喷射混凝土支护在新奥法施工中的应用摘要：喷射混凝土支护作为新奥法施工的主要支护方式起着相当大的作用，因此对喷射混凝土支护的进行研究具有一定意义。

选取山西太（原）长（治）高速公路一期工程第二十四合同段为研究对象，研究其喷射混凝土的原材料及配比、施工方案、支护结构、常见问题，通过合理选择喷射混凝土的原材料，精确地配合比设计，正确选择喷射机械和工艺流程，严格控制喷射施工质量，使喷射混凝土作为围岩开挖后的主要支护构件，达到设计的作用效果。

关键词：喷射混凝土；新奥法；施工方案；支护结构1.引言大量地下工程实践证明．隧道和地下洞室工程的核心问题在开挖和支护两个关键工序上。

即如何开挖才能更有利于洞室的稳定和便于支护，如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖，这是隧道工程中两个互相制约又互相促进的问题。

[1]在隧道施工中利用新奥法是奥地利隧道工程师腊布希维提出的，以控制爆破为开挖方法，以喷射混凝土和锚杆支护为主要手段，通过监控量测控制围岩变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工方法，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力，重要工序为锚喷支护和监控量测。

[2]喷射混凝土支护作为围岩开挖后的主要支护构件起着相当大的作用, 主要可以归纳为以下几点: 支持围岩作用;“卸载”作用;填平补强围岩; 覆盖围岩表面；阻止围岩松动；分配外力等。

喷混凝土有干式、潮式、湿喷、SEC 等。

干式喷混凝土和湿式混凝土两种方式在工程中表现各有特长。

湿式喷混凝土技术的主要优点是生产效率高, 适合大断面隧道的喷射施工, 包括添加剂和钢纤维在内的混合料的配量易于控制, 有较少的粉尘和较低的回弹率。

但是在另一方面也应注意到干式喷射法仍在发展中, 特别是随着目前新材料的不断出现, 各种功能的添加剂都大大提升了混凝土的性能和适用能力。

2.喷射混凝土的原材料及配比选取山西太（原）长（治）高速公路一期工程第二十四合同段为研究对象，此工程由中铁十二局二处承建，兴盛垴隧道是该合同段的控制性工程，该隧道为双幅隧道，上行线起止里程为LK128+945~L129+510，全长565 m，其中明洞20 m，Ⅱ类围岩浅埋145 m，Ⅲ类围岩衬砌170 m，Ⅳ类围岩衬砌230 m，下行线起止里程为RK129+010~RK129+515，全长505 m，其中明洞45 m，Ⅱ类围岩浅埋140 m，Ⅲ类浅埋衬砌60 m，Ⅲ类围岩衬砌120 m，Ⅳ类围岩衬砌140 m，隧道全长1070 m（单洞），设计净空为9.75 5.0 m，隧道纵坡2.7%，上下行线隧道分别位于半径680 m和1050 m的平行线上。

[3]根据围岩类别采取台阶法或全断面法开挖，在施工中投入先进的施工机械设备，组成钻、爆、挖、装、运、锚、衬等机械化作业线。

综合考虑两个洞口处施工条件，决定从出口处进洞。

Ⅱ类围岩采用正台阶法开挖，开挖上导时预留核心土，Φ25mm超前小导管，Φ25mm中空锚杆泥浆，喷锚网，钢架初期支护；Ⅲ类围岩采用正台阶法开挖，小导管超前支护，Φ25mm中空锚杆泥浆，喷锚网，钢架初期支护；Ⅳ类围岩地段采用全断面法开挖，砂浆锚杆钢筋网喷锚支护。

2.1.水泥为保证喷射混凝土的凝固时间，并与速凝剂有较好的相溶性，要求水泥具有强度高、抗渗好和耐久性好，应优先选用强度等级32.5R的普通硅酸盐水泥，其次是矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥，软弱围岩应采用早强水泥。

2.2.粗骨料为防止喷射混凝土在喷射过程中堵塞管道，减少回弹量及保证混凝土支护结构的强度，应采用坚固耐久的碎石，粒径不宜大于15mm。

2.3.细骨料为保证喷射混凝土强度和减少施工作业粉尘，减少混凝土硬化时的收缩裂纹应采用坚硬耐久的中粗砂，级配应符合JTJ 041-2000混凝土用砂,Ⅰ、Ⅱ区范围，细度模数一般宜大于2.5，含水量宜控制在5~7 %，若超过7 %，喷射时易造成堵塞。

2.4.水为保证喷射混凝土正常凝结和硬化，保证强度和稳定性，不得使用污水及pH值小于4的酸性水和含硫酸盐量超过1 %的水，也不得使用含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的其他水。

2.5.外加剂应符合《混凝土外加剂》（JC473-477-92）的有关规定，掺外加剂（速凝剂）之前应做与水泥相溶性试验及水泥净浆速凝效果试验，初凝不应大于5 min，终凝不应大于10 min ，速凝剂平时保持干燥以防受潮变质，掺外加剂后的喷射混凝土性能必须满足设计要求。

掺量应通过试验确定，掺量少起不到应有的效果，掺量多对混凝土反而不利。

若使用碱水性速凝剂，砂、石料均不得含有活性SiO2、O3，否则会产生碱骨料反应，引起混凝土开裂。

2.6.级配喷射混凝土的级配应在表范围内。

2.7.配合比喷射混凝土配合比应通过试验确定，满足设计强度和喷射工艺要求，即易喷射、不堵塞、减少回弹量和粉尘，同时要符合设计要求的质量好、强度高、密实度高、防水性能好等。

几个主要设计参数如下：（1）干集料中水泥与砂石重量比一般为1∶4~1∶4.5，实践证明这种配合比能满足喷射混凝土强度要求，回弹量也较少；（2）砂率一般为45~55 % ，实践证明低于45%或多于55%均易造成堵塞，回弹量大，强度低，收缩加大。

注意不宜采用细砂，否则会影响喷射混凝土强度，增加其收缩开裂。

（3）水灰比一般为0.4~0.45，实践证明水灰比太小会产生粉尘大、回弹量多、粘结性低、喷层会产生干斑及砂窝等现象，并影响喷射混凝土的密实性。

而水灰比若太大，会使喷射混凝土的强度降低，速凝效果差，造成喷层流淌、滑移和坍落等现象。

3.施工方案3.1施工准备。

检查喷射地点的安全情况和巷道规格。

喷前首先排除作业范围内不安全因素，确认安全没有问题时，然后全面检查巷道断面是否满足设计尺寸要求，有欠挖部分应除掉，以保证成巷规格。

喷前检查设备与管路的完好情况。

冲洗岩帮。

喷射手在喷射前用压力水冲洗岩帮，以冲洗粉尘和浮矸，提高了混凝土与岩壁的粘着力。

降低回弹。

对于软岩和易风化的岩石，一定不要冲洗全部巷道，因为冲洗过的巷道，若不能及时喷浆，受水冲洗过的围岩容易片帮冒落，应做到洗一段喷一段。

掌握轮廓线。

在喷射范围内的巷道顶部中心与两肩窝部位，两侧拱基线上下七个部位，沿巷道轴线方向在巷道轮廓线上用铅丝拉好控制线，控制线多少视巷道成型情况和喷射手技术熟练程度而定。

3.2喷射顺序喷射作业要求喷射手严格按操作规程进行。

操作喷头时一手托住喷头，一手调节水阀，再联系送料，开始喷射。

喷头移动方式，可先向受喷的刚性岩面用左右或上下移动的扫射方式喷一薄层，形成一薄塑性层，然后在此薄层上以螺旋状一圈压半圈，沿横向作缓慢的划圈运动，划出的圆圈直径一般以100mm～150mm为宜，喷射顺序应先墙后拱，自下而上，以防止混凝土因自重而产生裂缝和脱落，墙基脚要喷严喷实，拉开区段，顺次喷完半边巷道，然后调转喷头喷另半边巷道，最后合拢收顶。

对于一些凹凸不平的特殊岩面，应先凹后凸，自下而上地正确选择喷射次序，遇到较大或较深的凹坑，可采取间隔时间分层喷射，或沿周边分成几块喷射而向中间合拢的方法。

若遇光滑岩面，可先薄薄喷上一层砂浆，形成粗糙表面，间隔一段时问后再喷射。

遇有钢筋时，应采用近距斜向和快速“点射”的方式喷射，以保证钢筋后面喷射密实不留空隙。

3.3喷头位置喷头一般距喷射点0.8m～1.2m为宜，若距离过大，会使喷射料束分散，以致射捣无力，影响喷射层质量和增加回弹量;若距离太近，会引起灰浆回溅，回弹剧增。

喷头与喷射点的角度在喷射两帮时，由下而上喷射，喷混凝土可将喷头下俯10。

～15。

，喷浆时可将喷头下俯5。

～10。

，其他方向始终要求喷头的喷射方向垂直于受喷面。

3.4喷头的操作喷射手要经常保持喷头的完好，应做到：喷头在作业前应进行检查，各部件连接要严密，无漏水漏风现象，结束后应及时用水清洗干净，并使水眼保持畅通;经常注意检查拢料管、水环有连接部件的磨损程度，发现磨损或磨穿要及时更换。

人工操作时，喷头由喷射手掌握，另设一人协助移动输料胶管，随时注意不使胶管出现硬弯和死弯。

掌握喷头的方法是：一手握紧喷头，控制喷射方向和转动速度，另一手握住水环进水阀门，控制加水量。

另外可使用MK一Ⅱ型风动液压传动的混凝土喷射机械手和JP4型电动液压机械手，以改善劳动条件，保证安全施工。

3.5一次喷射厚度当喷射混凝土支护要求较厚，如超过100mm时，一般应分层喷射。

一次的喷层厚度：侧墙下部可达70mm～80mm，拱顶一次喷厚可为30mm～40mm。

当喷射材料中掺加速凝剂时，一次喷射厚度一般可增加一倍左右。

加速凝剂时，分层喷射的间隔时间为15min～20min。

3.6水灰比的控制掌握合适的水灰比对保证混凝土质量，减少回弹率和降低粉尘有密切关系。

在实际操作中靠喷射手的经验来控制，喷射时以喷射面无干斑、无流淌、表面有光泽为宜。

3.7速凝剂的掺量控制速凝剂的掺量必须严格进行控制，在喷射前的最短时间内加入，尽量做到边搅拌边喷射。

速凝剂能使喷射混凝土凝结速度快，早期强度高，后期强度降低，干缩变形增加不大。

合适的速凝剂应使初凝在3min～5min范围内，终凝不大于10min。

一般速凝剂的掺量为水泥重量的2.5%～4%，使用不同速凝剂和不同水泥应作掺合比试验，以取得合理配比，当速凝剂掺量大于7%时，会出现一种“急凝”现象，并大大地降低混凝土的后期强度。

3.8喷射混凝土的养护混凝土喷完2h～4h后，应开始喷水养护，喷水次数以保持混凝土具有足够的湿润状态为好，喷水养护时间不得少于7d。

4.喷射混凝土支护结构4.1喷砂浆支护巷道周围围岩表面喷一层砂浆的支护形式，主要用以封闭围岩使之不与大气环境接触，减缓风化、侵蚀作用。

一般用于Ⅰ、Ⅱ类岩石巷道支护。

喷砂浆的标号不应低于75号，喷砂浆的厚度不小于10mm，不大于30mm。

4.2喷射混凝土支护这是在井巷围岩表面喷射一层混凝土，与围岩自持能力相结合，共同支护巷道的一种形式，广泛应用于Ⅱ、Ⅲ类岩石和大部Ⅳ类岩石。

喷射混凝土支护根据其使用功能，即临时支护、永久支护，或初喷、复喷的要求，喷射混凝土厚度最小30mm，最大200mm。

喷射混凝土的强度，一般工程不低于C15，重要工程不低于C20，喷射混凝土容重可取2200kg/m3，弹性模量C15和C20分别取1.85×104和2.1×104。

喷射混凝土与围岩的粘结力Ⅰ、Ⅱ类围岩不应低于0.8Mpa，Ⅱ类围岩不应低于0.5Mpa。

4.3锚杆喷射混凝土支护这是锚杆和喷射混凝土联合支护的一种结构形式，广泛应用于Ⅲ、Ⅳ类围岩和一部分Ⅱ类围岩。

这种结构既能充分发挥锚杆的作用，又能充分发挥喷射混凝土的作用，这两种作用的结合，有效改进了支护的效能。

4.4锚杆喷射混凝土金属网联合支护锚杆、金属网和喷射混凝土进行联合支护的一种形式。