Ⅰ 喷射混凝土施工工艺
一、施工工艺流程
喷射混凝土是一种新工艺，工艺流程一般由供料、供风和供水三个系统组成（图12-5）。
图12-5 喷射混凝土工艺
1.施工准备
施喷前应做好的准备工作主要包括以下两个袜则方面：
（1）施工现场的准备：应清理施工现场，清除松动岩块、浮石和墙脚的岩碴，拆除操作区域的各种障碍物，用高压风、水冲洗受喷面。
（2）施工设备布置：做好施工设备的就位和场地布置，保证运输线路、风、水、电畅通，保证喷射作业地区有良好的通风条件和充足的照明设施。
2.喷射作业
为了减少喷射混凝土的滑动或脱落，喷射时应按分段（长度不应超过 6 m）分片、自下而上、先墙后拱的顺序操作。喷射作业前，应进行喷射机试运转。喷射作业开始时，喷射机司机应与喷射手取得联系，先送风后开机，再给料；喷射结束时，应待喷射机及输料管内的混合料喷完后再停机、关风。喷射机供料应保持连续、均匀，以利喷射手控制水灰比。
喷射正常作业时，料斗内应存有足够的存料。喷射作业结束或因故停止喷射时，必须把喷射机及输料管内存料清理干净，以防其凝结在机械、管路中形成隐患。正常喷射作业时，喷头应正对受喷面呈螺旋形轨迹均匀地移动，以使混凝土喷射密实、均匀和表面光滑平顺。
为了保证喷射质量、减少回弹量和降低喷射中的粉尘，作业时应正确控制水灰比，做到喷射混凝土表面呈湿润光泽、无干斑或滑移流淌现象。
喷射作业时，要解决好一次喷射厚度和喷射间歇时间问题。喷层较厚时，喷射作业需分层进行，通常应在前一层混凝土终凝后方可施喷后一层。若终凝 1h 以后再进行二次喷射时，应先用压气、压水冲洗喷层表面，去掉粉尘和杂物。
二、施工工艺参数
1.风压和水压
喷射混凝土是借助压缩空气来输送混合料的，风压是否适当，对于减少混凝土的回弹量，保证喷射混凝土质量和降低粉尘都有很大影响。风压过大，则喷射速度过高，会加大回弹量，材料损失也多。风压过小，喷射力减弱，则混凝土密实性不好。因此应该根据实际情况调整风压。
对于双罐式，中国建筑科学院提出其工作风压＝1＋0.013×输料长度，输料长度单位为m。当向上垂直输告则棚送时，每增加 10m需要增加风压0.2～0.3kg/cm2。一般要求风源风压4～6.5kg/cm2才能保证在喷嘴处的风压稳定在 1～1.253kg/cm2。
水压要保证高压水从水管孔眼中高速射出形成水雾，使干拌和料充分湿润水化。水压要比输料管内风压高 1.0～1.5 压力。一般规定喷射作业区的系统水压应大于 4个标准大气压力。
2.喷射角度和距离
一般应垂直并指向刚喷射的部位倾角约为 10°，这样回弹量最少。喷射距离控制在0.8～1.2m。
3.喷射区段和次序
喷射时应分段、分部、分块，按先墙后拱、自下而上进行。遇到岩面有较大的凹坑应先喷射衬平。喷射时需将喷枪反复缓慢地作螺旋形移动（顺时针），转动直径约20～30cm，须一圈压半圈移动。拱顶按纵向喷射并作蛇形。为保证喷射质量和提高喷射效率，应合理划分喷射区段。一般以6m长为一基本段。基本段再分作 2m 长的三小段。喷侧墙时，每喷完1.5m高便依次向相邻小段推移。喷射区段的划分和喷射顺序如图12-6 所示。
图12-6 喷射顺序图
4.一次喷射厚度和间隔时间
当喷层较厚时，喷射作业须分层进行。一次喷射厚度应根据喷射效率、回弹损失、混凝土颗粒之间的凝聚力和喷层与喷层与受喷面之间的黏着力等因素确定。
一次喷射厚度太厚，则黏结力弱，容易导致混凝土的脱落。太薄，最小厚度不能小于最大骨料的粒径20mm的尺寸，否则回弹量就猛增。
一次喷射厚度可参照表12-3。
表12-3 一次喷射厚度表
各喷层之间的间隔时间与水泥品种、施工温度（不低于 5℃）、和有无掺速凝剂等因素有关。当使用红星一型速凝剂时可在 5～1 0 min以后进行下一次喷射；当采用碳酸钠速凝剂时盯卜需30min；在不掺速凝剂时则需等到终凝后再喷。
喷射混凝土厚度总不小于 30mm，不大于 200mm。喷层厚度在喷混凝土凝结前可采用针探法检测，凝结后用凿孔尺量法或取芯法检测。要求喷层厚度不小于设计值的 90%。
三、水泥裹砂法喷射混凝土工艺
为了克服干式喷射混凝土施工粉尘多、回弹量大等缺点，并提高喷射混凝土质量，目前国内外已开始推广使用水泥裹砂法（SEC 法）喷射混凝土施工技术，其工艺流程如图12-7 所示。
具体做法：将部分砂子（50%～60%）用表面水调匀，将砂粒表面含水率调节均匀，然后按最佳造壳水灰比加第一次水（W1）与水泥进行第一次拌和，使砂连壳（当砂表面水量增加到一定程度时砂粒被水泥包裹，牢牢地黏附在一起，在砂子周围形成外壳，这种作用成为造壳作用），再加剩余水（W2）减水剂（Ad）等进行第二次拌和，制成 SEC 砂浆，用泵压送，然后将剩余的砂、石干料加速凝剂后送入干式喷射机。两者在混合管内混合后由喷嘴喷出。
图12-7 水泥裹砂法喷射混凝土工艺
优点：黏结性好，回弹少（＜15%），粉尘低，强度高，稳定，厚度 10～40cm，有涌水时易喷敷。
四、钢纤维喷射混凝土工艺
由于喷射混凝土在抗拉、抗弯、抗裂、抗冲积性等方面都存在明显不足。，喷层容易开裂，并导致落石、渗水等一系列病害。因此，自20世纪70年代以来，世界各国特别是瑞典、日本、美国等，为了改善喷射混凝土的性能，提高质量，相继开展了钢纤维喷射混凝土的研究和应用，并在实际工作中收到了良好的技术经济效益。
钢纤维喷射混凝土是指在喷射混凝土中加入一定数量的钢纤维。由于钢纤维均匀分布在混凝土中，为混凝土提供了非连续性的微型配筋，从而提高了材料的抗拉抗弯、抗冲击和耐磨性以及早期强度、韧度、延展性，并改善了其他物理力学性能。钢纤维直径一般为0.25～0.4mm，碳素钢纤维和不锈钢纤维长为20～30mm，水泥标号为42.5。
五、机具设备的布置
（1）喷射机一般放在洞内喷射面处。
（2）当采用涡桨式强制搅拌机时，根据工程规模分为：洞内配料、洞内搅拌（适用于大断面洞室）；洞外配料、洞内搅拌（适用于大断面洞室）；洞外配料、洞外搅拌；进入喷射机之前加速凝剂。适宜小断面。
（3）较短洞室（100m以内）或竖井，把喷射机放在洞外。
（4）当采用安Ⅳ螺旋搅拌机时，因体积小，一般可设在喷射机旁。
六、养护
因喷射混凝土的水泥用量较大，凝结硬化速度快，为使混凝土强度均匀增长，防止收缩裂缝，必须设专人认真做好养护工作。
一般规定喷后2～4h开始喷水养护。喷水养护时间不得少于 10 昼夜。
七、回弹物处理
一般喷射边墙的回弹率为 10%～20%，喷射拱部为20%～30%。由于回弹量相当大，应将回弹料加以利用。一般有两种利用方法：一种是按一定配合比再加入水泥、砂、30%的回弹料，重新搅拌后喷射。但是不能用于喷射拱顶；另一种方法是用回弹料做建筑用普通混凝土结构或构件中。总之，要及时清理、回收和利用。
八、渗漏水处理
在断层或节理裂隙发育的岩层中开挖洞室时，有时会遇到围岩渗漏水现象，造成混凝土围岩面有水喷不上去或刚刚喷上去的混凝土被水冲刷而片落。因此，在喷射作业之前必须对围岩渗漏水进行处理。有条件时可采用化学注浆堵水，如使用丙凝化学注浆，能在数秒内或几分钟内止住漏水。但因成本较高，工艺比较复杂，目前尚用的少。不能单纯地采用堵水的办法，而应用因势利导给水留有通道。采用“以导为主、先导后喷”的治水方法。
1.塑料导水管法
当渗漏水面积比较大时，首先要找出水源点，丙做出标记。然后在水源点处凿一深约1 0cm的喇叭口，冲洗干净后将导水管用速凝水泥埋入喇叭口中，使水沿着导水管几种流出。
当遇到较大的裂缝流水时，可在裂隙口下方打一向上倾斜的钻孔，穿透出水点后，在钻孔内安设导水管。导水管周围用速凝水泥充填。待混凝土达到相当强度后，再以导水管注浆封孔。水压较大时，用胶管引入水沟（图12-8）。
2.弹簧导水管法
导管是用 12～18＃的铁丝绕成直径约 5cm的圆柱形弹簧圈，外包塑料薄膜和铁纱，用速凝水泥固定在渗水的岩石裂隙处。由于弹簧软和有弹性，易于在起伏不平的岩面上沿裂隙布置（图12 9）。
图12-8 塑料导水管法
图12-9 弹簧导水管法
3.空腔带排水
裂隙漏水时，可根据裂隙走向，在岩石表面和喷射混凝土之间做出空腔排水带，将水排至边沟中（图12-10）。
图12-10 空腔带排水
九、锚喷联合支护
锚喷支护是指以锚杆和喷射混凝土为主体的一类支护形式的总称，根据地质条件及围岩稳定性的不同，它们可以单独使用也可联合使用。联合使用时即为联合支护，具体的支护形式依所用的支护材料而定，如锚杆＋喷射混凝土支护，称锚喷联合支护，简称锚喷支护；锚杆＋注浆支护，简称锚注支护；锚杆＋钢筋网＋喷射混凝土支护，简称锚网喷联合支护等。
1.锚喷支护
锚喷支护是同时采用锚杆和喷射混凝土进行支护的形式，适用于Ⅲ、Ⅳ类围岩和部分Ⅱ类围岩。它能同时发挥锚杆和喷射混凝土的作用，并且能取长补短，两者合一，形成了联合支护结构，是一种有效的支护形式，得到了广泛应用。
2.锚网喷支护
锚杆、金属网和喷射混凝土联合形成的一种支护结构。金属网的介入，提高了喷射混凝土的抗剪、抗拉及其整体性，使锚喷支护结构更趋于合理。因此，在较为松软破碎的围岩中得到广泛应用。一般金属网的网格不小于 150mm×150mm，金属网所用钢筋直径多为 5～10mm。为便于挂网安装，需提前将钢筋网加工成网片，网片长宽尺寸各为 1～2m。
施工时，先将锚杆装入锚孔内，再铺金属网，用锚杆垫板压紧金属网。网片间须用钢丝绑扎结实，网片的搭接长度不小于200mm。网片固定后再进行喷射混凝土，金属网与岩面之间的间隙以及金属网保护层的厚度都不应小于30mm。如果岩面平整度较差，可先初喷一层混凝土后再铺设金属网，以保证喷射混凝土支护效果。
3.锚喷钢架支护
对于松软破碎严重的围岩，其自稳性差，开挖后要求早期支护具有较大的刚度，以阻止围岩的过度变形和承受部分松弛荷载。此时，就需要采用刚度较大的钢拱架支护。另外，在浅埋、偏压隧道，当早期围岩压力增长快，需要提高初期支护的强度和刚度时，也多采用钢拱架支护。
钢拱架的整体刚度较大，能很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，受力性能较好；钢拱架的安装架设比较方便。
4.锚注喷射混凝土支护
这是在破碎软岩中应用的一种支护结构，即在掘进后先利用内注式注浆锚杆及喷射混凝土进行锚喷初次支护，滞后工作面一定距离再进行注浆二次支护。
锚注支护技术利用锚杆兼作注浆管，实现了锚注一体化。注浆可改善更深层围岩的松散结构，提高岩体强度，并为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆与围岩形成整体，从而形成多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱、浆液扩散加固拱，提高了支护结构的整体性和承载能力。