隧道施工要点(4)

隧道施工要点集

6·内实外美－不断完善和提高开挖、支护、衬砌的技术水平

对坑道稳定性和支护的基本认识

隧道施工的质量主要表现在2各方面：一个是对围岩的损伤到什么程度？；一个是支护和衬砌支护效果发挥到什么程度？。这2个问题是我们在整个施工过程中一点都不能忽视的问题。作为工程技术人员，在技术上的主要任务，就是要千方百计地把围岩的损伤程度，控制在最小限度之内，同时，关注支护和衬砌的质量，充分发挥其支护效果。

这里，我们主要说明后一个问题。

从根本上说，在坑道开挖过程中，都要回答一个关键性的问题，即：围岩具有多大的自支护能力？，是否需要人工支护？、用什么类型的人工支护结构和怎样支护？这样一个问题。因为在坑道工程中，如何保证坑道的暂时稳定（施工期间）和长期稳定（运营期间）始终是一个基本的、关键性的问题。而要做到这一点，就要从理论上、实践上解决坑道稳定性、围岩分级与支护结构之间的相互关系这样一个问题。

这里所谓的坑道稳定性是指一定尺寸的坑道，在不加任何人工支护条件下的稳定状态。以单线铁路隧道为例，坑道的尺寸大致在高6.0m、宽5.0m左右。

根据铁路隧道施工实践，隧道开挖后的稳定状态分为以下4类： 1·坑道充分稳定

如前所述，在坚硬（R>60MPa）、整体（裂隙间距大于1.0m）、耐风化的围岩中（如坚硬的花岗岩、石灰岩等），开挖坑道后，由于岩体强度高、岩体完整、不易松弛，坑道在长时间内有足够的自稳能力和自支护能力。因而勿需任何人工支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。在特殊情况下会出现岩爆现象。 2·坑道稳定

在大块状构造的岩体及整体状的中硬岩（R> 30MPa）中开挖坑道时，坑道会因爆破、岩块结合松弛而产生局部掉块，但不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的，围岩具有一定的自支护能力。层间结合差的平缓岩层，顶板可能弯曲、断裂。此时应采取局部人工支护或轻型的全面人工支护。 3·坑道暂时稳定

大多数坑道都属于这个类型。在具有碎（石）块（石）状构造的围岩中，坑道开挖后常常呈现出不同程度的坍塌现象，坍塌后的坑道常呈拱形

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处于暂时稳定状态。暂时稳定的时间，有长有短。在外界（如爆破、支撑顶替、回填不及时等）和内部（如地下水等）条件影响下，坑道如不及时采取人工支护会进一步丧失稳定。因此，在这种围岩中，必须采取各种类型的人工支护措施。 4·坑道不稳定

在块石土、堆积土等围岩中，坑道在不支护条件下是难于开挖的，随挖随塌，常常要先支后挖，围岩无自支护能力，或自支护时间极短，即需要采取稳定掌子面的辅助施工方法，如管棚、小导管等超前支护。坑道的坍塌发生迅速、影响范围大，在浅埋条件下，有时可塌到地表面或在地面形成沉陷盆地。在有水的情况下，土体流动造成极大荷载。在这种情况下，需要采取专门的人工支护措施和特殊的施工方法来保证坑道的稳定。

由此可见，坑道围岩状态的不同，坑道开挖后的稳定状态也是不同的，采取的控制稳定的技术措施也是不同的。

二 坑道支护

依上所述，与坑道稳定性分级相对应的控制坑道稳定性的支护措施，也可进行分级。

坑道支护，从性质上看，主要分为自支护和人工支护两部分。自支护是指围岩自身所具有的支护能力。而人工支护则指在自支护能力不充分的条件下，人为地采取的支护措施。两者共同构成了坑道的永久支护体系。

坑道的自支护，前面的坑道稳定性分级，就是这种研究的一个实用而确实的方法。自支护的能力是由围岩自身条件所决定的，是客观存在的、固有的、自然的围岩特性。这种特性在开挖过程中，视开挖方法的优劣，而会受到一定的损伤，从而降低了固有的自支护能力。为了尽可能地减少这种损伤的程度，除了在开挖上采取一定措施外，更为主要的是，通过人工支护的方法，来提高围岩的自支护能力或控制这种自支护能力的降低。这就是采用人工支护的根本目的和要求。

人工支护通常又分为一次支护（初期支护）和二次支护两大类。 在施工期间为了保证施工安全、减少坑道围岩松弛、及时地控制地压的发展，更主要的是为了控制围岩自支护能力的降低，从而更充分地利用围岩自身的自支护能力，常常需要对坑道进行初期支护，也就是所谓的一次支护。它是在施工过程中采用的支护措施，在这个意义上，也可以称谓施工支护。由于一次支护的力学特性，它不仅在施工期间能够维护坑道的稳定或暂时稳定，还能够与二次支护一起，发挥永久支护的作用。在现代的隧道施工中，一次支护主要采用了喷混凝土、锚杆等既能够在施工期间维护坑道的稳定，控制围岩自支护能力的降低，又能够作为永久支护结构一部分的支护方法。

另外，也要认识到：有时仅仅采用喷混凝土、锚杆及钢支撑等一般人工支护方法，还不能保证坑道的稳定时，还需要采取辅助的支护措施，来

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维护坑道的稳定。这种措施，在支护的意义上看，也是一种人工支护方式。如小导管注浆、管棚、锁脚锚杆、围岩注浆等支护方式。这是提高围岩自支护能力的重要措施。一般说，这种人工支护的措施，多数是在地质条件差的情况时采取的。而在设计中，常常忽视了其可能产生的支护作用．仅仅作为临时的支护措施．

二次支护，也是人工支护的一种类型。在目前的设计原则中，主要是在运营期间和一次支护一起，维护坑道的长期稳定和耐久性的基本结构，又称为永久支护或衬砌。

根据地质条件和施工实践，二次支护的功能可分为2种情况考虑。即： ·在施工阶段，基本上是不承载的。即：在初期支护变形基本收敛后，才施作二次支护的情况。此时二次支护是不承载的；一般说，在不采用超前支护的地质条件的情况下，都可以按照不承载的原则进行设计和施工。

·在有些情况下，如需要控制地表面下沉、控制较长时间内初期支护变形不收敛，特别是先行修筑仰拱的情况下，二次支护在初期支护变形没有收敛的情况下就要修筑。在这种情况下，二次支护也需要在施工期间发挥其作用，承受相应的荷载。一般说，在采用超前人工支护的情况下，二次支护应按承受一定荷载的情况进行设计和施工。

应该指出，两种支护手段都是重要的，在选择时必须通盘考虑。 依上所述，坑道支护可作如下分类。

自支护

人工支护 初期支护 喷混凝土 锚杆 钢支撑 坑道支护 超前支护 小导管注浆 管棚 围岩注浆 二次支护（衬砌）

实质上，支护措施常常是采取自支护和人工支护的组合形式。原

则上，在充分利用和发挥围岩自支护能力的条件下，配合采取不同的人工支护方式，共同地进行有效果的支护。

根据坑道稳定性的分级和构筑支护方式的组合情况，人工支护类型，大体上分为以下4类。

1·饰面支护或防护支护；利用围岩的自支护能力

2·构造支护；利用围岩的自支护能力，为防止围岩在长期使用过程中，自支护能力的降低，而采取的构造上的措施。

3·承载支护；由围岩自支护能力和一般人工支护构成，二次支护是不

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承载的

4·特殊承载支护。由围岩自支护能力、一般人工支护和超前支护构成，二次支护是承载的。

饰面支护应用于坑道充分稳定的情况。它的作用是封闭岩面、防止围岩风化。一般在围岩表面喷射2~3cm的水泥砂浆或小于5cm的喷混凝土。在确保围岩无风化和局部掉块的情况下，亦可不加人工支护。

构造支护是指仅仅按结构的最小厚度设置的支护。它应用于坑道稳定的情况。这种支护受到的荷载很小，或者说，基本上是不承载的。依计算确定的厚度很小，但施工很难作到。因此，厚度多视施工的可能，或者按具有最小承载力的要求，采用最小值。采用喷混凝土时，通常采用5~8cm。如有局部掉块的可能，也可设置一定长度的局部锚杆。

承载支护是具有一定承载能力的支护。它应用于坑道暂时稳定的情况。根据荷载的性质、方向、大小、分布等的不同，其类型与构造是多种多样的。这种支护的厚度多数是依计算决定的。目前在铁路隧道中，在这种围岩中修筑时，一次支护多采用厚10~15cm的喷混凝土和一定长度的系统锚杆。二次支护，基本上采用混凝土衬砌。

特殊承载支护是应用于坑道不稳定的情况。由于荷载大，而且是具有特殊性的，如：膨胀、偏压等，因此在这种情况下，多要采用“先支后挖”的支护措施及强有力的一次支护。此时一次支护通常采取“先支后挖”的超前支护措施。如：小导管等。同时采用厚15~25cm的喷混凝土、一定长度的系统锚杆或特殊锚杆、格栅或钢支撑等。特别需要说明的是：在这种围岩条件下，有时二次支护也要承受一定的荷载。

三 围岩分级

铁路隧道的围岩分级，是把具有不同坑道稳定性和支护结构的围岩组合到一起进行分级的一种方法．

根据铁路隧道的施工实践，目前采用的围岩分级与坑道稳定性和支护类型之间的关系如表1所示。

表1 围岩分级、坑道稳定性和支护级别间的大致关系

上述分析是针对单线铁路隧道而言的。双线铁路隧道或双车道公路隧道、大断面坑道的情况下，原则基本上是相同的，仅仅在支护结构的参数和构成上有些差异而已。

前面已经说明，作为工程技术人员，在技术上的主要任务，就是要千方百计地把围岩的损伤程度，控制在最小限度之内，同时，关注支护和衬

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砌的质量，充分发挥其支护效果。

这里，我们主要说明后一个问题，也就是如何作到＂内实外美＂的问题。

我们要求隧道初期支护和永久衬砌作到“内实外美”，这也是我们评价衬砌施工质量的重要指标。而“内实外美”主要决定于隧道初期支护和衬砌的施工质量。应该说，由于隧道施工条件和施工环境的限制，隧道内的施工条件比露天的施工条件要差，有一定的难度，但也有其特点。因此，隧道工程技术人员要经常想到这一点，是很重要的。

众所周知，所谓的“内实外美”是我们对隧道混凝土衬砌的一个质量要求。“内实”是衬砌内在质量的体现，“外美”是外观质量的体现。因此，深刻地理解“内实外美”的内涵是非常重要的。这里重点谈“内实”的问题。

所谓“内实”，一句话，就是隧道初期支护和衬砌应当具有在设计耐用期间内的强度，耐久性、使用性和可靠性外，要切实作到＂四密实＂，即：混凝土密实，喷混凝土密实，初期支护与围岩密实和二次衬砌与初期支护密实。

从总体上看，只要严格按着施工工艺施工，初期支护和衬砌质量是完成可以保证的。但在施工过程中，也经常出现衬砌厚度不足、衬砌背后留有空洞、回填不密实，二次衬砌与初期支护不密贴和衬砌过早开裂以及漏水等问题。只所以出现这些问题，有多方面的原因，如：施工中出现异常事故（如大塌方、突泥、突水等）处理作业极度困难；抢进度，忽视质量；监理缺乏有效的监控方法；更有甚者是偷工减料造成的。在技术上，因混凝土配比不当，而出现蜂窝麻面、强度不足、施工缝处理不当漏水、防水板破损、衬砌表面不平整以及先拱后墙的施工方法等等。

施工要点1·普通喷混凝土的施工工艺

在矿山法中，喷混凝土作为围岩开挖后的主要支护构件起着相当大的作用。具有实际作业经验的技术人员，都认识到这一点。但在实际工作中，常常忽视它的存在和作用。因而，时常发生喷射量不足、喷射厚度不均匀、喷射配比不合适以及基底处理不当等现象，使喷混凝土不能充分发挥其应有的作用。这实质上是对喷混凝土的作用缺乏足够的认识所造成的。因此，在喷混凝土施工中，提高对喷混凝土支护作用的认识，是极为必要的。

作为隧道支护构件的喷混凝土的支护作用，如表１所示，简要归纳为以下几点。

1）首先，要认识到喷混凝土是唯一地能够与围岩大面积的、牢固接触的一种支护方式，是其它方式所不能代替的。从力学意义上说，它既能传

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递径向应力也能够传递切向应力。

2）喷混凝土与岩层的附着力可以把作用在喷混凝土上的外力分散到围岩上，同时也提供了隧道周边的裂隙和节理等以剪切阻力保持块体的平衡，防止局部掉块，在隧道壁面附近形成一承载环。在裂隙多的硬岩中这种效果是比较大的。

3）比较厚的喷混凝土是作为一个连续构件支护围岩的，给予约束围岩变形的支护力（内压），使围岩保持近于3轴的应力状态，控制了围岩的应力释放。同时，因早期铺设仰拱使断面临时封闭，更好地发挥了支护效果。这种效果在软岩和土砂围岩中的显著的。

4）具有能够将土压传递到钢支撑和锚杆上的作用。

5）填平围岩的凹面，覆盖弱层，而防止应力集中，而加强了软弱层。 6）开挖后，因立即被覆壁面，具有防止围岩风化、止水和微颗粒流出等的效果。

能够发挥上述效果的喷混凝土，要求具有初期强度特性、长期强度

特

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性、防止喷射后的围岩崩落的良好的附着性、施工性等优良的品质，考虑隧道洞内的温度、湿度、爆破振动等，到目前为止，多采用水泥用量比较多、添加速凝剂的特殊的混凝土。特别是，作为支护构件的喷混凝土，要求在喷射后数小时内就要产生所需的强度，确保这种品质是极为重要的。

这里“初期强度”指喷射后能够支持自重和随掌子面推进的荷载的施工上所需的强度。意味着材令24小时的抗压强度，与通常的混凝土灌注后数天的“初期强度”是不同的。“长期强度“是指材令28天的抗压强度，也不是通常混凝土的90天和180天的强度。

目前在喷混凝土施工中出现的问题，除了对喷混凝土支护的认识不充分外，主要是喷混凝土施工工艺上还存在一些不可忽视的问题，如：喷射方式的选择、喷射材料的选择、喷射配比的确定、喷射厚度的检查和控制等。

为了充分发挥喷混凝土的支护效果，最重要的是要解决好喷混凝土施工的4要素。

强度：有足够的强度，特别是初期强度；

厚度：要确保附着层的厚度，或者使喷射表面平滑；

附着：与围岩牢固附着成为一体，相互间就能够传递力和变形； 密实：附着层密实、均质、耐久。 1）喷射方式的选择

喷混凝土的喷射方式，从拌合方法、压送方法看，大体上分干式和湿式2种。目前，通常采用具有比较大的生产能力的，能够喷射新浇混凝土的湿喷方法。根据不完全统计，目前，欧洲国家绝大多数采用湿喷方式，日本的湿喷采用率也达到70%以上。目前，在隧道施工中，湿喷以成为主流方式。而我国的湿喷采用率，还不到20%。因此，大力开发和研制与湿喷技术有关的机械、速凝剂等，是很必要的。表2是2种方法的比较。 表2 喷射方式的比较

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干喷方式，是在水泥和骨料拌和后加入速凝剂，用压缩空气压送，在喷嘴处加压力水喷射的方式。在喷嘴处是干拌和料与水混合，W/C可以低些。混凝土的品质，受到喷射手的熟练程度和能力的左右。同时，粉尘和回弹较多。但材料的压送距离比较大。

而湿喷方式，与通常的混凝土制造相同，事先将包括水的各种材料正确地计量、充分地拌合，而后用压缩空气或泵压送，在喷嘴处加速凝剂的方式。与干喷方式比，混凝土的品质管理比较容易，粉尘和回弹小，但用压缩空气压送，不能长距离的输送。同时，湿喷方式，拌合后放置时间的管理是很重要的，特别是，最近引人注目的高强度或低粉尘的喷混凝土施工更要求进行严格的施工管理。

湿喷方式与干喷比较，在施工能力方面是有利的，适合于大断面、隧道的喷射施工。

图2-1-1是2种方式的系统图，各有特点，应根据现场规模、状况和喷射量分别使用。因此，选择拍摄方式时，要充分研究喷射厚度、隧道长

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度、断面大小、开挖方法及涌水的有无等。对于涌水，一般说，干喷是比较好的。速凝剂的添加位置，液体速凝剂和粉体速凝剂是不同的。

图2-1-1 喷射方式的系统图

2） 喷混凝土的配比设计

在配比设计中，大家一定要分清楚从喷射口出来的混凝土配比和附着在围岩表面上的配比，是不一样的。前者可以称为喷射配比，后者称为附着配比。设计规定的喷混凝土标号，如C20、C25等，应该是由我们这里所谓的附着配比决定的。但因现场对附着配比管理比较困难，因此一般都按照设计配比进行配比的管理。一般说，为了满足附着配比（即设计配比）的要求，就不得不改变现场配比（喷射配比）的参数。例如表列的关系，就是这种考虑的事例。

表 喷射前喷混凝土强度的对应关系

也就是说，现场配比应适当提高喷混凝土的强度等级，以确保附着在围岩表面的喷混凝土的设计强度。

与喷混凝土强度、耐久性、水密性、抵抗开裂性、保护钢材的性能有最大关系的是：水/水泥比、单位水量及单位水泥量，还有使喷混凝土在短时间凝结的速凝剂用量。即：单位水量、单位水泥用量和速凝剂用量支配着喷混凝土的品质。在适合作业的范围内，单位水量越小，则获得要求品质的混凝土的必要的单位水泥用量、速凝剂用量也少，是经济的。同时喷混凝土的开裂也将减少。另外，使用单位水量多的喷混凝土，单位水泥用量和速凝剂用量也要增加，是不经济的。同时压送管的压送状况变差易产生脉动和材料离析。特别是，增加速凝剂用量，对长期强度的增长是有影响的。

（1）骨料中，细骨料是喷混凝土构成材料中占最大容积的材料，其品质对回弹等施工性影响极大。一般说，粒子越粗，回弹越多，反之，过细则配管内的阻力越大，易引起堵塞。作为细骨料采用河砂最合适，但因不易获得等理由，也可使用海砂、山砂、碎砂等。粗骨料率一般在2.3~3.1之间。

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粗骨料的粒径越大，越经济，但回弹越多，易引起堵塞。粗骨料粒径最大一般在10~15mm左右。在湿喷中最好采用10mm。

通常混凝土使用的骨料，判断对碱性骨料反应有害的场合，应采取合适的对策，如使用低碱型水泥、能够确认有控制反应效果的高炉水泥、火山灰混合水泥等，使混凝土中碱的总量（换算为NaO）控制在3.0kg/m以内。但是喷混凝土要使用速凝剂，碱的总量通常在3.0kg/m以下，从早期强度的观点看，使用水泥的类型是有限制的。因此不能采用对通常混凝土采用的对策。因此，喷混凝土采用的骨料，要采用对碱性骨料反应无害的材料。

速凝剂，在喷混凝土中的使用目的是提高作业效率、减少因自重而剥落、促进混凝土凝结。使用速凝剂是为了支护构件及早获得必要的强度和促进混凝土硬化能够承受爆破的震动。

速凝剂对喷混凝土的初期强度长期强度影响很大，增加添加量可以减少回弹，早期的强度也高。但是，如图3-2-1所示，添加量超过某一限度后，凝结时间非但没有缩短，强度也会降低。

图3-2-1 速凝剂添加量和抗压强度的关系

速凝剂的效果，与水泥种类和水/水泥比、温度等条件有微妙的关系，除参考其他现场的-实绩外，应进行试验研究最佳的速凝剂的种类、添加量。

速凝剂的种类在日本湿喷方式多采用矿物系的粉体。最近一种没有3碱性的液体速凝剂也开始实用化了。速凝剂的种类示于图3-2-2。

矾土系（矿物系）

粉体 硫铝酸钙系（矿物系）

铝酸钠钙系（矿物系） 铝酸盐系

速凝剂

液体 铝酸盐系

水溶性铝酸盐系

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图3-2-2速凝剂种类

硅灰是一种以非晶质的SiO为主成分的球形超微粒子的混合材料。采用硅灰的喷混凝土在欧美等国家是用来补修衬砌的，在提高其品质的同时，作业性也有了很大的改善。在日本，隧道中采用硅灰的也很多，也承认有改善的效果。近年在隧道施工中，由于采用硅灰，控制了速凝剂的添加量，出现了高强度高耐久性的喷混凝土，可以作为永久性的衬砌。混合硅灰后可以改善喷混凝土的性能。即：

·提高品质：强度增大、提高水密性和抗冻害性能； ·提高施工性：改善压送性能、减少回弹； ·改善作业环境：减少粉尘。

采用湿喷方式时，为了获得合适的和易性，多采用减水剂、AE减水剂、高性能减水剂。由于使用这些混合剂，混凝土的和易性得到改善，减少了单位水量，提高了抗冻害性，也改善了水密性。优点是很多的。但是，这些混合剂的效果，与使用的水泥、骨料的品质、混凝土配比、施工方法等而不同。

目前市售的减水剂种类繁多，其品质和性能也差异很大，选择时应加以注意。

喷混凝土的配比强度，与通常的灌注混凝土不同，受到施工条件的影响极大，离散性也大。为此，决定喷混凝土的配比强度时，应满足施工要求的初期强度和结构物要求的设计基准强度，根据经验和试验求出合适的值。作为例子，喷混凝土的设计基准强度应与通常混凝土的强度同等，材令28天为18N/mm2左右。设计基准强度采用18N/mm2的场合，试件的抗压强度多在f=24~36N/mm2左右。

但此值因施工条件、配比、材料的品质等有些变动，决定配比强度时，要考虑这些变动。

（1）喷混凝土的配比和品质，因喷射面的状态和喷射工的熟练程度而有很大的变动。为此，决定干喷混凝土的配比时，应参考有关事例、附着的混凝土品质、经济性、作业性等决定。干喷混凝土的作业性，要考虑以下项目。

·压送中不产生闭塞和脉动； ·回弹及粉尘少；

·喷射混凝土不产生剥离、剥落及流淌。

日本1990年12月调查的43件干喷的混凝土配比结果，求出的配比各项目的平均值，列于表3.3.1。

表3.3.1 干喷的喷混凝土配比的平均值

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速凝剂的使用量应根据围岩条件、喷射位置、气温等施工条件增减。但使用量超过某一限度不仅效果不大，而且对长期强度的增长也有一定影响，因此应根据试验及工程实践决定添加量。

（2）湿喷混凝土的配比除与干喷混凝土的情况同样考虑外，还要根据粗骨料的最大尺寸、塌落度及配比强度决定。但在泵送的场合，要根据压送性决定混凝土的塌落度。塌落度小，压送性能差，闭塞的可能性大，因此，塌落度多取8cm 以上。

调查的193件湿喷的配比结果列于表3.3.2。

表3.3.2湿喷的喷混凝土配比的平均值

喷混凝土的配比例

3）金属网

金属网在软岩和土砂围岩中能够提高附着力，在膨胀性围岩中能够防止剥落、提高柔性，在节理和龟裂多的硬岩中能够提高抗剪性能和柔性。同时，在有腐蚀的场合，也有采用玻璃纤维、炭纤维和尼龙纤维等非金属

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系的高强度纤维网的施工例。

金属网的网格尺寸通常采用100×100mm或150×150mm，线径采用3.2~6.0mm。但在土砂围岩中也有采用1×1cm的金属网的例子。

应该指出：金属网的线径不宜过粗，以利于随喷混凝土表面铺设。同时，加快铺设速度，最好事先根据隧道尺寸，预制成网片，成片铺设。 4）喷射面的事前处理

喷射基面的成立对保证喷混凝土与围岩紧密接触（附着）是非常重要的。因此喷射的第1步是：为确保喷射作业的安全和喷混凝土与围岩成为一体，要事先把可能落下的浮石等仔细地清除。有涌水时不仅使喷混凝土的附着性降低，水混入后也会降低混凝土的品质，在硬化前，喷混凝土会流失，硬化后混凝土背后会产生水压作用等，也是造成开裂和剥离的原因之一。因此，要进行排水处理。在寒冷地区的洞口附近施工的场合，要注意冻结。

第2步是：对围岩表面凸凹显著的部位填平扑齐。为防水板的张挂创造良好的条件。

第3步是：设置金属网或钢筋时，要固定不好，喷射作业中会发生移动，也会因金属网振动而产生开裂，因此设置的金属网、钢筋等必须用混凝土钉、锚栓、锚杆、钢支撑等充分固定好。

喷混凝土与干喷或湿喷无关，因添加速凝剂而急剧硬化。因此，在速凝剂添加后尽早喷射是很重要的。

5）拱部和侧壁的喷射作业

（1）从喷嘴中喷出的混凝土以适当冲击速度，与壁面成直角喷射时，压密性最好。喷射成斜角时，会损伤已喷射的混凝土部分，回弹和剥离也多。喷射距离（喷嘴到喷射面的距离），应根据材料的冲击速度和材料的附着处于最佳状态决定。

（2）一次喷射厚度，因喷射面的位置及干湿状态、喷射材料的不同、速凝剂的种类及添加量、喷射方式的不同和喷射手的熟练程度等而异，但厚度应以材料不剥离、不流失为准。最好在先喷的混凝土硬化后再喷下一层混凝土。

（3）回弹量与喷射方式、施工位置、空气压力、出来的配比、骨料的最大尺寸及平时4厚度等而异。最好采用适当的配比和施工，来减少回弹量，提高喷混凝土的2。特别是在纤维混凝土的场合，纤维的回弹也多，更要这样喷射压力和配比。

6）涌水地点的喷射作业

涌水集中或量大的地点，可采用图6-4-2的方法进行处理。

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图6-4-2涌水处理方法

7）仰拱 地点的喷射作业

仰拱处的喷射作业，原则上与前节相同。

仰拱和侧壁向下的喷射作业，不能在喷混凝土中产生弱层。

8）爆破对喷混凝土的影响

一般说，喷混凝土是靠近掌子面喷射的，会强烈地受到爆破的影响。特别是对低龄喷混凝土。日本曾进行爆破对喷混凝土影响的试验研究。其结果可以作为参考。

在一座断面积为76m2，采用台阶法施工的公路隧道中，一次爆破炸药量为80~132kg，喷混凝土距掌子面0.75m，材龄1.5天。爆破后在喷混凝土中产生最大56.3cm/sec的振动速度，但没有发生有害的开裂。虽然目前还没有相应的规定，但一般认为，爆破振动速度控制在50cm/sec以下，是容许的。

表振动速度最大值（上半断面开挖）

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图1量测地点图 8）初期强度检查

表7.4.1 初期强度的检查

喷混凝土与一般混凝土比其离散性比较大，在初期强度检查中要加以注意。

喷混凝土一般不用圆柱模子打试件，原则上向板内喷射混凝土取试件进行试验。

日本铁道公团和日本道路公团的检查例示于表7.4.1。

表7.4.1强度试验的检查时期、次数和判定基准例（设计基准缺点18N/mm的场合）

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9）喷射厚度等的检查

喷射厚度及混凝土变异的检查，根据表7.5.1进行。 表7.5.1 喷射厚度等的检查

测定喷射厚度的方法有埋置检测钉的方法和喷射后向刚喷射的混凝土中插入检测钉的方法以及喷射后钻孔检测的方法。

喷射厚度的检查时期·次数列于表7.5.1。 表7.5.1喷射厚度的检查时期·次数和判定基准例

施工要点5·钢纤维喷混凝土

现状与分析

钢纤维喷混凝土，在工程实践中，应用得越来越多。特别是，挪威法出现后，钢纤维喷混凝土作为单独的支护结构的作用也越来越明显。挪威法（简称NTM）的最大特点就是采用湿喷钢纤维混凝土作为永久支护.最初开发的钢纤维喷混凝土是用来稳定开挖表面或支护膨胀性粘土,岩爆,或膨胀性等地质条件而采用的.在预计有大变形的围岩时,喷混凝土的抗弯强度和

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韧性指数是非常重要的.在小变形的围岩中,抗压强度是比较重要的.不管何种情况,都必需考虑与岩体的粘附性.粘附性视岩类,围岩的矿物成分会有很大的变化.所以,要特别给以注意.

1970年代初,挪威就开始采用湿喷混凝土.当时为使喷射成为可能,采用了较高的w/c,这样,混凝土的质量就出现了问题.为此干喷占据了主要地位.

70年代中期,引入流化剂后,湿喷得到了极大的发展.而且可以供应低成本,高质量的混凝土.

湿喷混凝土主要是由标准的波特兰水泥,最大粒径8~10mm的骨料,硅粉,流化剂,超流化剂及速凝剂等构成.混凝土通常,根据指定的最终强度,混合成500~600kgf/cm2 的强度.作隧道衬砌时,通常指定为C35~C45.修复时,最高采用C55.速凝剂的添加量,1m混凝土约为15~25l.平均为20l.水泥和硅粉与水的比值是0.40~0.45.塌落度是15~20cm.硅粉(水泥重量的8~10%)的使用,主要是为了保持与岩体表面的粘附性.混凝土采用商品混凝土.速凝剂用喷嘴添加.回弹在10%左右.实际上多在1~6%.是比较低的. 隧道开挖时,为稳定隧道拱部,要求采用短时间能喷射大容量的喷射机械.为满足此要求,挪威各会社开发了完全自动化的喷射机械装置. 目前使用长20~40mm厚0.5mm的钢纤维. 湿喷钢纤维混凝土的优点是:

1) 用活塞泵可有25m/h的喷射能力; 2) 5~10%的回弹率,比干喷低得多;

3) 不产生钢纤维的回弹.使用40mm的钢纤维时,业能控制回弹;

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4) 混凝土质量均一,通常可达到550kgf/cm 的强度,在特殊作业时,

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可达1000kgf/cm ;

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5) 环境条件好,粉尘少; 6) 作业安全;

7) 低的w/c,低的透水性(3m/s);

8) S(fr)和钢筋混凝土不需要防腐蚀处理,可防止电解和加速腐蚀. （1）钢纤维喷混凝土主要在通过韧性的使用。如隧道洞口段和断层破碎带或膨胀性围岩等围岩恶劣的场合、大土压作用的地点和隧道交差段、扩大段等构造上产生很大应力的地点等。混入纤维后与金属网一样可起到防止剥落的效果。钢纤维喷混凝土的配比、制造及施工方法可参照有关规范的规定。

一般采用的钢纤维，其长度在40mm以下、纤维直径为0.3~0.6mm，长径比为40~60 左右。混入率在0.5~1.0%左右。

（2）其他纤维有聚丙烯纤维、尼龙纤维、炭纤维等，这些纤维的力学性能有的是钢纤维不具备的。在实践中聚丙烯纤维采用较多。与钢纤维比较其密度为0.91g/cm，比较轻，材料运送、混入比较容易。

隧道施工要点集

纤维喷混凝土有钢纤维、玻璃纤维、尼龙纤维等。钢纤维喷混凝土是纤维喷混凝土的应用最多的一种。也是我们目前所采用的。纤维喷混凝土与普通喷混凝土的最大区别是： ·弯曲拉伸及抗剪强度大； ·最大强度后的残留强度大；

·峰值强度后的变形能力及韧性大，开裂发生后也能传递拉力； ·耐冲击、抗冻融性好。

因此，纤维喷混凝土可以极大地改善普通喷混凝土的物性。因此在发生很大荷载和变形的隧道洞口和断层破碎带、膨胀性围岩、弯曲应力大的扁平断面、隧道分叉地段、发生复杂应力的地段等，使用效果是很明显的。 采用纤维喷混凝土，可以控制开裂的发生，即使发生开裂，横切开裂面的纤维也可以负担一部分拉力，使开裂的发展受到控制，不会产生急剧地承载力降低。从而防止了喷混凝土的剥离和剥落。采用纤维喷混凝土，还可以省略金属网，使作业简化，提高了作业的安全性。

施工要点高强度喷混凝土

最近几年以降低成本和提高喷混凝土的功能为目的的高粘性、高强度喷混凝土技术获得了很大的发展。采用高粘性、高强度喷混凝土一方面可以减小衬砌的厚度，甚至取消二次衬砌，又可以改善喷混凝土与围岩的黏结，提高喷混凝土的密实度，从而改善了喷混凝土的支护功能等。 日本从90年代就开始进行了一系列的试验施工，研究高粘性、高强度喷混凝土的应用，取得了一定的成果。我国在这方面也进行了有成效的工作。如，隧道工程局，在小浪底水电地下工程中，就成功地采用了高强度喷混凝土的技术，获得成功。

这里所谓的高粘性、高强度喷混凝土是指在喷混凝土中添加各种结合材料、混合剂、石灰石微粉末等而形成的喷混凝土。其技术特性如下。 在喷混凝土中添加微粉末，在增加单位粉体表面积的同时，可大幅度地减少剩余水分，因此使各粒子间的结合力增加而提高粘性。添加微粉末的喷混凝土，因粘性的增加，压送变得容易。

根据施工试验结果，添加硅灰和石灰石微粉末后使回弹率降低了20%~39%。粉尘发生量降低18~30%。同时，喷混凝土强度也获得了改善，特别是早期强度，提高较大。表8列出在施工试验中的强度试验结果。 表8 抗压强度试验结果

隧道施工要点集

各材令的抗压强度平均值的离散性也变小了，质量更加稳定。从拌合方法看，分批拌合比一次拌合的强度高。

高粘性、高强度喷混凝土的配比条件参见表6。 表6 喷混凝土的标准配比 决定配比时的条件如下。

结合材采用水泥和硅灰（SF），单位结合材取360kg，硅灰置换5%的结合材。

石灰石微粉末置换细骨料混入，置换15%的细骨料。石灰石微粉末应含有95%以上的CaCO3。

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