以黔张常铁路黄家台隧道工程为背景,采用正交设计试验方法研究了砂率、减水剂掺量和速凝剂掺量对隧道喷射混凝土性能的影响。同时,以该方法研究了水胶比、粉煤灰掺量和减水剂掺量对二次衬砌混凝土性能的影响。运用SEM测试技术对不同试验条件的隧道喷射混凝土和二次衬砌混凝土进行了微观结构研究。结合隧道工程混凝土施工质量控制关键技术,得出以下主要结论:(1)速凝剂掺量在1%~7%范围内,水泥初凝和终凝时间随速凝剂掺量的增加逐渐缩短,当速凝剂掺量高于7%以后凝结时间反而变长,故施工时速凝剂正常使用掺量宜控制在5%~7%之间。(2)对隧道喷射混凝土而言,在水胶比固定为0.45的条件下,减水剂掺量是影响其流动性的主要因素,砂率是影响其抗压强度和抗渗性的主要因素,故在其配制时建议选择合理减水剂掺量与砂率。综合考虑混凝土性能指标、经济性和施工工艺,正交试验得出其最佳配合比为:水胶比为0.45、砂率为48%、减水剂掺量为1.0%、速凝剂掺量为5%、单位用水量为190 kg·m-3,其性能指标均符合设计要求且经济合理。(3)对二次衬砌混凝土而言,水胶比是影响其流动性和抗渗性的主要因素,粉煤灰掺量是影响其抗压强度的主要因素,故在其配制时建议采用合适的水胶比和粉煤灰掺量。综合考虑混凝土性能指标、经济性和施工工艺,正交试验得出其最佳配合比为:水胶比为0.40、粉煤灰掺量为20%、砂率为39%、减水剂掺量为1.0%、总胶凝材料用量为400 kg·m-3,其性能指标均符合设计要求且经济合理。(4)SEM观察得出:对隧道喷射混凝土而言,混凝土编号为P-A的微观结构较混凝土编号为P-3、P-8和P-14的孔隙较少、密实程度较高,与编号为P-9和P-10的混凝土相差甚微,故试验确定编号为P-A的混凝土作为隧道喷射混凝土最佳配合比;对二次衬砌混凝土而言,混凝土编号为C-4的微观结构较混凝土编号为C-6和C-9的孔隙较少、密实程度较高,与编号为C-2、C-7和C-A的混凝土相差甚微,故试验确定编号为C-4的混凝土作为二次衬砌混凝土最佳配合比。(5)在工程实际施工中,对隧道喷射混凝土而言,将减水剂掺量由1.0%调整为1.2%,提高其出机坍落度,并呈现轻微的离析泌水状态,可解决由于浇筑时间过长造成的坍落度损失过大的问题;浇筑混凝土时,每车隧道喷射混凝土前5 m3使用7%速凝剂掺量,后5 m3使用5%速凝剂掺量,可解决混凝土回弹过大的问题;对二次衬砌混凝土而言,拱顶浇筑时,将水胶比由0.40调整为0.42、减水剂掺量由1.0%调整为1.2%,可解决拱顶不密实、空洞、收缩开裂的问题。