Ⅰ 噴射混凝土施工工藝
一、施工工藝流程
噴射混凝土是一種新工藝，工藝流程一般由供料、供風和供水三個系統組成（圖12-5）。
圖12-5 噴射混凝土工藝
1.施工准備
施噴前應做好的准備工作主要包括以下兩個襪則方面：
（1）施工現場的准備：應清理施工現場，清除松動岩塊、浮石和牆腳的岩碴，拆除操作區域的各種障礙物，用高壓風、水沖洗受噴面。
（2）施工設備布置：做好施工設備的就位和場地布置，保證運輸線路、風、水、電暢通，保證噴射作業地區有良好的通風條件和充足的照明設施。
2.噴射作業
為了減少噴射混凝土的滑動或脫落，噴射時應按分段（長度不應超過 6 m）分片、自下而上、先牆後拱的順序操作。噴射作業前，應進行噴射機試運轉。噴射作業開始時，噴射機司機應與噴射手取得聯系，先送風後開機，再給料；噴射結束時，應待噴射機及輸料管內的混合料噴完後再停機、關風。噴射機供料應保持連續、均勻，以利噴射手控制水灰比。
噴射正常作業時，料斗內應存有足夠的存料。噴射作業結束或因故停止噴射時，必須把噴射機及輸料管內存料清理干凈，以防其凝結在機械、管路中形成隱患。正常噴射作業時，噴頭應正對受噴面呈螺旋形軌跡均勻地移動，以使混凝土噴射密實、均勻和表面光滑平順。
為了保證噴射質量、減少回彈量和降低噴射中的粉塵，作業時應正確控制水灰比，做到噴射混凝土表面呈濕潤光澤、無干斑或滑移流淌現象。
噴射作業時，要解決好一次噴射厚度和噴射間歇時間問題。噴層較厚時，噴射作業需分層進行，通常應在前一層混凝土終凝後方可施噴後一層。若終凝 1h 以後再進行二次噴射時，應先用壓氣、壓水沖洗噴層表面，去掉粉塵和雜物。
二、施工工藝參數
1.風壓和水壓
噴射混凝土是藉助壓縮空氣來輸送混合料的，風壓是否適當，對於減少混凝土的回彈量，保證噴射混凝土質量和降低粉塵都有很大影響。風壓過大，則噴射速度過高，會加大回彈量，材料損失也多。風壓過小，噴射力減弱，則混凝土密實性不好。因此應該根據實際情況調整風壓。
對於雙罐式，中國建築科學院提出其工作風壓＝1＋0.013×輸料長度，輸料長度單位為m。當向上垂直輸告則棚送時，每增加 10m需要增加風壓0.2～0.3kg/cm2。一般要求風源風壓4～6.5kg/cm2才能保證在噴嘴處的風壓穩定在 1～1.253kg/cm2。
水壓要保證高壓水從水管孔眼中高速射出形成水霧，使干拌和料充分濕潤水化。水壓要比輸料管內風壓高 1.0～1.5 壓力。一般規定噴射作業區的系統水壓應大於 4個標准大氣壓力。
2.噴射角度和距離
一般應垂直並指向剛噴射的部位傾角約為 10°，這樣回彈量最少。噴射距離控制在0.8～1.2m。
3.噴射區段和次序
噴射時應分段、分部、分塊，按先牆後拱、自下而上進行。遇到岩面有較大的凹坑應先噴射襯平。噴射時需將噴槍反復緩慢地作螺旋形移動（順時針），轉動直徑約20～30cm，須一圈壓半圈移動。拱頂按縱向噴射並作蛇形。為保證噴射質量和提高噴射效率，應合理劃分噴射區段。一般以6m長為一基本段。基本段再分作 2m 長的三小段。噴側牆時，每噴完1.5m高便依次向相鄰小段推移。噴射區段的劃分和噴射順序如圖12-6 所示。
圖12-6 噴射順序圖
4.一次噴射厚度和間隔時間
當噴層較厚時，噴射作業須分層進行。一次噴射厚度應根據噴射效率、回彈損失、混凝土顆粒之間的凝聚力和噴層與噴層與受噴面之間的黏著力等因素確定。
一次噴射厚度太厚，則黏結力弱，容易導致混凝土的脫落。太薄，最小厚度不能小於最大骨料的粒徑20mm的尺寸，否則回彈量就猛增。
一次噴射厚度可參照表12-3。
表12-3 一次噴射厚度表
各噴層之間的間隔時間與水泥品種、施工溫度（不低於 5℃）、和有無摻速凝劑等因素有關。當使用紅星一型速凝劑時可在 5～1 0 min以後進行下一次噴射；當採用碳酸鈉速凝劑時盯卜需30min；在不摻速凝劑時則需等到終凝後再噴。
噴射混凝土厚度總不小於 30mm，不大於 200mm。噴層厚度在噴混凝土凝結前可採用針探法檢測，凝結後用鑿孔尺量法或取芯法檢測。要求噴層厚度不小於設計值的 90%。
三、水泥裹砂法噴射混凝土工藝
為了克服乾式噴射混凝土施工粉塵多、回彈量大等缺點，並提高噴射混凝土質量，目前國內外已開始推廣使用水泥裹砂法（SEC 法）噴射混凝土施工技術，其工藝流程如圖12-7 所示。
具體做法：將部分砂子（50%～60%）用表面水調勻，將砂粒表面含水率調節均勻，然後按最佳造殼水灰比加第一次水（W1）與水泥進行第一次拌和，使砂連殼（當砂表面水量增加到一定程度時砂粒被水泥包裹，牢牢地黏附在一起，在砂子周圍形成外殼，這種作用成為造殼作用），再加剩餘水（W2）減水劑（Ad）等進行第二次拌和，製成 SEC 砂漿，用泵壓送，然後將剩餘的砂、石乾料加速凝劑後送入乾式噴射機。兩者在混合管內混合後由噴嘴噴出。
圖12-7 水泥裹砂法噴射混凝土工藝
優點：黏結性好，回彈少（＜15%），粉塵低，強度高，穩定，厚度 10～40cm，有涌水時易噴敷。
四、鋼纖維噴射混凝土工藝
由於噴射混凝土在抗拉、抗彎、抗裂、抗沖積性等方面都存在明顯不足。，噴層容易開裂，並導致落石、滲水等一系列病害。因此，自20世紀70年代以來，世界各國特別是瑞典、日本、美國等，為了改善噴射混凝土的性能，提高質量，相繼開展了鋼纖維噴射混凝土的研究和應用，並在實際工作中收到了良好的技術經濟效益。
鋼纖維噴射混凝土是指在噴射混凝土中加入一定數量的鋼纖維。由於鋼纖維均勻分布在混凝土中，為混凝土提供了非連續性的微型配筋，從而提高了材料的抗拉抗彎、抗沖擊和耐磨性以及早期強度、韌度、延展性，並改善了其他物理力學性能。鋼纖維直徑一般為0.25～0.4mm，碳素鋼纖維和不銹鋼纖維長為20～30mm，水泥標號為42.5。
五、機具設備的布置
（1）噴射機一般放在洞內噴射面處。
（2）當採用渦槳式強制攪拌機時，根據工程規模分為：洞內配料、洞內攪拌（適用於大斷面洞室）；洞外配料、洞內攪拌（適用於大斷面洞室）；洞外配料、洞外攪拌；進入噴射機之前加速凝劑。適宜小斷面。
（3）較短洞室（100m以內）或豎井，把噴射機放在洞外。
（4）當採用安Ⅳ螺旋攪拌機時，因體積小，一般可設在噴射機旁。
六、養護
因噴射混凝土的水泥用量較大，凝結硬化速度快，為使混凝土強度均勻增長，防止收縮裂縫，必須設專人認真做好養護工作。
一般規定噴後2～4h開始噴水養護。噴水養護時間不得少於 10 晝夜。
七、回彈物處理
一般噴射邊牆的回彈率為 10%～20%，噴射拱部為20%～30%。由於回彈量相當大，應將回彈料加以利用。一般有兩種利用方法：一種是按一定配合比再加入水泥、砂、30%的回彈料，重新攪拌後噴射。但是不能用於噴射拱頂；另一種方法是用回彈料做建築用普通混凝土結構或構件中。總之，要及時清理、回收和利用。
八、滲漏水處理
在斷層或節理裂隙發育的岩層中開挖洞室時，有時會遇到圍岩滲漏水現象，造成混凝土圍岩面有水噴不上去或剛剛噴上去的混凝土被水沖刷而片落。因此，在噴射作業之前必須對圍岩滲漏水進行處理。有條件時可採用化學注漿堵水，如使用丙凝化學注漿，能在數秒內或幾分鍾內止住漏水。但因成本較高，工藝比較復雜，目前尚用的少。不能單純地採用堵水的辦法，而應用因勢利導給水留有通道。採用「以導為主、先導後噴」的治水方法。
1.塑料導水管法
當滲漏水面積比較大時，首先要找出水源點，丙做出標記。然後在水源點處鑿一深約1 0cm的喇叭口，沖洗干凈後將導水管用速凝水泥埋入喇叭口中，使水沿著導水管幾種流出。
當遇到較大的裂縫流水時，可在裂隙口下方打一向上傾斜的鑽孔，穿透出水點後，在鑽孔內安設導水管。導水管周圍用速凝水泥充填。待混凝土達到相當強度後，再以導水管注漿封孔。水壓較大時，用膠管引入水溝（圖12-8）。
2.彈簧導水管法
導管是用 12～18＃的鐵絲繞成直徑約 5cm的圓柱形彈簧圈，外包塑料薄膜和鐵紗，用速凝水泥固定在滲水的岩石裂隙處。由於彈簧軟和有彈性，易於在起伏不平的岩面上沿裂隙布置（圖12 9）。
圖12-8 塑料導水管法
圖12-9 彈簧導水管法
3.空腔帶排水
裂隙漏水時，可根據裂隙走向，在岩石表面和噴射混凝土之間做出空腔排水帶，將水排至邊溝中（圖12-10）。
圖12-10 空腔帶排水
九、錨噴聯合支護
錨噴支護是指以錨桿和噴射混凝土為主體的一類支護形式的總稱，根據地質條件及圍岩穩定性的不同，它們可以單獨使用也可聯合使用。聯合使用時即為聯合支護，具體的支護形式依所用的支護材料而定，如錨桿＋噴射混凝土支護，稱錨噴聯合支護，簡稱錨噴支護；錨桿＋注漿支護，簡稱錨注支護；錨桿＋鋼筋網＋噴射混凝土支護，簡稱錨網噴聯合支護等。
1.錨噴支護
錨噴支護是同時採用錨桿和噴射混凝土進行支護的形式，適用於Ⅲ、Ⅳ類圍岩和部分Ⅱ類圍岩。它能同時發揮錨桿和噴射混凝土的作用，並且能取長補短，兩者合一，形成了聯合支護結構，是一種有效的支護形式，得到了廣泛應用。
2.錨網噴支護
錨桿、金屬網和噴射混凝土聯合形成的一種支護結構。金屬網的介入，提高了噴射混凝土的抗剪、抗拉及其整體性，使錨噴支護結構更趨於合理。因此，在較為松軟破碎的圍岩中得到廣泛應用。一般金屬網的網格不小於 150mm×150mm，金屬網所用鋼筋直徑多為 5～10mm。為便於掛網安裝，需提前將鋼筋網加工成網片，網片長寬尺寸各為 1～2m。
施工時，先將錨桿裝入錨孔內，再鋪金屬網，用錨桿墊板壓緊金屬網。網片間須用鋼絲綁扎結實，網片的搭接長度不小於200mm。網片固定後再進行噴射混凝土，金屬網與岩面之間的間隙以及金屬網保護層的厚度都不應小於30mm。如果岩面平整度較差，可先初噴一層混凝土後再鋪設金屬網，以保證噴射混凝土支護效果。
3.錨噴鋼架支護
對於松軟破碎嚴重的圍岩，其自穩性差，開挖後要求早期支護具有較大的剛度，以阻止圍岩的過度變形和承受部分鬆弛荷載。此時，就需要採用剛度較大的鋼拱架支護。另外，在淺埋、偏壓隧道，當早期圍岩壓力增長快，需要提高初期支護的強度和剛度時，也多採用鋼拱架支護。
鋼拱架的整體剛度較大，能很好地與錨桿、鋼筋網、噴射混凝土相結合，構成聯合支護，受力性能較好；鋼拱架的安裝架設比較方便。
4.錨注噴射混凝土支護
這是在破碎軟岩中應用的一種支護結構，即在掘進後先利用內注式注漿錨桿及噴射混凝土進行錨噴初次支護，滯後工作面一定距離再進行注漿二次支護。
錨注支護技術利用錨桿兼作注漿管，實現了錨注一體化。注漿可改善更深層圍岩的鬆散結構，提高岩體強度，並為錨桿提供可靠的著力基礎，使錨桿與圍岩形成整體，從而形成多層有效組合拱，即噴網組合拱、錨桿壓縮區組合拱、漿液擴散加固拱，提高了支護結構的整體性和承載能力。