高速鐵路隧道工程施工1

初期支護噴射混凝土錨桿鋼筋網鋼架2

隧道開挖破壞了地層的初始應力平衡狀態，圍巖應力、應變發生變化，洞壁產生變形，變形過大將導致圍巖松動甚至坍塌，在開挖后的洞室周邊施作鋼架、混凝土等支撐物，向洞室周邊提供抗力，控制圍巖變形，這種開挖后隧道內的支撐體系，稱為隧道支護。為控制圍巖應力和變形，增加結構安全和施工方便，隧道開挖后立即施作剛度較小并作為永久承載結構一部分的結構層，稱為初期支護。初期支護一般由錨桿、噴射混凝土、鋼架、鋼筋網等或其組合組成，是現代隧道工程中常用的支護形式和方法。初期支護的施工流程見圖6-1。

噴射混凝土134

噴射混凝土噴射混凝土是使用混凝土噴射機械按一定的混合程序，將摻有速凝劑的細石混凝土噴射到巖壁表面，并迅速固結成一層支護結構，從而起到對圍巖的支護作用。噴射混凝土可以作為隧道工程的永久性或臨時性支護，也可以與各種形式的錨桿、鋼纖維、鋼筋網等構成組合式支護結構，其靈活性很大，可以根據需要分層次追加厚度，因此，噴射混凝土在地下工程中得到廣泛應用。

采用噴射混凝土作隧道支護的主要優點表現在以下幾個方面：5（1）噴射混凝土致密，早期強度高，可與圍巖牢固粘結形成整體，改傳統模筑混凝土的消極支護為積極支護，且薄層柔性噴射混凝土與圍巖能夠共同變形，從而減少作用在支護結構上的壓力；（2）能及時支護，有效地控制圍巖的有害變形，有利于安全施工；（3）不用模板、拱架，節省大量鋼木材料，相應的降低了隧道工程造價；（4）施工工藝簡單，操作方便，機械化程度高，減輕勞動強度，提高施工效率；（5）少占作業空間為快速掘進創造有利條件。67

一、噴射工藝噴射混凝土的工藝流程有：干噴、潮噴、濕噴和混合噴四種。其主要區別是各工藝流程的投料程序不同，尤其是加水和速凝劑的時機不同，其中濕噴混凝土按其輸送方式的不同，可分為風送式、泵送式、拋甩式和混合式，應根據實際情況選用。

1、干噴干噴是將骨料、水泥按一定的比例干拌均勻，然后投入噴射機料斗，同時加入速凝劑，用壓縮空氣使干混合料在軟管內呈懸浮狀態，壓送到噴槍，在噴頭處加入高壓水混合，以較高速度噴射到巖面上，其工藝流程見圖7-2。

8細骨料粗骨料水泥攪拌機干式噴射機壓縮空氣速凝劑水噴頭干噴、潮噴工藝流程9

干噴的缺點：是產生水泥與砂粉塵量較大，回彈量大，加水由噴嘴處的閥門控制，水灰比的控制程度與噴射手操作的熟練程度有直接關系，但使用的機械較簡單，機械清洗和故障處理較容易。

2、潮噴潮噴是將骨料預加少量水，使之呈潮濕狀，再加水泥拌和，從而降低上料、拌和和噴射時的粉塵，但大量的水仍是在噴頭處加入和噴出的。潮噴工藝流程和使用機械與干噴工藝相同，是目前隧道施工現場使用較多的一種工藝。103、濕噴濕噴是將骨料、水泥和水按設計的比例拌合均勻，用濕式噴射機壓送拌和好的混凝土混合料送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑噴出，其工藝流程見圖7-3。濕噴混凝土的質量較容易控制，噴射過程中的粉塵和回彈量較少，塌落度應控制在5～6cm，做到噴射時，水泥砂漿不粘管，以確保質量。但濕噴對濕噴機械要求高，機械清洗和故障處理較困難。對于噴層較厚的軟巖和滲水隧道不易采用濕噴。

11細骨料粗骨料水泥水外加劑攪拌機濕式噴射機壓縮空氣速凝劑濕噴工藝流程124、混合噴射（SEC式噴射）混合噴射又稱水泥裹砂造殼噴射。分別由泵送砂漿系統和風送混合料系統兩套機具組成。先是將一部分砂加第一次水拌濕，再投入全部水泥，強制拌和成以砂為核心外裹水泥殼的球體，然后加第二次水和減水劑，拌和成SEC砂漿；再將另一部分砂與石、速凝劑按配合比配料，強制攪拌成均勻的干混合料。然后再分別通過砂漿泵和干式噴射機，將拌和成的砂漿及干混合料由高壓膠管輸送到混合管混合，最后由噴頭噴出。其工藝流程見圖7-4。13砂漿泵攪拌機攪拌機干噴機混合管噴頭一次水水泥二次水減水劑砂石速凝劑混合噴射工藝流程14

混合式噴射是分次投料攪拌工藝與噴射工藝相結合，其關鍵是水泥裹砂（或砂、碎石）造殼工藝技術。混合式噴射工藝使用的主要機械設備與干噴工藝基本相同，但混凝土的質量較干噴混凝土的質量好，且粉塵和回彈最大幅度降低。混合式噴射使用機械數量較多，工藝技術較復雜，機械清洗和故障處理較麻煩。因此，混合噴射工藝一般只在噴射混凝土量大和大斷面隧道工程中使用?；旌蠂娚浠炷翉姸瓤蛇_到C30～C35，而干噴和潮噴混凝土強較低，一般只能達到C20。以上幾種噴射方式，各有其特點，在施工中應結合具體情況選用。各種噴射方式的噴射混凝土質量、作業條件、輸送距離、粉塵、回彈、故障處理和清洗養護特點見表6-1

15項目干噴潮噴濕噴混合式噴射噴射混凝土質量由于噴嘴處將水與干拌混合料混合，所以質量取決于作業人員的熟練程度和能力。由于砂、石料預濕后，再在噴頭第二次加水，水化較好，所以質量有所提高。能事先將水在內的各種材料正確計量，充分混合，所以質量容易管理。由于集中了干噴、濕噴的優點，所以質量好，強度高。作業條件由于供應干噴混合料，所以供料作業的限制少。因在地面對骨料進行預濕，所以供料作業的限制少。供料較困難，操作也麻煩，設備占空間較大。設備的規模大，適用于大斷面隧道施工，在作業空間有限的隧道中使用時，其適用范圍是有限的，同時操作和工藝復雜。一般采用的水平輸送距離40～60m40m20～40m40m粉塵多較少少少回彈較多較少少少故障處理較容易較容易堵管后處理較困難困難清洗養護容易較容易麻煩很麻煩16二、原材料及配比

原材料

水泥

粗骨料

細骨料

外加劑17配合比：膠骨比、砂率、水灰比18三、噴射混凝土機械設備(1)噴射機。干式噴射機濕式噴射機19(2)機械手。噴頭的移動和噴射方向、距離的控制，可采用人力直接控制或機械手控制。(3)噴射混凝土的拌制宜用強制式攪拌機。(4)壓縮空氣機。20四、施工作業21噴射混凝土作業前，應做好以下準備工作：（1）檢查開挖斷面凈空尺寸。（2）清除松動巖塊和墻腳巖渣、堆積物，并向料斗加水沖洗受噴面，若巖面受水容易潮解、泥化時，只能用高壓風清掃。（3）設置控制噴射混凝土厚度的標志。一般采用埋設鋼筋頭做標志，亦可在噴射時插入長度比設計厚度大5cm的鐵絲，每1～2m設一根，作為施工控制用。（4）檢查機具設備和風、水、電等管線路，并試運轉，噴射機應具有良好的密封性能，受料連續、均勻，附屬機具的技術條件應能滿足噴射作業需要。

22（5）巖面如有滲漏水，應予妥善處理。對于大股涌水，采用注漿堵水后再噴射混凝土，一般情況下，可順涌水出漏點打孔，壓注速凝漿液（水泥—水玻璃漿液）進行封堵。對于小股涌水或裂隙滲漏水，視具體情況宜進行巖面注漿（布孔宜密，鉆孔宜淺），或采用小導管沿隧道周邊環形注漿進行封堵。對于集中出水點，可順水路（節理、裂隙）設排水半管或線形排水板，將水引到隧底水溝或縱向排水管23

噴射作業：（1）初次噴射混凝土應在開挖后及時進行，噴射厚度約5cm。（2）噴射操作程序應為：打開速凝劑輔助風→緩慢打開主風閥→啟動速凝劑計量泵、主電機、振動器→向料斗加混凝土。（3）噴射混凝土作業應采用分段、分片、分層依次進行，噴射順序應自下而上，分段長度不宜大于6m。噴射時先將低洼處大致噴平，再自下而上順序分層、往復噴射。

2425①噴射混凝土分段施工時，上次噴混凝土應預留斜面，斜面寬度為200～300mm，斜面上需用壓力水沖洗潤濕后再行噴射混凝土。②分片噴射要自下而上進行并先噴鋼架與壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土。邊墻噴混凝土應從墻腳開始向上噴射，使回彈不致裹入最后噴層。③分層噴射時，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行，若終凝1h后再進行噴射時，應先用風水清洗噴層表面。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的粘結力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持噴層厚度均勻。頂部噴射混凝土時，為避免產生墮落現象，兩次間隔時間宜為2～4h。26（4）噴射速度要適當，以利于混凝土的壓實。風壓過大，噴射速度增大，回彈增加；風壓過小，噴射速度過小，壓實力小，影響噴混凝土強度。因此在開機后要注意觀察風壓，起始風壓達到0.5MPa后，才能開始操作，并據噴嘴出料情況調整風壓。一般工作風壓：邊墻0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。（5）噴射時使噴嘴與受噴面間保持適當距離，噴射角度盡可能接近90°，以使獲得最大壓實和最小回彈。噴嘴與受噴面間距宜為0.6～1.8m；噴嘴應連續、緩慢作橫向環行移動，一圈壓半圈，噴射手所畫的環形圈，橫向40～60cm，高15～20cm；若受噴面被鋼架、鋼筋網覆蓋時，可將噴嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果噴嘴與受噴面的角度大小，會形成混凝土物料在受噴面上的滾動，產生出凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響噴混凝土的質量。27（6）對有滲水和大面積潮濕的巖面與噴混凝土不易粘結，為了增加粘結性，初噴在巖面上的混凝土可適當增加水泥用量。（7）噴射混凝土終凝2小時后，應進行養護，石質隧道采用噴霧養護，黃土隧道采用養護液養護養護時間不小于14d。當氣溫低于+5℃時，不得灑水養護。施工控制要點：（1）噴射混凝土原材料先檢驗合格后才能使用，速凝劑應妥善保管，防止受潮變質。嚴格控制拌合物的水灰比，經常檢查速凝劑注入環的工作狀況。噴射混凝土的坍落度宜控制在8～13cm，過大混凝土會流淌，過小容易出現堵管現象。噴射過程中應及時檢查混凝土的回彈率和實際配合比。噴射混凝土的回彈率：側壁不應大于15%，拱部不應大于25%。28（2）噴射混凝土拌合物的停放時間不得大于30min。（3）必須在隧道開挖后及時進行施作。噴射混凝土嚴禁選用具有潛在堿活性骨料。噴混凝土厚度應預埋厚度控制標志，嚴格控制噴射混凝土的厚度。（4）噴射前應仔細檢查噴射面，如有松動土塊應及時處理。噴射機應布置在安全地帶，并盡量靠近噴射部位，便于掌機人員與噴射手聯系，隨時調整工作風壓。（5）噴射完成后應檢查噴射混凝土與巖面粘結情況，可用錘敲擊檢查。同時測量其平整度和斷面，并將此斷面與開挖斷面對比，確認噴射混凝土厚度是否滿足設計和規范要求。當有空鼓、脫殼時，應及時鑿除，沖洗干凈進行重噴，或采用壓漿法充填。29（6）在噴射側壁下部時，需將上半斷面噴射時的回彈物清理干凈，防止將回彈物卷入下部噴層中形成“蜂窩”而降低支護強度。（7）經常檢查噴射機出料彎頭、輸料管和管路接頭，發現問題及時處理。管路堵塞時，必須先關閉主機，然后才能進行處理。（8）噴射完成后應先關主機，再依次關閉計量泵、震動棒和風閥，然后用清水將機內、輸送管路內殘留物清除干凈。（9）噴射混凝土冬期施工時，洞口噴射混凝土的作業場合應有防凍保暖措施；作業區的氣溫和混合料進入噴射機的溫度均不應低于5°C；在結冰的層面上不得進行噴射混凝土作業；混凝土強度未達到6MPa前，不得受凍。30

圍巖內應力大和內應力變化大的地段，變形量大，素混凝土容易開裂、掉塊，摻入一定量的鋼纖維或聚合物纖維，可以改善噴射混凝土的抗拉、抗壓及抗剪性能，增加噴層的柔性和抗裂性。鋼纖維噴射混凝土的一個主要特點是具有良好的韌性，即在基體混凝土開裂后產生較大塑性變形時能保持承載力不明顯降低，可適應巖爆和大變形情況下的應力釋放，具有吸收變形的能力。作為初期支護，控制一定程度的開裂是允許的，而鋼纖維混凝土的韌性可使與巖面緊密貼合的噴層不但具有一定的柔性，而且在與圍巖共同變形過程中持續有效地提供支護抗力，從而有效地適應和控制圍巖的變形。五、鋼纖維噴射混凝土3132原材料要求：（1）鋼纖維內不得含有明顯的銹蝕、油脂及其他妨礙鋼纖維與水泥粘結的雜質，其中因加工不良造成的粘連片、鐵屑及雜質不應超過鋼纖維重量的1%。鋼纖維內不得含有妨礙水泥硬化的化學成分。（2）鋼纖維宜用普通碳素鋼制成，抗拉強度不得小于600MPa，應能承受一次彎折90°不斷裂。鋼纖維斷面直徑（或等效直徑）應為0.3mm～0.8mm，長度應為20mm～35mm，并不得大于輸料軟管以及噴嘴內徑的0.7倍，長徑比為30～80，長度偏差不應超過長度公稱值的±5%。

333）鋼纖維摻量宜根據彎曲韌度指標確定，并應考慮到噴射時鋼纖維混凝土各組分回彈率不同的影響，以噴射到巖面上的鋼纖維混凝土中鋼纖維的實際含量作為依據。鋼纖維噴射混凝土的鋼纖維實際含量不宜大于78.5kg/m3（體積率1.0%）。鋼纖維的長徑比404550556065707580最小實際含量（kg/m3）655040353025202020最小實際體積0.830.640.510.450.380.320.250.250.2534（4）鋼纖維噴射混凝土的強度等級不應低于C25，并應滿足結構設計對抗壓強度、抗拉強度、抗折強度的要求。（5）鋼纖維噴射混凝土用骨料應采用連續級配，粗骨料最大粒徑不宜大于10mm，砂率不應小于50%。（6）鋼纖維噴射混凝土的原材料中宜加入礦渣粉或粉煤灰等活性摻和料。設計無要求時，礦渣粉的摻量可為水泥重量的5%～15%，粉煤灰的摻量可為水泥重量的15%～30%。摻和料摻量的選擇應通過試驗確定。（7）鋼纖維噴射混凝土宜采用無堿速凝劑，其摻量應根據試驗確定，通常為水泥用量的2%～5%；如摻入高效減水劑或增塑劑，其品種和劑量應通過試驗確定，并應經現場試噴檢驗。35配合比設計原則：（1）根據鋼纖維噴射混凝土抗壓強度要求確定水膠比。（2）根據彎曲韌度比和彎拉強度要求確定鋼纖維摻量。（3）根據和易性和輸料性能確定