前言 随着科学技术的发展，大量的新材料、新工艺、新设备、新技术不断应用于工程中，同时，隧道施工技术也在超长、大跨度、防水、穿过不良地层等方面取得了长足的进步，涌现出了大量的科技成果。锚喷构筑法在技术上有采用速度较快，支护及时、支护质量较好、强度高、密实度好、防水性能较好；省工、操作较简单，支护工作量减少；施工灵活性很大，可以根据需要分次喷射混凝土追加厚度，满足工作设计与要求等优点。 在国内，一些国际招标的大型水利工程中，如二滩水电站，黄河小浪底工程，三峡工程等，均是采用湿式混凝土喷射作业。国内目前使用的各种湿式混凝土喷射机多是从国外引进的设备。近几年来，国内一些单位也开发研制出几种湿式混凝土喷射机，但生产规模尚有待扩大。湿式混凝土喷射机主要优点有四个。 （1）湿法：作业大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度，消除了对工人健康的危害。 （2）生产率高。干式混凝土喷射机工作效率一般不超过5扩/h.而使用湿式混凝土喷射机人工作业时可达10m‘/h，采用机械手作业时，则可达20扩/h， （4）湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土水化程度高，故可大大改善喷射混凝土的品质，提高混凝土的匀质性，而干喷时，混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观查来进行调节的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。 1、施工工艺与原材料的控制 1.1施工工艺 多媒体教学讲台喷射前，应将岩面冲洗千净，并将表面软弱破碎岩石清扫干净。喷射作业应分区段进行，长度一般不超过6二，喷射顺序应自下而上。后一次喷射应在前一次混凝土终凝后进行，若终凝后1h以上再次喷射，应用风水清洗混凝土表面。边墙一次喷射厚度4~6cm，拱部则为2－4em，喷射风扇转速测试2一4h后应洒水养护，一般养护7一14d，混凝土喷射后至下一循环放炮时间，应通过试验确定，一般不小于4h，放炮后应对混凝土进行检查，如出现裂纹，应调整放炮间隔时间或爆破参数。 1.2原材料控制 勒夫波（2）水泥：为保证喷射混凝土的凝固时间及与速凝剂的相溶性，所用水泥应具有强度高、抗渗性和耐久性好，应优先选用4S5，以上的普通硅酸盐水泥，其次选用矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。在地质条件复杂的隧道中应采用早强水泥，使用前应做强度鉴定实验，水泥存放时严禁受潮和结块，也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。 （3）骨料：混凝土的强度除了取决于骨料的强度外，还取决于水泥浆与骨料的粘结强度，同时骨料的表面越粗糙界面粘结强度越高，因此用碎石比用卵石好。实验表明在一定范围内骨料粒径越小，分布越均匀混凝土强度越高，骨料最大粒径地减少不仅增加了骨料与水泥浆的粘结面积，而且骨料四周有害气体减少，水膜减薄，轻易拌和均匀，从而提高了混凝土的强度。 （4）活性：掺和料：水泥水化是一个逐步发展的过程，在28d的龄期中，水泥的实际利用率仅占60%一70%，而另外的未水化的水泥中的Ca0后期遇水后生成Ca（OH）2，产生体积膨胀，给后期强度带来不利影响，利用活性掺和料代替部分未水化的水泥，不仅可以降低成本，最主要的是可以利用活性材料中的活性成分（主要是Si02与A403）与水泥水化产物Ca（OH）：进行二次反应，生成含水硅酸钙与含水铝酸钙，新生成的水化产物不仅提高了喷射混凝土的强度和致密性，而且提高了其抗冻、抗渗、抗腐蚀等性能，这一类活性掺和料主要是粉煤灰和沸石粉，掺量约为水泥重量的10%－20%. （5）外加剂：为了降低用水量、降低回弹率和粉尘率，使喷射混凝土早凝早强，必须使用外加剂。应采用符合质量要求并对人体危害性很小的速凝剂，掺加速凝剂之前，应做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验，注重速凝剂效果实验，初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min，保持速凝剂干燥勿受潮变质，在喷射混凝土中添加速凝剂的目的是使喷射混凝土满足设计要求，促进早强。一般速凝剂最佳掺量约为水泥重量的2%一4%，实际使用时拱部可利用2%－4%，边墙可用2%，过多的掺量对喷射混凝土反而不利，这是因为速凝剂虽然加速了喷射混凝土的凝聚速度，但也阻止了水在水泥中的均匀扩散，使部分水包裹在凝聚的水泥中，硬化后形成气孔，另一部分水泥因而得不到充足的水分进行水化反应而干缩，从而产生裂纹。另外速凝剂掺人应均匀。 2、喷射混凝土配合比的设计与控制要点 喷射混凝土的配合比不同于普通混凝土的配合比，需要根据其施工工艺来选择，主要讲述C，喷射混凝土潮喷法的配合比的设计方法。为了减少回弹量需要较高的砂率，砂率增加意味着集料的总面积增加，这就要求用更多的水泥来包裹集料表面，以满足喷射混凝土的强度要求，水泥用量越大，喷射混凝土就越轻易干缩、开裂，同时成本也增加。因此首先确定水泥用量，根据经验水泥用量宜为375一450kg/m；，其次确定砂率，宜选用粗砂或中砂，砂率宜为45%一55%，砂率过高或过低易造成堵管，再次确定水灰比，水灰比宜为0.4－0.5，水灰比过小会产生粉尘，回弹量大，粘结力低，喷层会产生干斑，砂窝等现象，水灰比过大会造成强度低、速凝效果差，喷层流淌、滑移、坍落等现象，另外要注重根据施工环境的温度，四周岩壁类别、施工队伍的施工水平做相应的调整。 研究超塑化剂、硅灰、速凝剂和掺人火山灰或矿渣硅酸盐水泥的复合作用，用湿喷法生产高性能喷射混凝土（HPS）具有下列优点：（1）碱腐蚀性低；（2）工作性高和坍落度损失低；（3）回弹率低；（4）早期强度和后期强度高；（5）耐久性强。 2.1材料和配合比 2.1.1水泥 高强硅酸盐水泥由于水化速度较快，用于做喷射混凝土性能一般优于混合水泥。火山灰和矿渣硅酸盐水泥具有耐久性高，水化热低，对裂缝自收缩和干缩有较好性能。火山灰水泥中可用35%粉煤灰替代硅酸盐水泥；矿渣水泥中可用50%矿渣取代硅酸盐水泥。 2.1.2硅灰 使用加密硅灰以改善对基材的粘结力和减少集料回弹。 2.1.3超塑化剂 使用市售的质量浓度为30%的液体淡基丙烯酸醋（CAE）为超塑化剂，生产水灰比为0.42一0.44，坍落度为210－220mm流动性混凝土。也可采用聚磺酸盐系高效减水剂。 2.1.4速凝剂 用两种不同的市售速凝剂，一种常用速凝剂是硅酸钠（30%），另一种无碱速凝剂是以从（SO4），为主要成分的水溶液（60%），当使用后者时，由于无碱降低了在施工过程中碱性腐蚀的危险。 2.1.5集料 使用细砂（0一4mm），粗砂（4一6mm），石子（6一8mm）三者的体积比为65%，30%，5%. 2.1.6混凝土配比 配制两种未掺速凝剂的基准对比拌合物，它们的主要区别在于水泥品种（42.5火山灰水泥和42.5矿渣水泥）每种混凝土拌合30min，在喷嘴处加人不同的速凝剂（水玻璃或无碱速凝剂）的掺量分别为水泥量的8%－12%或6%一7%， 2.2试验结果 由于使用超塑化剂，50min之内的坍落度损失可以忽略不计，这意味着在喷嘴处加人速凝剂之前坍落度损失可忽略不计，以可靠方式供给喷射设备的泵送混凝土的工作性能好，喷射混凝土产量可达20m；/ho在规定超塑化剂掺量为1%一2%时，尽管矿渣水泥混凝土的W/C稍低于火山灰水泥混凝土，其初始坍落度（220mm）还是稍高于火山灰水泥混凝土坍落度（210mm）在无筋隧道内施工，由于复合有超塑化剂、硅灰和速凝剂，拌合物粘结性好，研究的所有喷射混凝土的回弹率仅仅为2%一3%. 3、喷射混凝土养护措施 养护是喷射混凝土施工中的一个重要环节，在正常养护条件下，混凝土强度随龄期延长而增大，其原因是由于胶凝材料的水断水化。而水化速度与环境温度和湿度有关，由于经常放炮和通风不良导致隧道内的温度较高，喷射混凝土四周的空气相对来说比较干燥，加上水化热引起的混凝土内部温度较高，将使其表面水分很快就蒸发掉，进而引起水石“毛细管”中水分继续蒸发。喷射混凝土中水泥与水接触的时间短且范围有限，与普通混凝土相比水泥水化的程度更低。喷射混凝土的凝聚过程也是水泥进一步水化的过程，水泥的水化反应必须在有水的条件下才能发生，水泥水化因为水泥石缺少水分不能继续进行，还因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩，此时的喷射混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力将使混凝土开裂，破坏了混凝土结构，影响混凝土强度的继续增长，而且停止水化使水化物不能进一步向水泥石的毛细孔填充，还将影响混凝土的抗渗性。 4、结束语 喷射混凝土在隧道施工中应用已经非常广泛，喷射混凝土的质量直接影响着结构受力、防护、耐久性等情况，所以对喷射混凝土施工，必须按质量控制系统的要求，通过各种措施强化质量意识，加强质量治理，制定操作规程，使喷射混凝土在隧道防护中发挥越来越重要的作用。 | ||
关于隧道工程喷射混凝土回弹量控制的实践与研究 大连地铁107标 随着国家基础建设投资力度的加大以及城市交通压力的不断增长，高速铁路与地铁工程建设呈现较大的增长趋势，因此隧道工程量也大大增加。据有关资料显示，我国已建成铁路隧道5300余座，总长度约4000Km；公路隧道1800余座，总长度约750Km，是世界上隧道工程最多的国家。目前隧道工程支护中普遍采用的是喷射混凝土支护，喷射混凝土具有支护及时、强度高、密实性强、操作简单、灵活性大等优点，特别是在软弱围岩地质条件下，配合钢拱架和系统锚杆作为联合支护，其优点更为明显。 喷射混凝土的回弹量控制是喷射混凝土中较为重要的研究课题，一般隧道工程的利润主要来自开挖和初期支护的喷射混凝土。因此回弹量的控制不仅关系到喷射混凝土的支护质量，对工程的成本控制也有着重要作用。笔者通过调查研究得知，现在隧道工程中喷射混凝土回弹量普遍在30%以上，损失较大，通过技术改进和加强管理可将喷射混凝土的回弹量控制在20%左右。 一、隧道工程中应优先选用潮喷工艺 隧道工程喷射混凝土据工艺流程一般分为干喷、湿喷、潮喷和混合喷四种。主要区别是各工艺的投料顺序不同，特别是加水和速凝剂的时机不同。干喷是将骨料、水泥和速凝剂按一定比例干拌均匀，然后装入喷射机，用压缩空气使干集料在软管内呈悬浮状态压送到喷，再在喷嘴处与高压水混合，以较高速度喷射到岩面上。潮喷是将骨料预加少量水，使之呈潮湿状，再加水泥拌合，从而降低上料、拌合和喷射时的粉尘。湿喷是将骨料、水泥和水按一定比例拌和均匀，用湿式喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出。 在上述几种喷射工艺种，湿喷法对喷射混凝土回弹率控制最好。但湿喷法对称量及湿拌的工艺要求较高，设备昂贵，而且速凝剂在喷射混凝土中分布不均匀，容易发生堵管故障，因此经综合考虑，潮喷法在隧道施工中较为适用，且能较好控制喷射混凝土回弹率。 二、喷射前有效的准备工作可降低喷射混凝土回弹量 喷射混凝土前应对受喷岩面进行处理。一般岩面可用高压水冲洗受喷岩面的浮尘、岩屑，当岩面遇水容易潮解、泥化时，宜采用高压风吹净岩面。若为泥砂质岩面时，应挂设钢筋网（网格宜不大于20*20mm,线径宜小于3mm），用环向钢筋和锚钉或钢架固定，使其密贴受喷面，以提高喷射混凝土的附着力。喷射混凝土前，宜先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷射混凝土。隧道工程中一般将喷射工艺简化，没有对受喷面进行处理，将受喷面冲洗后可有效降低回弹量。 三、喷射混凝土时应分段分块进行 喷射混凝土应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段不宜超过6m，分块大小不宜超过2m*2m，严格按照先墙后拱、自下而上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落，从而控制喷射混凝土的回弹量。 （一）分段喷射混凝土施工时，上次喷的混凝土应预留斜面，斜面宽度为200-300mm，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。 （二）分片喷射要自下而上进行，并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，从而降低喷射混凝土的回弹量。 （三）分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。边墙一次喷射混凝土厚度控制在7-10cm，拱部控制在5-6cm，并保持喷层厚度均匀。顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间宜为2-4h，控制喷射混凝土的回弹量。 四、喷射速度、喷嘴与受喷面的距离、喷射角度的合理性直接影响回弹量 喷射混凝土时，喷射速度要适当，以利于混凝土的压实，从而提高混凝土强度，减少回弹量。风压过大，喷射速度增大回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压，其始风压达到0.5Mpa后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。一般工作风压：边墙0.3-0.5MPa，拱部0.4-0.65MPa。黄土隧道喷射混凝土时喷射机的压力一般不宜大于0.2MPa。喷射混凝土的水压一般控制在稍高于风压即可。施工现场可以按水压高于输料管风压油动多旋翼10-15N/cm2进行控制，其目的是为了保证高压水能够从喷混合室（喷头处）内壁小孔高速射出，把拌合料迅速拌和均匀，从而减少回弹量。 喷射距离在0.6-1.2m时回弹量较小，喷射距离过大或过小都会增加回弹量。喷头长度一般只有0.5-0.6m。喷射手因担心骨料反弹，将喷射距离控制在0.6-1.2m较困难。因此在隧道工程喷射混凝土施工时可将喷头加长到1.2-1.5m，这样喷射手站在距离受喷岩面2.0m左右即可进行喷射，以达到最小回弹量。 弹性垫片喷射混凝土时应尽量使喷嘴与受喷岩面垂直，并偏向刚喷射部位（倾斜角度控制在10°以内），若喷嘴与受喷面角度太小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷射混凝土的质量。 五、喷射混凝土的原材料、配合比对喷射混凝土的影响 尽管采取了各种减小喷射混凝土回弹量的措施，如果不能很好的控制喷射混凝土的原材料和配合比，则无论采取何种有效措施，喷射混凝土的质量和回弹量都无法有效控制。 （一）喷射混凝土对所用水泥的基本要求是：掺入速凝剂后凝结快、保水性好，早期强度增长快，收缩小，此外还应考虑同速凝剂的相溶性。实践证明，喷射混凝土施工中应优化选用不低于32.5的硅酸盐或普通硅酸盐水泥，这两种水泥同速凝剂的相溶性好，能速凝快，后期强度也高，能有效控制喷射混凝土的强度和回弹量。 经试验得知，喷射混凝土用砂最后选用中粗砂，细度模数大于2.5，含泥量小于5%，含水量以质量计以5%-7%为宜。砂子过细，会使干缩增大；砂子过粗，则会增大回弹量。一般控制粒径0.2mm的颗粒不超过20%，否则由于骨料粘有灰尘，会妨害水泥的水化作用，显著影响强度的增大，回弹量也将增加。 喷射混凝土用卵石或碎石均可，但以碎石为好，其最大粒径不宜大于15mm，且应选用合理连续级配的骨料。骨料级配对喷射混凝土拌合料通过管道的流动性，在喷嘴处的水化，对受喷面粘附及最终喷射混凝土的密实度和回弹量控制都有重要作用。 为了降低用水量，降低回弹量和粉尘率，使喷射混凝土早凝、早强，在喷射混凝土中必须使用速凝剂。在使用速凝剂前，应做水泥的相溶性相溶性试验及水泥净浆凝结效果试验，严格控制掺量，并要求初凝时间不应大于5min，终凝不应大于10min。 （二）喷射混凝土配合比的设计与控制要点。 1、水灰比水灰比是影响喷射混凝土强度的主要因素。一般来说，当喷射混凝土出现流淌、滑移、拉裂时，表明水灰比太大；若喷射混凝土表面出现干斑、作业中粉尘大、回弹多，则表明水灰比太小。适宜的水灰比为0.4-0.5，在这一范围内，混凝土表面平整，呈水亮光泽，粉尘和回弹量均较少，偏离这一范围，不仅减低喷射混凝土强度，也使回弹量增大。 2、灰骨比（即水泥与骨料之比）适宜的比例为1:4-1:5，水泥过少，回弹量大，初期强度增长慢；水泥过多，不仅粉尘量增多，且硬化后的混凝土收缩也增大，也影响混凝土后期强度的增大。 3、砂率砂子在整个骨料中所占的百分率对喷射混凝土施工及回弹量有显著影响，经试验研究得知，砂率宜为45%-55%，砂率过低时，回弹量较大且易产生管路堵塞；砂率过高时水泥用量过多且对喷射混凝土强度有较大影响。 （三）硅粉用于喷射混凝土 混凝土中掺入硅石粉，显著改善了塑性混凝土粘附性能和凝聚性，大幅度减低了回弹量，增大喷射混凝土一次成型厚度，缩短工期，节省了工程造价。在欧美国家，75%的喷射混凝土都掺入硅灰，而挪威和瑞典，硅粉是喷射混凝土的必备材料。硅粉作为喷射混凝土中添加的一种新型材料，对喷射混凝土性能的提高及回弹率的控制有着显著作用，在我国有着较好的发展前景，有待于进一步的研究。 结语 在隧道工程中，喷射混凝土应用越来越广泛，因此喷射混凝土回弹量控制成为隧道工程中较为重要的研究方向。笔者根据大连地铁107标段的实际情况，项目共计57000m3喷射混凝土，经初步计算，每m3混凝土造价为242元，若将回弹量由30%控制到20%左右，可节约成本250余万元。由此可见，喷射混凝土的回弹量控制对工程造价有着重要的增益作用，回弹量控制的研究也将得到更进一步的发展。 | ||
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