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隧道喷射混凝土回弹率控制措施

作者：王亚戎

来源：《信息周刊》2014年第29期

【摘要】在隧道施工中喷射混凝土已广泛应用在初期支护上，但目前隧道施工中喷射混凝土的回弹率平均都在40%以上，不但原材料浪费较大，增加施工成本，而且过大的回弹率使施工现场空气中粉尘含量过高，严重威胁到施工人员的健康安全。本文就主要对隧道喷射混凝土回弹率控制相关问题进行了简要分析。

【关键词】隧道喷射；混凝土回弹率；控制措施

一、影响喷射混凝土回弹的因素

1、输料管距离影响

喷射混凝土时，干料在输料管里向喷头输送的过程中，管内界面上的力都是相同的，而水泥、砂子和石子的重量不同，因而三种物料在输料管中的运动轨迹不同。即水泥在管道上部悬浮，砂子在管道中部半悬浮，而石子则在管道底部滚动，这样原本混合均匀的物料又被重新分级。管路越长这种在管道中分层的现象就越明显。

2、工作风压影响

工作风压是喷射混凝土施工中第一个非常重要的工艺参数。实践证明：当风压小于

0.04MPa时，不但干料在管路中容易分层，而且在喷出后成平抛运动，导致喷在围岩上的物料，泥浆多，砂石少，且容易堵塞管路；当风压大于0.1MPa时，物料喷出后，虽成直线运动，但是速度过快增加了回弹率；当风压在0.06～0.08MPa时，喷头与围岩的距离为1m时，物料的喷束直径一般为0.2m左右，物料集中不分离，喷到围岩上的速度适宜。

3、混凝土的配合比

根据混凝土的抗拉强度测试得到水泥、砂子和石子的比例为1∶2∶2.5的比例为最佳。速凝剂的比例对减少回弹，提高早期强度，缩短初凝时间起着非常重要的作用。但是过量的速凝剂会降低混凝土的后期强度，因此速凝剂掺入水泥的用量以5%为最佳。试验得出水灰比在0.4～0.45之间回弹率低且强度高。但水量的控制要靠喷射手的经验进行控制。

4、喷射手的操作

喷射手的操作水平是影响喷射混凝土质量、回弹率的主要影响因素。喷头要尽量垂直围岩，与围岩的角度不宜小于70°。实践证明，喷头与围岩近乎时，物料的回弹率一般为6%-

9%。喷射混凝土时，喷头的旋转移动也是降低回弹率的重要方式之一。喷头旋转移动可以有效降低干料在管道中的分层和喷出后平抛运动对喷浆施工质量的影响。

二、喷射混凝土回弹率控制措施

1、原材料的质量控制

（1）水泥。喷射混凝土水泥应选择早期强度增长快，收缩小，并且能与掺入的速凝剂快速反应的水泥，从而加快凝结速度，以便减少回弹量，在实际生产当中应优先选用标号不低于42.5的早强水泥。

（2）砂子。喷射混凝土时砂子最好使用中粗砂，试验证明，细度模数在3.1-3.3之间，含泥量小于4.5%，含水率在5%-7%之间为宜。砂子过细时收缩增大，并且施工时粉尘增大，不利于施工；砂子过粗，砂子与碎石不能均匀的混合，回弹量显著增大。

（3）碎石。碎石过大回弹量增大，并且施工过程中容易堵管，对机器磨损严重；碎石过小回弹量减少但混凝土强度不够。

（4）外加剂。喷射混凝土的外加剂主要使用速凝剂，其主要目的使喷射混凝土的凝结速度加快，一则减少回弹损失，防止喷射混凝土因重力作用引起的脱落；再次确保了下个工序施工的安全性、时效性。

2、配合比控制

（1）水泥用量。在实际生产过程发现水泥用量太少回弹量显著增大，并且混凝土强度不足；水泥用量过多时不仅粉尘增大同时也造成混凝土收缩量增加也造成回弹量增加。据某项研究表明：喷射混凝土水泥用量超过450kg/m3时增大水泥用量对混凝土强度影响不是很明显。

（2）水灰比。在喷射混凝土过程中，混凝土表面若出现干斑时不仅回弹量增大而且粉尘增大，不利于施工。若喷射混凝土表面出现水流，则表明水灰比过大，也容易造成回弹量增大。喷射混凝的最佳水灰比控制在0.45-0.55之间。

3、施工工艺控制

（1）风压控制。在喷射混凝土作业时，输料管长度一般在15m左右，喷嘴与喷射岩面的距离在0.8-1.2m时，喷射机风压控制在0.2-0.45MPa时回弹量最小，考虑到因隧道输风管造成的风力浪费应根据隧道长度与风管的密封程度控制风源压力，对于1000米以下隧道风管密封程度较好的情况下风源压力控制在0.2-0.5MPa。风源压力过大或过小都会导致回弹量增大。水压过小，混合料因不能充分水化湿润混凝土喷射面将出现干裂，回弹量增大，并且混凝土强度大大降低；水压过大时喷射混凝土因没有初凝而被水流冲洗直接脱落，在实际生产当中，通常

在喷头口接直径为100mm长为0.6-0.8m的塑料管目的使混合料和水在喷射管口充分混合均匀。实践证明，水压应比风压高0.1-0.15MPa时喷射效果最好。

（2）喷射角度控制。在喷射平整岩面时，喷嘴与受喷岩面应垂直，如果在喷射混凝土过程中喷射口与受喷面没有垂直时，回弹量将大大增加。因此隧道喷射混凝土在拱腰和拱顶处喷射施工出要特别注意。但在喷边墙时，宜将喷嘴略向下俯10°左右，使混凝土束喷射在较厚的混凝土顶端。由于混凝土束喷射在呈黏塑性状态的混凝土上，可避免料束中的粗集料直接与岩面撞击，减少回弹量。

（3）距离控制。在喷射混凝土过程中距离的远近对喷射混凝土的质量和回弹量的影响很大，距离太远，会使喷射混凝土回弹率增大，混凝土密实度降低从而造成混凝土强度不够，距离太近，因风压、水压冲击造成未初凝的混凝土脱落，回弹量不仅增大而且回弹骨料有可能伤及喷枪手。通过实验获得当风压控制合理时，喷嘴与受喷岩面的距离控制在0.8-1.2m弹量最少。

（4）分层喷射厚度控制。一次喷射混凝土过厚常常造成混凝土下垂或脱落，造成回弹量增加。这是由于混凝土因没有达到一定的强度而因自重过大出现脱落现象。施工中发现在刚刚开始喷射混凝土时，回弹量最大，骨料几乎被回弹，当岩面上层形成0.5-1cm的砂浆层时，回弹量将减少，喷射混凝土达到5cm时回弹量基本稳定下来。施工中发现在喷射混凝土前先对隧道岩面进行湿润可以有效的减少回弹。

（5）各喷层时间间隔的控制。在喷射混凝土过程中因各喷层时间间隔掌握不当造成回弹量增大。一种是间隔时间太短喷射混凝土未初凝而被风压水压冲击而脱落，造成回弹增大；另一种是时间间隔太长喷射混凝土已初凝再次喷射式骨料不能镶嵌到混凝土面造成回弹增大。因此在施工过程中因按照混凝土的初凝时间以及是否添加速凝剂而控制喷层时间间隔。

（6）喷射顺序。混凝土喷射应采取分块、分段由下而上先拱脚后边墙和拱腰，最后拱顶的喷射顺序进行。对因爆破开挖超挖面积过大的岩面时，采取先两边后中间，从上而下进行。对因超挖严重的大坑可采取分层喷射，并且在喷射的过程中采取逐层挂舍钢筋网片的方法，以减少回弹量。

（7）工人熟练程度。喷枪手对喷射混凝土技术掌握的好坏对回弹量影响很大。喷射口匀速而缓慢的以顺时针方向做螺旋运动时，可以形成均匀的喷射混凝土。因此日常生产过程中应加强工人技能培训，做好工人防护措施。

（8）合成纤维.由于纤维的联接作用喷射出的混凝土拌和料粘聚性非常好大大降低了回弹量；另一方面加入合成纤维可以减少喷射混凝土的收缩裂纹从而提高强度合成纤维的掺量宜控制为1.2kg/m3。

（9）混凝土中掺入硅石粉，能显著改善塑形混凝土的粘附性和凝聚性，大幅度减低回弹量，增大喷射混凝土一次成型厚度，缩短工期，节省工程造价。

三、结束语

喷射砼喷射方式分为干喷、潮喷、湿喷及混合喷射等方式，无论采用哪种方式都需要从材料、施工配合比及施工工艺上去控制，才能降低回弹率，保证喷射砼的强度，为今后隧道喷射混凝土施工提供参考。

参考文献：

[1]陈建勋.隧道工程试验检测技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]宁夏交通运输厅.宁夏高速公路施工标准化管理指南（隧道）[M].银川：阳光出版社，2012.

[3]高峰.煤矿井下辅助运输系统设计方法与智能调度研究[D].山东科技大学，2011.