高速铁路隧道喷射混凝土施工工法

中图分类号： U412.36 文献标识码： A 文章编号：

一前言

喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。随着喷射混凝土原材料，速凝剂及其他外加剂、施工工艺，机械的研究和应用，喷射混凝土无论是作为新材料，还是新的施工工艺，将有更为广阔的发展前景。

二工法特点

（一）喷射混凝土具有强度增长快、黏水性强、密度大、抗渗性好的特点。它能较好地填充岩块间隙的凹穴，增加围岩的整体性，防止自由面的风化和松动，并与围岩共同工作。

（二）与普通模筑混凝土相比，喷射混土将输送，浇注，捣固几道工序合而为一，更不需模板，因而施工快速，简捷。

（三）喷射混凝土能及早发挥承载作用。它能在10min左右终凝，一般两小时后具有强度。

（四）采用喷射法施工，拌和料高速喷到岩面上且反复冲击压密，故喷射混凝土一般具有良好的密实性和较高抗压强度。

三适用范围

喷射混凝土可以作为隧道工程的永久或临时性支护，也可以与各种形式的锚杆、钢纤维、钢拱架、钢筋网等构成组合式支护结构。它的灵活性也很大，可以根据需要分次追加厚度。因此除用于地下工程外，还广泛应用于地面工程的边坡防护、加固、基坑开挖，结构补强等。

四工艺原理

（一）喷射混凝土在支护中起到的作用。

1 支撑围岩。由于喷层能与围岩密贴和粘贴，并施与围岩表面以抗力和剪力，从而使围岩处于三向有力状态，防止围岩恶化。此外，喷层本身的抗冲切能力可阻止不稳定块体的滑塌。

2 “卸载”作用。由于喷层属柔性，能使围岩在不出现有害变形的前提下发生一定程度的变形，从而使围岩“卸载”，同时喷层中的弯曲应力减小，有利于混凝土承载力的发挥。

3 填平补强围岩。喷射混凝土可射入围岩张开的裂隙，填充围岩凹穴，使裂隙分割的岩层面黏联在一起，保护岩块间的咬和、镶嵌作用，提高其间的黏结力、摩阻力，并避免或缓和应力集中。

4 覆盖围岩表面。喷层直接粘贴岩面，形成风化和止水的保护层，并阻止节理裂隙中填充物流失。

5 阻止围岩松动。喷层能紧跟掘进进程并及时进行支护，早期强度较高，因而能及时向围岩提供抗力，阻止围岩松动。

6 分配外力。通过喷层把外力传给锚杆、钢拱架等，使支护结构受力均匀。

（二）在设计有钢纤维的喷射混凝土工艺要点。

1搅拌过程必须使钢纤维在混凝土中均匀分布，防止结团；运输过程中应防止剧烈震动使钢纤维离析沉淀，否则喷射前应进行二次搅拌。

2 由于钢纤维混凝土运送阻力增大，因此要求系统风压必须大于0.5MPa。

3 相同输送管径条件下，喷射钢纤维混凝土生产率宜控制在额定生产率的百分之七十到八十，或在相同生产率条件下加大喷射管径，否则容易造成堵管。

4 喷射过程中必须注意回弹物中钢纤维对施工人员的伤害，应加强防护，特别是对眼睛的防护。

五施工工艺流程

喷射混凝土的工艺流程有干喷、、湿喷和混合喷四种。主要区别是各工艺的投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。

（一）干喷和湿喷（见图1）

1 干喷是将骨料、水泥和速凝剂按一定的比例干拌搅匀，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送到喷枪，再在喷嘴处与高压水混合，以较高速度喷射到岩面上。

干喷的缺点是产生的粉尘量大，回弹量大。干喷加水是由喷嘴处的阀门控制的，水灰比的控制程度与喷射手的熟练程度有关。但使用的机械较为简单，机械清洗和故障处理容易。

2 是将骨料预加少量水，使之成潮湿状，再加水泥拌和，从而降低上料、拌和与喷射的粉尘。但大量的水仍是在喷头处加入和喷出的，其喷射工艺流程和使用机械同干喷工艺。

图1 干喷和湿喷工艺流程图

（二）湿喷（见图2）

湿喷是将骨料、水泥和水按设计比例拌和均匀，用湿式喷射机压送到喷头处，再在喷头处添加速凝剂后喷出。

湿喷混凝土质量容易控制，喷射过程中的粉尘和回弹量很少，是应当发展应用的喷射工艺。但对喷射机械要求较高，机械清洗和故障处理较麻烦。对于喷层较厚的软岩和渗水隧道，则不宜使用湿喷。

图2湿喷工艺流程图

（三）混合喷射（见图3）

混合喷射又称水泥裹砂造壳喷射法，是将一部分砂加第一次水拌湿，再投入全部水泥强制搅拌造壳；然后加第二次水和减水剂拌和成SEC砂浆；将另一部分砂和石、速凝剂强制搅拌均匀。然后分别利用砂浆泵和干式喷射机压送到混合管混合后喷出。

混合喷射是分次投料搅拌工艺与喷射工艺的结合，关键是水泥裹砂（或砂、石）造壳技术。混合喷射工艺使用的主要机械设备与干喷工艺基本相同，但混凝土的质量较干喷混凝土质量好，且粉尘和回弹率有大幅度降低。但使用机械数量较多，工艺较复杂，机械处理和故障处理较麻烦。因此混合喷射工艺一般只用在喷射混凝土量大和大断面隧道工程中。

图3混合喷射工艺流程图

六劳动力组织（见表1）

七材料与设备

（一）主要原材料。

1水泥。为保证喷射混凝土的凝结时间与速凝剂有较好的相容性，应优先采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥。在有专门使用要求时，采用特种水泥。所使用水泥，其性能应符合国家现行标准。

2砂。为保证喷射混凝土的强度和减少施工操作时的粉尘，以及减少硬化时的收缩裂纹，应采用坚硬而耐久的中砂或粗砂，细度模数一般大于2.5。

3碎石或细石。为防止喷射混凝土过程中的堵管和减少回弹量，应采用坚硬耐久的细石，粒径不宜大于15mm。

4骨料成分和级配。若使用碱性速凝剂，砂、石料均不得含有活性SiO2，以免产生碱骨料反应，引起混凝土开裂。

5水。为保证喷射混凝土正常凝结、硬化，保证强度和稳定性，饮用水均可用于喷射混凝土；若采用其他水，则不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质；不能使用污水以及PH值小于4的酸性水。

外加剂。主要是速凝剂，在喷射混凝土中添加混凝土的目的是使喷射混凝土速凝，以减少回弹和早强，选用时应做与水泥的相容性试验。

（二）使用设备（见表2）。

使用设备表(表2)

八质量控制

（一） 严格控制喷射混凝土配合比，使其尽早达到设计强度。

（二） 根据石质情况，用高压水或清水清洗受喷面，提高喷射混凝土与围岩黏结力。

（三） 当受喷岩面有集中渗水时，应做好排水引流处理，无集中排水时，应根据岩面潮湿程度，适当调整水灰比。

（四） 喷射时一次喷厚度不得太薄或太厚，一般为7cm左右为宜。

（五） 调试好各种机械设备工作状态，保证施工的连续性。

九安全措施

（一）对施工人员进行安全意识教育，提高全员安全意识。

（二）制定安全奖罚措施，重奖重罚，绝不姑息。

（三）现场所有施工人员必须佩带安全帽及各种防护用具。

（四）喷射前应对开挖断面进行检查，清除松动危面。

十效益分析

喷射混凝土能够快速有效的抑制围岩变形，能够节省时间增加工序进度。与模筑混凝土相比，喷射混凝土施工快捷，不用模板，节约大量人力、物力，从而节约大量成本。

十一 工程实例

我单位参建的云桂铁路新莲隧道，喷射混凝土施工过程统筹合理，混凝土层光滑、平整，在控制围岩变形方面取得了很好效果，且得到了业主、监理单位的一致好评。