安全，施工过程中好几处的强—极强岩爆造成了严重危害，耗费了大量人力物力，严重影响了施工进度。

岩爆按烈度大小主要分为：轻微岩爆、中等岩爆、强岩爆和极强岩爆四种，具体划分见表1。

表1　辅助洞岩爆烈度分级

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3.1.2　岩爆发生的特征规律分析

虽然岩爆的发生主要由地应力和岩性两个因素决定，但受岩体完整性的影响，岩爆发生的部位、强度、表现形式是有明显差异的。就辅助洞而言，东西端也各有其特点。

经过统计，辅助洞西端岩爆发生规律如下：

（1）辅助洞西端岩爆发生在860～2375 m埋深洞段，并且岩爆强度有随埋深增加而逐渐增大的趋势，频率也随之上升，Ⅲ、Ⅳ级岩爆均分布在2000m以上的高埋深洞段。

（2）岩石越致密坚硬、性脆、完整性好、干燥无水或少水，岩爆发生的概率越高。在上述基本地质条件基础上，Ⅰ、Ⅱ级岩爆均发生在岩石单轴抗压强度在59.2～71.5 MPa的中细粒结构变质砂岩和中—细晶结构白云质大理岩层，而Ⅲ、Ⅳ级岩爆均发生在岩石单轴抗压强度达80～160 MPa的高强度细晶结构白云质大理岩层。

（3）在软硬岩层及裂隙密集带（含断层）与整体性较好的岩层变换带附近是岩爆的多发区（岩相变化），有时在富水进入无水的界面也容易发生岩爆。

（4）在与渗水裂隙带相邻的完整岩石也常发生Ⅰ～Ⅱ级岩爆。

（5）岩爆活跃期一般在爆破后2～5h最频繁，Ⅳ级岩爆活跃期达5～20h，间歇持续数天至10余天。

（6）掌子面钻孔、锚杆孔可诱发岩爆，此类情况在辅助洞时有发生。

（7）掌子面正面岩爆诱发掌子面后方洞段发生岩爆。此种情况为，在辅助洞进入K9+000后，在开挖过程中未发生岩爆，而是在掌子面掘进过后一段距离，出现两种情况：①掌子面岩爆诱发后方洞段岩爆与坍塌；②滞后几天后，在掌子面后方洞段发生岩爆或坍塌。

（8）岩爆一般发生在距掌子面2倍洞径的范围。辅助洞在6～12m、Ⅳ级岩爆在20 m范围以内洞段均有可能发生。

（9）岩爆多集中在洞室左侧起拱线以上和右侧边墙发生，Ⅲ、Ⅳ级岩爆还波及底板和边墙。

（10）Ⅰ、Ⅱ级岩爆破坏方式主要为片板状剥落或弹射，少量呈穹状爆裂。单块厚0.05～0.15m，个别达0.2～0.3m，破裂面较平直、粗糙、呈平行条纹，有的呈锅底状，以扁平状块体为多；Ⅲ、Ⅳ级岩爆破坏方式除初发生表层有箔板状弹射外，往深部发展时主要为板块状爆裂、劈裂崩落，单块厚0.1～0.8m，最大块达0.8m×1.5m×3.2m，多呈板块状、弯曲鼓拆、楔形爆裂，边缘参差不齐或呈梯状断裂，爆坑深一般1～3m，最深达5m。

3.1.3　岩爆防治措施

（1）总体预防治理原则。对开挖面前方的围岩特性、地质状况，以及是否存在断层、断层破碎带和水文地质情况等进行预测、预报，根据预测和预报结果进行归纳分析和判断，当预测有较强烈的岩爆发生的可能性时，及时研究施工对策，做好施工前的必要准备。高地应力条件下岩爆的防治针对不同的岩爆等级及地质条件可采用不同的处理方法。其中岩石表面洒水软化围岩法常用于轻微岩爆且围岩吸水性较强的情况，而钻孔应力解除法和钻孔注水法常用于中强岩爆情况，超前钻孔爆破应力解除法常用于强岩爆情况。

预测和预报采用以下方法进行综合运用：以超前探孔为主，辅以地震波、电磁波、钻速测试及微震检测等手段；开挖面及其附近的观察预报，通过对地质的观察、素描，分析岩石的动态特性，主要包括岩体内部发出的各种声响和局部岩体表面的剥落等。

锦屏辅助洞西端采取的主要是两种手段：一是以防为主的方案：改善围岩物理力学性质、应力解除、调整作业、待避等；二是以治为主的加固围岩方案：包括采用喷射混凝土、锚网、超前支护、格栅钢架等加固措施。具体防治措施见表2。

表2　辅助洞岩爆防治措施

续表

（2）预防岩爆手段。

1）控制爆破光爆效果。实践证明，实施好光面或预裂爆破，控制周边轮廓平整圆顺，是避免应力集中，减轻岩爆发生程度的最为有效的方法。施工过程中要正确掌握掌子面围岩的特性，调整爆破参数，尤其是光爆参数不能千篇一律，过程中可采用加密钻孔，间隔一个孔进行装药等，并保证钻孔精度，提高半孔保存率，通常孔间距在30～35cm。周边孔的装药量经现场试验调整，一般控制在200g/m3以内。

强岩爆洞段，必须严格控制掘进孔深度并与掌子面的锚杆长度使用相匹配，孔深不大于2m，掌子面锚杆长度4m。

严格控制装药量，尽量减少爆破对周边围岩的扰动，以提高围岩的完整性。控制好内圈和周边孔的装药量尤为重要，并控制好同段起爆的炮孔数，有利降低爆破对围岩的扰动。通常到外圈2～3排孔已用到较高的段位，因此仅需安排好起爆顺序。对同段起爆的炮孔可不作具体限制，但原则上以不超过10个孔为宜。

2）软化、降低围岩强度。在岩爆洞段施工中，对围岩表面采用喷水的方法，以利于应力释放和调整；采用向围岩高压注水的方法，使地层湿润塑化消压，此方法的效果与围岩本身的吸水性有很大关系。

3）应力释放孔。对于中等及以上强度的岩爆，在钻爆破孔前可根据岩爆可能发生的部位，通过在洞壁钻孔释放出部分应力是一种岩爆控制的常用方法，其作用机理是通过钻孔后孔的变形对洞壁围岩切向应力起到释放作用。其岩爆控制作用的大小与钻孔直径、长度及间距密切相关，不同钻孔直径的应力释放率的计算统计见表3。

表3　应力释放率计算统计表

图2为钻孔前后围岩内的最大主应力（隧洞周边切向应力）分布图。可以看出，与钻孔前比较，钻孔后围岩中的最大主应力发生了变化，隧洞周边的最大主应力都减少了，即钻孔后围岩应力得到释放，降低了岩爆发生的风险。为比较钻孔前后围岩内的最大主应力分布，在每两相邻钻孔之间设置了一根从洞壁开始、长10m的监测线。图3和图4分别为钻孔直径为150mm、钻孔间距为2 m时拱顶、拱腰和边墙处钻孔前后围岩内的最大主应力（隧洞周边切向应力）分布图。从图中可看出：与钻孔前相比，钻孔后隧洞周边切向应力都减少了，而离隧洞周边一定距离后围岩内的最大主应力增加了。这说明钻孔后围岩内的最大主应力发生了转移，从隧洞周边向内部围岩转移。

图2　钻孔前后围岩内最大主应力分布

图3　钻孔前后拱腰围岩内最大主应力分布

图4　钻孔前后边墙围岩内最大主应力分布

4）爆破法应力解除。强岩爆条件下，光靠洞壁钻孔并不能满足岩爆控制的要求。为更有效地使围岩内的应力得到释放，常采用超前钻斜孔爆破应力释放法（又称超前应力解除爆破法）。该方法的基本原理是在高应力区布置爆破孔并进行超前爆破，通过在岩体中产生一定数量的破裂来降低岩体的完整性和能量积聚能力，并以此解除已经积聚的能量，减弱甚至消除岩爆的危害。

应力解除爆破的实际操作有困难，需结合工程施工经验，不断试验修正爆破参数。锦屏辅助洞西端在对掌子面进行超前应力解除爆破设计时遵循以下原则：

a.在确定释放范围时，应该考虑天然岩体结构面的影响，宜采用离散单元程序对应力解除爆破设计参数进行优化。

b.应力爆破孔深宜为循环进尺的2倍，装药量大致为孔深的1～1.5倍。

c.应力孔间距1.8～2m，离周边距离一般为1～1.5m，靠周边孔外插角控制在5°～25°。

d.解除孔先于主爆破孔爆破，提前至少75ms。

应力解除爆破方案为：

a）九孔超前应力解除爆破方案。图5为九孔超前应力解除方案布置图，多应用于中等岩爆区应力解除。单循环进尺控制在2.5m以内；爆破应力释放孔打孔深度为4.5m，各孔向上倾斜5°；每孔装药φ32×10，装药量为200g×10=2 kg，装药后用炮泥填严实；爆破应力释放孔先于掌子面其他孔起爆。

九孔超前应力解除爆破主要针对掌子面的岩爆，同时对两边墙以及拱部的岩爆起到一定的抑制作用。该方案将开挖进尺控制在2.5m，应力解除爆破孔孔深4.5m，爆破后可在掌子面形成约2m厚的无应力缓冲岩盘，可有效抵抗掌子面深层岩爆冲击。

图5　九孔超前应力解除方案布置图（单位：cm）

b）十四孔超前应力解除爆破方案。图6为十四孔超前应力解除方案布置图，多应用于强岩爆区应力解除。1#～10#孔向上斜15°，1#、4#孔向边墙外侧偏15°，11#～14#孔向边墙外侧偏25°、向上偏12°；1#～10#孔打孔深度为4.8m，11#～14#孔打孔深度为4m；1#～10#孔装药量为φ32×10+φ25×12=3.2 kg，11#～14#孔装药量为φ32×7=1.4 kg；每个爆破应力释放孔均用锚固剂堵孔1m；所有爆破应力释放孔均1段起爆。应力解除爆破孔1#～10#孔主要针对掌子面的岩爆，孔深为5m，开挖进尺为2.5m，爆破后可在掌子面形成约2.5m厚的无应力缓冲岩盘，可有效地抵抗掌子面深层岩爆冲击；11#～14#孔和1#～4#孔主要针对两边墙以及拱部的岩爆，爆破后可在起拱线以上的周边形成一圈约1.5m厚的无应力缓冲岩盘，后序支护完成前可有效地抵抗周边深层岩爆的冲击。其中11#～14#孔位置在起拱线部位，由于该部位应力最容易集中，且岩爆最频繁，此处应力解除爆破孔的打孔方向和装药量对控制周边岩爆的发生起到至关重要的作用。

图6　十四孔超前应力解除方案布置图（单位：cm）

5）快速支护法。根据新奥法原理和既有工程经验，及时施设支护结构是隧道施工的重要环节。结合辅助洞岩爆规律和岩爆防治措施力学机理分析不难发现，及时封闭岩面，对围岩提供足够的径向应力，是岩爆防治的关键。

隧洞开挖后及时加强锚喷支护是控制高地应力条件下岩爆的有效措施。该办法不同于钻孔应力释放法那样让围岩周边切向应力得到提前释放，而是通过施设具有足够强度的支护结构及时地向围岩提供径向应力，改善围岩的受力条件，抑制围岩变形及围岩内的应力释放，减少围岩的破裂，达到抑制岩爆的目的。

快速支护法的关键是采用锚杆和喷射混凝土快速封闭围岩，并有足够的强度，常用措施有水胀式锚杆支护、喷射混凝土和挂钢筋网片等。

3.2　高压大流量地下水治理施工技术

锦屏辅助洞西端强透水性的可溶大理岩和隔水的砂板岩、绿泥石片岩交替出露，且断层发育（分别有F6、F5、F27断层横切隧道），为地下水储存和大理岩岩溶发育创造了良好的条件，洞线围岩具备赋存大量高压水（泥浆）的可能，而实际开挖过程中地下水处理难度和工程量极大。在前期处理效果不理想的情况下，创造性地将传统的“以堵为主，以排为辅”的地下水处理思路转变为“择机封堵，堵排结合”，最终成功地解决了锦屏辅助洞西端地下水问题。

3.2.1　锦屏辅助洞西端揭露地下水情况

锦屏山受NNE向主构造线与横向（NWW、NEE）扭—张扭性断裂交叉网络的影响，构成了河间地块集水、导水网络，其中T2z主要以集中突（涌）水为主，T2b主要以稳定的富水带为主。地下水总体与地表联系甚弱，仅主汛期稍微有影响。锦屏辅助洞西端地下揭露突涌水点三处，最小突涌水为0.3m3/s，其次为5～7m3/s，最大为15.6 m3/s（携带20%泥砂），这三处突涌水均发生在T2z杂骨脑组大理岩中；进入白山组T2b大理岩洞段，则主要以溶浊裂隙出水，个别溶洞或溶浊宽缝涌水，其单点突涌水最大为150 L/s，估计压力4～5 MPa、射程20～50m。

3.2.2“以堵为主，以排为辅”阶段地下水治理

“以堵为主，以排为辅”阶段地下水治理措施集中体现在结合辅助洞早期合同，对地下水进行超前帷幕灌浆封堵。锦屏辅助洞大的涌水首次发生在AK1+117洞段，施工过程中采取超前帷幕灌浆封堵技术，技术成果集中体现在以下几方面：

（1）高压大流量地下水发生在断层破碎带时，超前帷幕灌浆宜设计成全断面帷幕；若出水段以溶蚀裂隙、断层、管道为主，宜采用有针对性的局部超前帷幕灌浆，以达到超前止水的目的。

（2）在掌子面遇地下水时，必须立即停止掘进，施作超前探孔，根据预报情况综合判断是否再继续掘进。若钻探孔的过程中揭露出地下水，利用探孔进行原孔封堵灌浆（称为原位灌浆）是十分有效的方法。

（3）超前帷幕灌浆材料采用纯水泥砂浆，浆液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1三个比级。高压大流量地下水灌浆宜采用浓浆进行灌注，当耗灰量达到设计值时，应该间歇式灌注或变换浆液比级或使用双液浆等。

（4）超前帷幕灌浆压力选择。对于低于2 MPa的压力水，灌浆压力取2～3倍的静水压力；对于高于5 MPa的压力水，灌浆压力取净水压力加2～3 MPa；对于2～5 MPa的压力水，灌浆压力可灵活选取，但不宜超过7 MPa。灌浆采用孔内循环灌注的方式。(www.xing528.com)

（5）关于岩溶洞段超前灌浆的钻孔设备要先进且钻孔速度快，遇高压水要有必要的安全措施；灌浆设备要齐全，应备齐备用砂浆泵和各种压力条件下的泵。

3.2.3“择机封堵，堵排结合”阶段地下水治理

“择机封堵，堵排结合”并没有完全否定以堵为主的总体思路，而是在封堵时机上做了修改，认为地下水可以根据具体情况进行封堵，有的甚至可以留到辅助洞贯通后再进行封堵，目的是在确保安全的前提下快速施工，确保工程工期。

（1）封堵灌浆。

1）股状散水处理。B洞BK5+070～5+200洞段以渗滴水、线状渗水、岩溶纵穿裂隙涌水为主，水压较小。该洞段采用有针对性钻孔布孔口管、纯水泥砂浆低压纯压式灌浆的方法进行灌浆封堵。该洞段顶部、左右边墙和部分底板局部渗漏水灌浆前总渗水量达600 L/s，封堵后仅为130 L/s，效果明显。其余如BK4+756、BK5+070～5+200、BK5+450～5+460、BK7+235～7+265和AK4+680～4+740、A K5+010～5+020、A K5+035～5+065、AK5+190～5+260等洞段，均属于水帘洞式出水洞段，其渗水量一般在10～100 L/s，压力小于1 MPa，施工过程按此方案处理，其效果很好，处理相对较快。典型洞段处理前后效果对比见图7。

图7　典型洞段处理前后效果对比

2）集中大涌水、岩溶管道封堵处理。总体处理原则是先在强富水区设置引排管，进行泄压分流，然后从主出水点两侧向中间逐渐进行钻孔灌浆，灌浆材料以水泥砂浆为主、辅以惰性材料，如微纤维、麻丝等，最后封堵事先设置的主排水孔。集中涌水孔封堵使用孔内专用密封器。

对于集中大溶洞渗漏水（320 L/s以上）洞段，有针对性地做了部分物探测试钻孔并及时进行了物探测试工作，包括表面雷达、孔内雷达、单孔声波、跨孔CT等。还在AK6+980桩号附近布设了勘探钻孔，以查明遇水孔深位置及岩溶管道空间分布宽度。对集中出水的溶蚀管道、溶洞和裂隙宽缝采用研究成果——模袋技术予以封堵。施工工艺流程为：绑扎模袋→下模袋→对模袋注浆膨胀→屏浆。其关键技术是模袋的制作和安装前的地下水引排工作。

（2）固结灌浆。高压固结灌浆是在封堵灌浆之后完成的工作，根据设计的固结厚度和浆液配合比及灌浆质量控制进行，处理相对简单。但它是无混凝土盖重的情况下进行的高压固结灌浆推水工作，灌浆压力的控制将直接影响岩盘的安全。

根据设计要求和研究成果，承受外水压力9 MPa，围岩的固结卷厚度设计为6m。钻孔深6.5 m、孔径76，安装直径为73的地质无缝钢管，管长2.1 m，沿隧道周边成梅花形布置，孔间距2～3m。灌浆配合比0.8，灌浆压力控制在6 MPa以下，灌纯水泥浆，分段、分序进行孔内循环灌浆，单位注入量小于100 kg/m。

完成的AK5+010～020、AK5+030～065、AK5+100～274、BK4+720～+760、BK5+100～+200等典型洞段的固结灌浆后，仅小部分洞壁有少量线滴水或小滴水，其余大部分洞壁干燥。通过灌后布置压水试验检查孔做压水试验，效果较好，透水率均小于3 Lu。高压固结灌浆封堵情况见图8。

图8　高压固结灌浆封堵情况

3.3　超9500m独头掘进施工通风技术

锦屏辅助洞在施工上没有条件合理地设置辅助坑道（竖井或斜井等），仅能从东西两端相向掘进，其中西端的独头掘进超过9500m，为国内独头掘进距离最长的隧道。隧道开挖采用钻爆法施工，运输采用无轨运输方式，施工过程中会产生大量的粉尘和有害气体，为特长隧道施工通风增加了极大的难度。

3.3.1　隧道通风方案

隧道的施工通风就是把隧道内的有害气体、粉尘等有害物质合理地排出，或者是送入新鲜空气加以稀释。合理的通风方案需要根据隧道的形态、规模以及施工方法进行考虑，且各通风方案各有优缺点。

（1）独立系统管道压入式通风方案。

1）优点：①A、B洞施工通风互不干扰，不因为一个洞出现问题，影响另外一个洞的施工和通风；②通风机、风管安装后可固定不动，维修管理较方便。

2）缺点：①通风时间长；②通风管道长，风阻大，风机多，要串联风机，且用电量大；③压入新鲜空气至工作面稀释污浊空气后，排出的污浊空气经整个成洞地段，污染全洞；④每个横通道仍然要安装风门，否则A、B洞的污浊空气将相互污染。

（2）联合系统巷道混合式通风方案。

1）优点：①通风时间短；②巷道风阻小，风机少，不用串联风机，且用电少；③压风风管短，漏风量小，工作面空气新鲜。

2）缺点：要求A、B洞两个工作面进度保持一致，若相距太大，超前工作面的通风将受到一定的影响，两工作面爆破不一致时，需要重复通风。

3.3.2　锦屏辅助洞西端通风技术

通过以上分析，锦屏辅助洞西端施工通风采用联合系统巷道混合式通风方案，即前2 km采用管道式通风系统，2 km之后采用无风门巷道式射流通风与掌子面轴流风机风管压入的混合通风方案。

（1）辅助洞A、B线根据后部工序的施工安排，分别换边作业，A、B线交替进入新鲜空气和排除污浊空气，车辆走污浊空气排出的通道，进入新鲜空气的通道可安排对空气质量影响较小的后部工序作业。该方法具有灵活性，换边根据施工需要进行，同时能实现多工序平行作业。如进入新鲜空气隧道可安排系统支护、二次衬砌等工序的施工，在排除污浊空气的另一隧道可安排二次衬砌和系统支护。

（2）进出口通风布置主要分为两个阶段，不同阶段的施工通风方式如下：

1）第一阶段，当A洞和B洞之间的横通道连通前，进出口工区的A洞和B洞各自采用独立的管道压入式通风。

2）第二阶段，当横通道连通A洞和B洞构成通风回路时，则采用射流通风，新鲜空气从A洞进入，污浊空气从B洞排出，各掌子面则采用管道压入式通风。当进行换边作业时，A、B洞实行交替进入新鲜空气和排除污浊空气。

3.4　富水洞段喷射混凝土施工技术

在锦屏辅助洞西端富水区施工过程中引进了新型纳米级外加剂，设计出适合渗滴水环境下喷射混凝土配合比，结合特有的湿喷工艺，在实际运用中取得了良好的施工效果。该技术不仅节约了水泥，而且能提高喷射混凝土与围岩黏结强度、喷射混凝土抗压强度、抗渗等，且喷射混凝土耐久性非常高，具有很高的经济、技术价值。

3.4.1　确定纳米喷射混凝土配合比

普通湿喷混凝土掺速凝剂后均不能在几十秒内凝固，而富水区渗滴水往往会导致混凝土喷射后不凝固且回弹率很高。辅助洞大量现场试验证实，普通湿喷混凝土在富水区回弹率高达95%（无法完成喷射作业）。因此，需要解决三个关键性问题：①提高喷射混凝土与岩石黏结力；②缩短喷射混凝土凝结时间；③提高喷射混凝土的抗渗性。为能满足富水区喷射混凝土的要求，并能保证该喷射混凝土原有的力学性能，在岩爆区喷射混凝土成功配合比的基础上，进行了配合比改进试验与研究。

鉴于微纤维能够很好地改善喷射混凝土抗渗、抗冲磨和耐腐蚀性能，而钢纤维不具备该性能，因此，在进行富水区喷射混凝土配合比设计时，采用微纤维替代岩爆区喷射混凝土配合比中原有的钢纤维。微纤维应选用超力丝（网状）型聚丙烯纤维，抗拉强度不宜小于560 MPa，弹性模量宜大于3500 MPa。

（1）混凝土配合比试验的试样和参数。

1）根据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015）和《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144—2015）施工控制水平配制抗压强度（38.2 MPa，抗压强度标准差δ取5 MPa）进行配合比设计。

2）喷射微纤维混凝土配合比容重采用假定容重法，设定为2350 kg/m3，采用0.16～10mm混合级配进行拌制。

3）根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011），水灰比拟用0.43、0.48、0.53进行，此水灰比不包括掺和料的比值。

富水区喷射微纤维混凝土配合比比选情况见表4。

本次配合比试验中，喷射微纤维混凝土0.43、0.48、0.53水灰比的配合比实际测定容重分别为：2380kg/m3、2350 kg/m3、2340 kg/m3，与假定容重法相差在2%之内，不需校正。

表4　富水区喷射微纤维混凝土配合比比选情况

根据以上试验结果及设计配合比强度要求，A-2配合比所能达到的强度满足设计，喷射微纤维混凝土抗压强度38.2 MPa（该组试验强度为39.6 MPa，所用水灰比为0.48），通过选用试验编号A-2进行现场试验配合比见表5。

表5　锦屏辅助洞西端富水区土建工程喷射微纤维混凝土配合比

在上述配合比试验的基础上对富水区喷射混凝土力学性能指标做了相关试验，其中富水区喷射混凝土配合比的现场钻孔取芯和大板取样试验抗压、抗拉、抗折强度与岩石黏结强度见表6。

表6　喷射混凝土试验抗压、抗拉、抗折强度与岩石黏结强度

富水区渗滴水洞段采用表5配合比喷射混凝土，能够解决施设困难的难题，并且该喷射混凝土一次喷射厚度可达20～30cm，能够在2min之内达到终凝。从现场钻芯取样进行力学性能试验看，该喷射混凝土在有水情况下喷射终凝后黏结力仍然能够达到普通喷射混凝土在一般区域喷射后黏结力的4～5倍以上。与此同时，在采取辅助措施之后，富水区喷射混凝土2h内强度可达1 MPa（普通喷射混凝土在一般区域10h左右才能达到此强度），并且28d强度可达到将近40 MPa。该喷射混凝土在富水区喷射的回弹率小于15%，抗渗指标P≥18。

（2）富水区喷射混凝土配比设计应遵循的原则。结合研究经验，为提高富水洞段施工现场喷射混凝土的性能，喷射混凝土的配合比设计应遵循以下原则：

1）减小喷射混凝土的坍落度。在实际喷射混凝土的过程中，较大坍落度的喷射混凝土在富水地段更容易出现掉块现象，通过适当减小混凝土的坍落度，在同等渗水的条件下，喷射后掉块的概率将得以减小。现场试验表明，富水地段喷射混凝土的坍落度应控制在12cm左右，可以大大减少掉块现象。

2）增加混凝土的和易性。搅拌拌制的混凝土拌和物，随着时间的延长会变得越来越干稠，坍落度将逐渐减小。混凝土拌和物的和易性还受温度的影响，随着环境温度的升高，混凝土的坍落度损失得更快。混凝土拌和物掺入HD-2型外加剂后，由于其减水率在30%左右，泌水率比不超过17%，能够明显提高混凝土的流动性，有效地改善混凝土拌和物的黏聚性和保水性，二者还分别对硬化混凝土的强度与耐久性起着十分有利的作用，从而使其可喷性及喷射质量得到较大提高。

3）适当增加速凝剂的使用量。无水地段速凝剂的掺量一般为水泥重量的3%，但在富水地段为了使喷射混凝土不掉块，就必须增加速凝剂的使用量，使初凝时间提前。为进一步确定掺液体速凝剂对混凝土强度的影响，必须对各配合比液体速凝剂最佳掺量进行多次对比试验。经试验发现，掺HD-2型纳米特种外加剂使喷射混凝土后期强度高，强度损失少，可消除速凝剂对混凝土后期强度的影响。

3.4.2　富水区段的湿喷工艺

富水地段现场喷射应采取区别对待的方法：对于因渗、滴水较小而不进行引排处理的区域，在喷射混凝土前冲洗岩面，喷射混凝土配合料及拌料按正常施工程序进行，采取先喷四周，后喷出水点的方法，以逐步压缩富水区域，并达到逐层喷实的目的；对于出水量稍大且需要采取事先引排措施的区域，采取先喷引排区域两侧，将水全部控制在中间，待两侧混凝土初凝后，再对引水区域上喷射混凝土的顺序，以达到先预留过水通道，后进行封闭的目的，喷射的混凝土临时加大速凝剂的掺量；对于出水量较大且需要事先采取引排措施的区域，采取自下而上、逐层喷实、封闭的顺序，喷射混凝土也适量加大速凝剂的掺入量。通过改变喷射顺序和方法，使引排水的效果更加显著，富水区域的喷射混凝土质量也得到了保证。具体施工工艺如下：

（1）在富水区喷射岩面进行排水措施的辅助处理，施作排水孔并预埋盲管。

（2）进行富水区岩面喷射混凝土配合比试配，选定最优配合比，包括纳米及外加剂各种剂量的配比试验。

（3）采用强制式拌和机、分析投料、振动拌和方式拌和喷射混凝土熟料，观察、记录搅拌试验过程并使用混凝土罐车运输至工作面。

（4）喷射过程总体上采用“自下而上，由外至里”的喷射顺序进行。

（5）进行喷射外掺纳米微纤维混凝土的现场大板试验。

（6）回弹收集。

富水区湿喷工艺流程见图9。

图9　富水区湿喷工艺流程图