第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法三、噴射混凝土

噴射混凝土既是一種新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，又是一種新的施工工藝。它是使用混凝土噴射機(jī)，按一定的混合程序，將摻有速凝劑的細(xì)石混凝土，噴射到巖壁表面上，并迅速固結(jié)成一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而對(duì)圍巖起到支護(hù)作用。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法1、噴混凝土的作用(2)“卸載”作用(1)支撐圍巖(3)填平補(bǔ)強(qiáng)圍巖承載圈NN粘結(jié)粘結(jié)剪切剪切第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(4)覆蓋圍巖表面(5)阻止圍巖松動(dòng)(6)分配外力潮氣裂隙水ττ第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法2、噴混凝土的特點(diǎn)及力學(xué)性能(1)噴射混凝土具有強(qiáng)度增長(zhǎng)快、粘結(jié)力強(qiáng)、密度大、抗?jié)B性好的特點(diǎn)。它能較好地填充巖塊間的裂隙的凹穴，增加圍巖的整體性，防止自由面的風(fēng)化和松動(dòng)，并與圍巖共同工作。

噴混凝土的特點(diǎn)

(2)與普通模筑混凝土相比，噴射混凝土施工將輸送、澆注、搗固幾道工序合而為一，更不需模板，因而施工快速、簡(jiǎn)捷。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法噴層的力學(xué)性能(3)噴射混凝土能及早發(fā)揮承載作用。它能在10min左右終凝，一般2h后即具有強(qiáng)度，8h后可達(dá)2MPa，16h后達(dá)5MPa,一天后可達(dá)7~8MPa，四天達(dá)到28d強(qiáng)度的70%左右。(4)試驗(yàn)表明，噴射混凝土與模筑混凝土相比，密實(shí)性和性能穩(wěn)定性要差。而性能較干式噴射混凝土有顯著改善。

噴射混凝土的主要力學(xué)特性有強(qiáng)度和變形特性。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

主要強(qiáng)度指標(biāo)：設(shè)計(jì)強(qiáng)度與受壓彈性模量。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

噴射混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度包括抗拉粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪粘結(jié)強(qiáng)度。前者用于衡量噴射混凝土在受到垂直于界面方向拉應(yīng)力作用時(shí)的粘結(jié)能力，后者則反映抵抗平行于界面作用力的能力。噴射混凝土與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度：與待噴巖石性質(zhì)、巖面條件、節(jié)理充填物等有密切關(guān)系。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法新噴射混凝土與原噴混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度:抗剪粘結(jié)強(qiáng)度一般為0.7~2.85MPa，與噴射混凝土界面的抗拉粘結(jié)強(qiáng)度是1.47~3.49MPa。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法3、噴射工藝種類噴射混凝土的工藝流程有干噴、潮噴、濕噴和混合噴四種。

主要區(qū)別是各工藝的投料程序不同，尤其是加水和速凝劑的時(shí)機(jī)不同。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法細(xì)骨料粗骨料水泥攪拌機(jī)干式噴射機(jī)壓縮空氣速凝劑水噴頭干噴、潮噴工藝流程第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法細(xì)骨料粗骨料水泥水外加劑攪拌機(jī)濕式噴射機(jī)壓縮空氣速凝劑濕噴工藝流程第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

干噴的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的粉塵量大，回彈量大，加水是由噴嘴處的閥門控制的，水灰比的控制程度與噴射手操作的熟練程度有關(guān)。但使用的機(jī)械較簡(jiǎn)單，機(jī)械清洗和故障處理容易。

潮噴是將骨料預(yù)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(shí)的粉塵。但大量的水仍是在噴頭處加入和噴出的。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

濕噴混凝土質(zhì)量容易控制，噴射過程中的粉塵和回彈量很少。但對(duì)噴射機(jī)械要求較高，機(jī)械清洗和故障處理較麻煩。對(duì)于噴層較厚的軟巖和滲水隧道，則不易使用濕噴。混合噴射又稱水泥裹砂造殼噴射法，是將一部分砂加第一次水拌濕，再投入全部水泥強(qiáng)制攪拌造殼；然后加第二次水和減水劑拌和成SEC砂漿；將另一部分砂和石、速凝劑強(qiáng)制攪拌均勻。然后分別用砂漿泵和干式噴射機(jī)壓送到混合管混合后噴出。

砂漿泵第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法攪拌機(jī)攪拌機(jī)干噴機(jī)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第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法混合噴射是分次投料攪拌工藝與噴射工藝的結(jié)合，關(guān)鍵是水泥裹砂(或砂、石)造殼技術(shù)。由于噴射工藝的不同，噴射混凝土強(qiáng)度不同，干噴和潮凝土強(qiáng)度較低，一般只能達(dá)到C20，而混合噴射和濕噴則可達(dá)到C30~C35。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法4、素噴混凝土設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)噴射混凝土設(shè)計(jì)的最低強(qiáng)度不應(yīng)低于15MPa，一般設(shè)計(jì)強(qiáng)度為20MPa，一天齡期抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于5MPa。對(duì)Ⅱ~Ⅲ級(jí)圍巖，噴射混凝土與巖面的粘結(jié)強(qiáng)度不應(yīng)低于0.8MPa，對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖，噴射混凝土與巖面的粘結(jié)強(qiáng)度不應(yīng)低于0.5MPa。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

(2)噴射混凝土支護(hù)的設(shè)計(jì)厚度，防止圍巖風(fēng)化、浸蝕，不得小于30mm;作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，不得小于50mm；若圍巖含水，不得小于80mm；為防止由于收縮裂紋而剝落并妨礙柔性特點(diǎn)的發(fā)揮，以及減少在軟弱圍巖中產(chǎn)生較大變形壓力，噴射混凝土最厚不宜超過200mm。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(3)在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖中，易出現(xiàn)局部不穩(wěn)定巖塊，噴射混凝土的設(shè)計(jì)厚度應(yīng)按下式驗(yàn)算：(4)噴射混凝土中含有較多的大小適中、分布均勻、彼此不串通的氣泡，故提高了抗?jié)B性。一般若水灰比不超過0.55時(shí)，可以達(dá)到P8。要求有較高的抗?jié)B性時(shí)，水灰比最好不超過0.45~0.50。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(5)采用水泥裹砂噴射工藝時(shí)，造殼水灰比與砂子的細(xì)度模數(shù)關(guān)系很大，砂子越細(xì)，其表面需水量越大，則需要較大的造殼水灰比。一般在0.15~0.35范圍內(nèi)。

與水泥品種亦有很大關(guān)系，一般地，礦碴水泥、火山灰水泥較之硅酸鹽(普通硅酸鹽)水泥的最佳造殼水灰比大0.05以上。

對(duì)普通中砂，當(dāng)造殼水灰比W1/C為0.20~0.25時(shí)，28d強(qiáng)度及其它指標(biāo)均最高，稱為最佳造殼水灰比。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(6)拌制SEC砂漿應(yīng)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，以縮短攪拌時(shí)間和改善造殼效果。尤其第二次加水后的攪拌時(shí)間不能太長(zhǎng)，要加以嚴(yán)格控制。原料(1)水泥要求摻入速凝劑后凝結(jié)快、保水性好、早期強(qiáng)度增加快、收縮小。一般優(yōu)先采用425號(hào)以上的普通硅酸鹽水泥，

(2)砂子（細(xì)骨料）一般采用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)一般宜大于2.5。砂的含泥量不大于3％，砂中小于0.075mm的顆粒不應(yīng)大于20%。(4)水。水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)。不得使用污水、海水、PH值小于4.5的酸性水和含硫酸鹽量(按SO42-計(jì)算)超過水的重量1%的水。(3)石子（粗骨料）應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的卵石或碎石。石子的最大粒徑與混凝土噴射機(jī)的輸料管直徑有關(guān)，一般不宜超過管內(nèi)徑的1/3，目前最大粒徑采用15mm。(5)速凝劑

目的：加速噴射混凝土的凝結(jié)、硬化，提高早期強(qiáng)度；減少噴射混凝土的回彈量；防止因重力作用而引起噴射混凝土的流淌或脫落；增大一次噴射厚度，縮短分層噴射的時(shí)間間隔。

要求：摻用后，噴射混凝土能快凝早強(qiáng)（初凝時(shí)間不應(yīng)大于5min，終凝時(shí)間不應(yīng)大于10min），收縮變形小，對(duì)溫度和水灰比變化不敏感，對(duì)混凝土后期的物理力學(xué)性能無(wú)顯著不良等，對(duì)混凝土和鋼筋無(wú)腐蝕作用。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法配比(1)干集料中水泥與砂石重量比，一般為1:4~1:4.5，每立方米干集料中，水泥用量約為400kg。(2)砂率一般為45%~55%。實(shí)踐證明，低于45%或高于55%時(shí)，均易造成堵管，且回彈大，強(qiáng)度降低，收縮加大。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(3)水灰比一般為0.4~0.45。采用水泥裹砂噴射工藝時(shí)，還應(yīng)試驗(yàn)選擇最佳造殼水灰比。(4)速凝劑和其它外加劑的摻量，由試驗(yàn)來確定最佳摻量，并達(dá)到各齡期的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。(5)噴射混凝土攪拌時(shí)間及攪拌后臨時(shí)存放時(shí)間均應(yīng)按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法噴射混凝土機(jī)械設(shè)備(1)噴射機(jī)。干式噴射機(jī)濕式噴射機(jī)第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(2)機(jī)械手。噴頭的移動(dòng)和噴射方向、距離的控制，可采用人力直接控制或機(jī)械手控制。(3)噴射混凝土的拌制宜用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。噴射砼工藝流程施工準(zhǔn)備受噴面處理埋設(shè)噴層厚度標(biāo)釘機(jī)具到位接通風(fēng)水電、試機(jī)結(jié)束原材料進(jìn)場(chǎng)檢查質(zhì)量檢查合格不合格初噴混凝土作業(yè)復(fù)噴混凝土作業(yè)選定混凝土配比選定混凝土配比攪拌車運(yùn)輸噴料補(bǔ)噴、調(diào)整配合比第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法噴前檢查及準(zhǔn)備(1)開挖斷面尺寸檢查，清除松動(dòng)危巖，欠挖超標(biāo)嚴(yán)重的應(yīng)予處理。(2)根據(jù)石質(zhì)情況，用高壓風(fēng)或水清洗受噴面。(3)受噴巖面有集中滲水時(shí)，作好排水引流處理，無(wú)集中水時(shí)，根據(jù)巖面潮濕程度，適當(dāng)調(diào)整水灰比。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(4)埋設(shè)噴層厚度檢查標(biāo)志，一般是在石縫處釘鐵釘，或用快硬水泥安設(shè)鋼筋頭，并記錄其外露長(zhǎng)度。(5)檢查調(diào)試好各機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)。施噴注意事項(xiàng)

(1)噴射時(shí)應(yīng)分段(不超過6m)、分部(先下后上)、分塊(2.0m×2.0m)，嚴(yán)格按先墻后拱，先下后上的順序進(jìn)行，以減少混凝土因重力作用而引起的滑動(dòng)或脫落現(xiàn)象發(fā)生。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(2)噴射時(shí)可以采用S形往返移動(dòng)前進(jìn)，也可以采用螺旋形移動(dòng)前進(jìn)。1237896542m2m2m1.5m邊墻噴射分區(qū)及噴射順序1.5m1.5m第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法拱腳線拱頂中心線2m2m2m23654131078911121415拱圈噴射分區(qū)及噴射順序1第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(3)噴射時(shí)噴嘴要垂直于受噴面，傾斜角不大于10°，距離0.8~1.2m。

(4)對(duì)于巖面凹陷處應(yīng)先噴多噴，凸出處應(yīng)后噴少噴。(5)噴射時(shí)一次噴射厚度不得太薄或太厚，它主要與混凝土的粘結(jié)力和受噴部位及回彈情況等有關(guān)。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(6)設(shè)計(jì)噴層較厚，應(yīng)分層噴射，一般分2~3層噴射；一般要在初噴混凝土終凝以后再進(jìn)行復(fù)噴。間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，復(fù)噴應(yīng)將初噴混凝土表面清洗干凈，復(fù)噴應(yīng)將凹陷處進(jìn)一步找平。(7)應(yīng)在其終凝2h后進(jìn)行水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不少于14d。(8)冬季施工時(shí)作業(yè)區(qū)的氣溫不得低于5℃；若氣溫低于5℃，亦不得灑水；未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%時(shí)，若氣溫降低到5℃以下，則應(yīng)注意采取保溫防凍措施。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(9)回彈物料的利用。實(shí)測(cè)表明，采用干法噴射混凝土?xí)r，一般邊墻的回彈率為10%~20%，拱部為20%~35%，回彈量相當(dāng)大。應(yīng)設(shè)法減少回彈，將回彈物料回收利用。

及時(shí)回收的潔凈而尚未凝結(jié)的回彈物，可以按一定比例摻入混合料中重新攪拌后噴射，但摻量不宜大于15%，且不宜用于噴射拱部；回彈物的另一處理途徑是摻進(jìn)普通混凝土中，但摻量也應(yīng)加以控制。堵管問題處理

遇到堵管發(fā)生時(shí)，噴射機(jī)司機(jī)應(yīng)立即關(guān)閉馬達(dá)，隨后關(guān)閉風(fēng)源，噴射手將軟管拉直，然后用手錘敲擊以尋找堵管處。當(dāng)敲擊鋼管時(shí)發(fā)音混濁，或敲擊膠管時(shí)有發(fā)硬感覺處，即為堵管部位。找到堵管部位后，可將風(fēng)壓升到0.3~0.4MPa(不超過0.5MPa)，并用錘擊堵管部位，使其暢通。排出堵管時(shí)，噴嘴前方嚴(yán)禁站人，以免被噴傷。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法5、鋼纖維噴射混凝土

混凝土增強(qiáng)纖維鋼纖維非鋼纖維高彈纖維低彈纖維第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法噴纖維混凝土與噴普通混凝土的最大區(qū)別是：彎曲拉伸及抗剪強(qiáng)度大；峰值強(qiáng)度后的殘留強(qiáng)度大；峰值強(qiáng)度后的變形能力及韌性大，開裂發(fā)生后也能傳遞拉力；耐沖擊、抗凍融性好。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

鋼纖維噴射混凝土是在噴射混凝土中加入鋼纖維，彌補(bǔ)噴射混凝土的脆性破壞缺陷，改善噴射混凝土的物理力學(xué)性能。在發(fā)生很大荷載和變形的隧道洞口和斷層破碎帶、膨脹性圍巖、彎曲應(yīng)力大的扁平斷面、隧道分叉地段、發(fā)生復(fù)雜應(yīng)力的地段等，使用效果是很明顯的。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

鋼纖維的生產(chǎn)方法通常有鋼絲切斷法、薄鋼板切斷法、銑削法、熔抽法及軋制法。鋼纖維在投入攪拌機(jī)后，其形狀、尺寸要能均勻地分散到混凝土中，同時(shí)噴射混凝土要容易輸送、噴射。

第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

通常在噴射鋼纖維混凝土中，鋼纖維的直徑(或等效直徑)為0.3~0.6mm，長(zhǎng)度為20~40mm，長(zhǎng)徑比為40~60，鋼纖維的體積摻量為1％~2％。性能特點(diǎn)(1)鋼纖維噴射混凝土中的鋼纖維主要在噴射平面內(nèi)呈兩維分布，且相當(dāng)均勻。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(2)鋼纖維噴射混凝土的破壞呈塑性破壞，因此容許有較大的變形，裂縫出現(xiàn)后仍有一定的承載能力。(3)在一般摻量情況下比普通噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度提高30%~60%，抗拉強(qiáng)度提高50%~80%，抗彎強(qiáng)度提高40%~70%。(4)當(dāng)鋼纖維摻量大于1.5%時(shí)，鋼纖維噴射混凝土的韌性(加載至試件完全破壞所做的功)為普通噴射混凝土的20~50倍，抗沖擊性能提高8%~30%，抗磨損性能能提高30%第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)物理力學(xué)性能除與噴射混凝土的物理力學(xué)性能有直接關(guān)系外，同時(shí)與鋼纖維的形狀、尺寸、摻量、以及鋼纖維在基體材料中的分布狀態(tài)和排列方向、噴射工藝等有直接關(guān)系。(2)當(dāng)鋼纖維尺寸相同時(shí)，其抗拉、抗彎強(qiáng)度隨鋼纖維含量的增強(qiáng)而提高。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法鋼纖維摻量與抗拉、抗彎強(qiáng)度關(guān)系0.51.01.52.02.5100140180220260鋼纖維摻量(%)強(qiáng)度比（與素混凝土相比）1-抗拉強(qiáng)度：鋼纖維d=0.4mm，l=25mm2-抗彎強(qiáng)度：鋼纖維d=0.3mm，l=25mm12第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(3)當(dāng)鋼纖維長(zhǎng)度、摻量相同時(shí)，細(xì)纖維較粗纖維的強(qiáng)度有顯著提高(圖)。不同直徑鋼纖維在相同摻量下抗撓比較12荷載(kN)鋼纖維形狀：1-d=0.3mm；l=25mm2-d=0.4mm,l=25mm；鋼纖維摻量：2%1.02.03.04.05.02.04.06.08.010.00撓度(mm)第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(4)當(dāng)鋼纖維的尺寸相同，摻量高的較摻量低的抗沖擊性能顯著提高。鋼纖維摻量與抗沖擊性能的關(guān)系0.51.01.52.02.53.0010203040鋼纖維摻量(%)抗沖擊次數(shù)比（與素噴混凝土相比）第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(5)鋼纖維噴射混凝土的配合比：水泥:砂:石＝1:1.6:1.6，水泥標(biāo)號(hào)不低于525號(hào)，砂子采用中砂，石子采用篩洗卵石，最大粒徑10mm，鋼纖維摻量一般為噴射混凝土重量的1.0%~2.0%，規(guī)格尺寸為直徑×長(zhǎng)度＝0.3mm×20mm或0.4mm×20mm或0.4mm×25mm。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法施工要點(diǎn)(1)應(yīng)選用經(jīng)過實(shí)用檢驗(yàn)的噴射機(jī)械。主要問題是防止鋼纖維結(jié)團(tuán)堵管。(2)鋼纖維和基料必須拌和均勻，避免結(jié)成噴射機(jī)拔料盤堵塞或堵管。方法是先將水泥、砂、石拌和均勻，然后摻入鋼纖維和速凝劑，再拌和均勻，裝入運(yùn)輸車。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法(3)操作同普通噴射混凝土，但輸料管的磨耗大，一般要高于普通噴射混凝土30%~40%。(4)風(fēng)壓要比普通噴射混凝土高0.02~0.05MPa；當(dāng)輸送距離不大于40m時(shí)，風(fēng)壓一般可為0.05~0.18MPa。6、聚丙稀纖維噴射混凝土

聚丙烯纖維根據(jù)其形狀和構(gòu)造不同，可分為單絲纖維和網(wǎng)狀纖維。第三章山嶺隧道常規(guī)施工方法

聚丙烯纖維在混凝土的堿性環(huán)境下非常穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，表面憎水，100％的濕強(qiáng)保持率，質(zhì)量輕，價(jià)格低，加工性能優(yōu)良、不成團(tuán)、不纏結(jié)，混凝上的能量吸收能力和延性提高了，抗彎強(qiáng)度和疲勞極限也有提高，但抗壓強(qiáng)度提高不多。聚丙烯纖維減少了混凝土的早期塑性收縮裂紋并能阻止它們的發(fā)展，