噴射混凝土支護(hù)課件

第八章巷道支護(hù)第三節(jié)噴射混凝土支護(hù)1第八章巷道支護(hù)第三節(jié)噴射混凝土支護(hù)122023/1/3

一、噴射混凝土支護(hù)的作用原理噴射混凝土支護(hù)是以壓縮空氣為動(dòng)力，用噴射機(jī)將混凝土以噴射的方法覆蓋到需要維護(hù)的巖面上，凝結(jié)硬化后形成混凝土結(jié)構(gòu)的支護(hù)方式。如圖8-64、65所示。其作用主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1.加固與防止風(fēng)化作用噴射混凝土以較高的速度射入張開的節(jié)理裂隙，產(chǎn)生如同石墻灰縫一樣的粘結(jié)作用，從而提高了巖體的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強(qiáng)度。222022/12/18一、噴射混凝土支護(hù)的作用原理2圖8-64

混凝土噴射機(jī)2023/1/333圖8-64混凝土噴射機(jī)2022/12/18332023/1/34圖8-65

噴射混凝土42022/12/184圖8-65噴射混凝土452023/1/3同時(shí)噴射混凝土層封閉了圍巖，能夠防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞與剝落。

2.改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)作用噴射混凝土一方面可將圍巖表面凹凸不平處填平，消除因巖面不平引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象；另一方面，可使圍巖由單向或雙向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向受力狀態(tài)，提高了圍巖的強(qiáng)度。

3.柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)作用

一方面，噴射混凝土能與圍巖緊密地粘結(jié)在一起，同時(shí)噴層較薄，具有一定的柔性，可以與圍巖552022/12/18同時(shí)噴射混凝土層封閉了圍巖，能夠防止因62023/1/3共同變形，使圍巖應(yīng)力得以釋放；另一方面，混凝土噴層在與圍巖共同變形中受到壓縮，對(duì)圍巖產(chǎn)生愈來愈大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大的變形，防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破碎。

4.與圍巖共同作用開巷后如能及時(shí)對(duì)暴露圍巖噴射一層混凝土，使噴層與巖石的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度足以抵抗圍巖的局部破壞，防止個(gè)別危巖活石的滑移或墜落，那么巖塊間的聯(lián)鎖咬合作用就能得以保持，這樣，不僅能保持圍巖自身的穩(wěn)定，并且與噴層構(gòu)成共同承載662022/12/18共同變形，使圍巖應(yīng)力得以釋放；另一方面72023/1/3的整體結(jié)構(gòu)。噴射混凝土可以單獨(dú)使用，在巖石、土層面或結(jié)構(gòu)面上形成護(hù)壁結(jié)構(gòu)，成為噴射混凝土。與錨桿聯(lián)合使用時(shí)，主要是用于避免錨頭部位錨桿間巖土體的松脫和風(fēng)化，可以起到加強(qiáng)錨桿等錨固構(gòu)件的作用。

二、噴射混凝土材料及配合比(一)噴射混凝土材料

1.水泥噴射混凝土要求凝結(jié)硬化快，早期強(qiáng)度高，故772022/12/18的整體結(jié)構(gòu)。782023/1/3應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，水泥的強(qiáng)度等級(jí)不得低于42.5。不得使用受潮或過期結(jié)塊的水泥。

2.骨料

(1)細(xì)骨料(沙子)

為了保證混凝土強(qiáng)度，防止混凝土硬化后的收縮和減少噴射粉塵，噴射混凝土中的細(xì)骨料應(yīng)采用粒徑為0.35～3.0mm堅(jiān)硬干凈的中、粗沙為好。用細(xì)沙制成的混凝土容易產(chǎn)生較大的收縮變形；且過細(xì)的粉沙中游離勸曉含量較高，有損操作人員的健康。沙的含882022/12/18應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，92023/1/3水率不應(yīng)大于7％。沙子的細(xì)度模數(shù)宜大于2.5。

(2)粗骨料(石子)一般選用堅(jiān)硬的河卵石或碎石，其中碎石回彈力低，但易于堵管和磨損管道，而河卵石則相反。石子粒徑應(yīng)根據(jù)噴射機(jī)性能選取。在實(shí)際工作中，為了減小回彈和防止管路堵塞，噴射混凝土的石子粒徑一般不大于15mm。石子的合理級(jí)配是影響混凝土質(zhì)量、水泥用量和回彈率的重要因素之一，其合理級(jí)配可參考表8-18選取。992022/12/18水率不應(yīng)大于7％。沙子的細(xì)度模數(shù)宜大于102023/1/33.水要求潔凈，不含雜質(zhì)的清水。凡是能飲用的自來水和清潔的天然水，都能用來拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土。污水、pH﹥4的酸性水和硫酸鹽含量按SO3計(jì)算超過水重1%的水以及含油脂、糖類的水均不許使用。

4.速凝劑為了使混凝土能迅速粘結(jié)在壁面上，提高早期強(qiáng)表8-18噴射混凝土用石子的合理顆粒級(jí)配10102022/12/183.水表8-18噴射混112023/1/3度，需要在噴射混凝土中添加水泥重量2.5％～4％的速凝劑，速凝劑的摻入比例根據(jù)品種不同而異，一般要求初凝時(shí)間不應(yīng)大于5min，終凝時(shí)間不應(yīng)大于10min。為了適應(yīng)濕噴混凝土，正在試用液體速凝劑和減水劑，以提高混凝土的強(qiáng)度。

5.鋼纖維在混凝土中加入鋼纖維可有效地改善混凝土的整體力學(xué)性能，特別是提高噴層的抗拉強(qiáng)度與變形能力，變脆性材料為塑性材料。一般在噴射混凝土中摻加水泥重量4%的約30mm長(zhǎng)、直徑0.25～0.4mm的鋼纖維11112022/12/18度，需要在噴射混凝土中添加水泥重量2122023/1/3。這種鋼纖維噴射混凝土可提高抗壓強(qiáng)度約50%、抗拉強(qiáng)度50%～70%、抗彎強(qiáng)度30%左右，韌度還能提高9倍，從而減少了噴射混凝土脆性可能引起的破壞。

(二)噴射混凝土的配合比噴射混凝土配合比，可按配合比設(shè)計(jì)方法求得。噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于20MPa，水灰比以0.4～0.5為最佳。水灰比在此范圍內(nèi)，噴射的混凝土強(qiáng)度高而回彈少。合適的配合比應(yīng)使噴層有足夠的抗壓、抗拉和粘結(jié)強(qiáng)度，收縮變形值要小，回彈力要低。噴混凝土重12122022/12/18。這種鋼纖維噴射混凝土可提高抗壓強(qiáng)度132023/1/3量配合比可參照表8-19選用。噴水泥砂漿的重量配合比為:水泥:砂=1:(2～3)，砂漿標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于75號(hào)。水灰比以0.4～0.5為最佳，水灰比在此范圍內(nèi)，噴射的混凝土強(qiáng)度高而回彈少。表8-19噴混凝土的配合比13132022/12/18量配合比可參照表8-19選用。142023/1/3

三、噴射混凝土主要性能指標(biāo)

1.噴射混凝土強(qiáng)度

《技術(shù)規(guī)范》4.3.1：噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15；對(duì)于立井及重要隧洞和斜井工程，噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20；噴射混凝土ld齡期的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于5MPa。鋼纖維噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低予C20，其抗拉強(qiáng)度不應(yīng)低于2MPa，抗彎強(qiáng)度不應(yīng)低于6MPa。

2.噴射混凝土厚度

《技術(shù)規(guī)范》4.3.3條文說明：噴射混凝土的收縮14142022/12/18三、噴射混凝土主要性能指標(biāo)14152023/1/3較大，若其厚度小于50mm時(shí)，噴層中粗骨料的含量甚少，更容易引起收縮開裂。同時(shí)，噴層過薄也不足以抵抗巖塊的移動(dòng)，常出現(xiàn)局部開裂或剝落。近幾年來，有關(guān)部門對(duì)噴射混凝土支護(hù)使用情況調(diào)查結(jié)果表明，噴射混凝土支護(hù)層產(chǎn)生局部開裂剝落者，其厚度多在50mm以下，也有30～40mm的。因此，本條規(guī)定噴射混凝土支護(hù)的最小厚度不應(yīng)小于50mm。根據(jù)錨噴支護(hù)原理，要求噴層具有一定的柔性。因此，規(guī)定噴射混凝土厚度一般不應(yīng)超過200mm，特15152022/12/18較大，若其厚度小于50mm時(shí)，噴層中162023/1/3別在軟弱圍巖中作初期支護(hù)，噴層過厚，會(huì)產(chǎn)生過大的形變壓力，易導(dǎo)致噴層出現(xiàn)破壞，這是不經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)噴層不能滿足支護(hù)抗力要求時(shí)，可用錨桿或配筋予以加強(qiáng)。

四、噴射混凝土施工

1.噴射混凝土施工工藝流程從混合料及施工工藝上可將噴射工藝分為干式噴射法和濕式噴射法兩種。(1)式噴射法目前，干噴法在我國(guó)和其他國(guó)家仍是噴射混凝16162022/12/18別在軟弱圍巖中作初期支護(hù)，噴層過厚，172023/1/3土的一種主要方法。用干式噴射工藝時(shí)，先將砂、石過篩，按配合比和水泥一同送入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，然后用礦車將拌合料運(yùn)送到工作面，經(jīng)上料機(jī)裝入以壓縮空氣為動(dòng)力的噴射機(jī)，同時(shí)加入規(guī)定量的速凝劑，再經(jīng)輸料管吹送到噴頭處與水混合后噴敷到巖面上，如圖8-66、67、68所示。圖8-66干式噴射混凝土的工藝流程17172022/12/18土的一種主要方法。用干式噴射工藝時(shí)，182023/1/3圖8-67干式噴射混凝土的工藝流程圖l-石子;2-砂子;3-篩子;4-磅秤;5-攪拌機(jī);6-水泥;7-篩子;8-運(yùn)料小車;9-料盤;10-上料機(jī);11-噴射機(jī);12-噴嘴;13-水箱;14-氣包;15-電源18182022/12/18圖8-67干式噴射混凝土的工藝流圖8-68工藝流程192023/1/319圖8-68工藝流程192022/12/1819202023/1/3(2)濕式噴射

用干式噴射機(jī)噴射混凝土?xí)r，噴射作業(yè)時(shí)粉塵大，水灰比不易控制，混合料與水的拌合時(shí)間短，使混凝土的均質(zhì)性和強(qiáng)度受到影響；而且回彈量大，噴層質(zhì)量低。為了解決這些問題，可采用濕式混凝土噴射機(jī)，即將混凝土混合料與水充分拌合后再由噴射機(jī)進(jìn)行噴射，其工藝流程如圖8-69所示。

(3)解決干式噴射機(jī)粉塵大等問題的途徑

是研制與使用濕噴機(jī)，即裝入噴射機(jī)的是潮濕的混合料，在噴頭處再加入適量水后噴向巖面。使20202022/12/18(2)濕式噴射20212023/1/3圖8-69濕式噴射混凝土的工藝流程圖1-石子;2-砂子;3-篩子;4-磅秤;5-攪拌機(jī);6-水泥;7-篩子;8-攪拌機(jī);9-噴嘴;10-濕噴機(jī);11-液體速凝劑;12-氣包;13-電源;14-水箱21212022/12/18圖8-69濕式噴射混凝土的工藝流222023/1/3用含水率小于7%(水灰比≤o.35)的混合料，料腔不粘結(jié)，不需清理，其受料和出料系統(tǒng)能連續(xù)暢通，始終保證正常工作。

2.噴射機(jī)具

(1)混凝土噴射機(jī)50年代開始研制WG-25型雙罐干式噴混凝土機(jī)，于60年代定型生產(chǎn)并大量應(yīng)用，成為我國(guó)錨噴支護(hù)第一代噴混凝土機(jī)械。與此同時(shí)，也出現(xiàn)了ZHP-2型轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)、LHP-701型水平螺旋噴射機(jī)、SPD-320型風(fēng)動(dòng)單罐噴射機(jī)等不同類型的設(shè)備，但是除轉(zhuǎn)22222022/12/18用含水率小于7%(水灰比≤o.35)232023/1/3子式噴射機(jī)外，其他都因工作的可靠性、使用壽命和粉塵較大等問題而被淘汰。但雙罐式噴射機(jī)也因上料高和體積較大、笨重，采用鐘型閥改變風(fēng)壓上料而使粉塵較大等缺點(diǎn)而急待改進(jìn)或換型。

噴射混凝土支護(hù)的發(fā)展，在一定程度上有賴于混凝土噴射機(jī)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代，我國(guó)先后研制成轉(zhuǎn)子-I型、轉(zhuǎn)子-Ⅱ型噴射機(jī)，取代了機(jī)體高大、笨重、操作頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度大的雙罐式噴射機(jī)。

粉塵大、回彈率高是長(zhǎng)期困擾噴射混凝土支護(hù)技術(shù)的兩大難題?！捌呶濉焙汀鞍宋濉逼陂g，我國(guó)23232022/12/18子式噴射機(jī)外，其他都因工作的可靠性、242023/1/3對(duì)噴射機(jī)及噴射工藝、噴射材料、外加劑等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)與研究。近10多年來，從單機(jī)到噴機(jī)組，從干噴機(jī)到濕噴機(jī)、潮噴機(jī)，從噴射主機(jī)到上料輔機(jī)，從粉狀速凝劑到液體速凝劑等進(jìn)行了攻關(guān)，取得了顯著的研究成果，使我國(guó)噴射混凝土支護(hù)技術(shù)和裝備發(fā)展到了一個(gè)新水平。目前在噴射混凝土作業(yè)中，絕大多數(shù)是使用轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)。這種噴射機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能可靠、外形小、重量輕、維修和操作方便。目前國(guó)內(nèi)常用轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)一覽表見表8-20。24242022/12/18對(duì)噴射機(jī)及噴射工藝、噴射材料、外加劑252023/1/3表8-20

常用轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)25252022/12/18表8-20262023/1/3

如圖8-70、71所示，轉(zhuǎn)子型噴射機(jī)由主機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)架等組成。主機(jī)由旋轉(zhuǎn)體、密封膠板、定量下料機(jī)構(gòu)、攪拌器、料斗、出料彎頭、上下殼體等組成。定量下料機(jī)構(gòu)由定量隔板和定量葉片組成，隔板可上下移動(dòng)，以調(diào)整噴射能力。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體、攪拌器和撥料板旋轉(zhuǎn)，料斗中的混合料被均勻撥人旋轉(zhuǎn)體的料槽中。當(dāng)裝滿料的料槽對(duì)準(zhǔn)出料彎頭時(shí)，內(nèi)圈的氣室也恰好對(duì)準(zhǔn)進(jìn)風(fēng)管，于是混合料被壓氣壓入出料彎頭和輸料管，在噴嘴處與水混合26262022/12/18如圖8-70、71所示，轉(zhuǎn)子圖8-70轉(zhuǎn)子—Ⅱ型噴射機(jī)1-上殼體;2-下殼體;3-旋轉(zhuǎn)體;4-入料口;5-出料彎頭;6-進(jìn)風(fēng)管;7-密封膠板;8-料斗;9-撥料板;10-攪拌器;11-定量板;12-油水分離器;13-電動(dòng)機(jī);14-減速器272023/1/327圖8-70轉(zhuǎn)子—Ⅱ型噴射機(jī)272022/12/1827圖8-71轉(zhuǎn)子噴射機(jī)282023/1/328圖8-71轉(zhuǎn)子噴射機(jī)282022/12/1828292023/1/3噴向巖面。目前，濕噴法在我國(guó)仍處在試驗(yàn)研究階段，還未達(dá)到全面推廣應(yīng)用的水平。主要是濕噴機(jī)體積龐大，工藝復(fù)雜，對(duì)集料要求高，而我國(guó)生產(chǎn)的液體速凝劑、外加劑性能較差，影響了濕式噴射機(jī)的推廣和應(yīng)用。濕式混凝土噴射機(jī)如圖8-72所示。

(2)混凝土噴射機(jī)的配套機(jī)械人工配料、人工攪拌、人工喂料給噴射機(jī)，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、粉塵大，且配料、攪拌質(zhì)量難以保證。為此，我國(guó)研制了HPLG-5型轉(zhuǎn)子型噴射機(jī)供料29292022/12/18噴向巖面。29圖8-72濕式混凝土噴射機(jī)302023/1/3潮噴和干噴通用CP-5中型噴射機(jī)礦用濕式混凝土噴漿機(jī)混凝土濕式噴射機(jī)KSP-9型濕式混凝土噴射機(jī)30圖8-72濕式混凝土噴射機(jī)302022/12/18潮噴和312023/1/3裝置，它可與國(guó)內(nèi)各種型號(hào)的轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)配套使用，作為配比、攪拌和向噴射機(jī)供料之用。煤礦用混凝土攪拌機(jī)如圖8-73、74所示。由于煤礦井下巷道斷面較小，一般多采用手持式噴頭，如圖8-75所示。這種噴射方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作條件惡劣，噴射質(zhì)量也難以保證，所以應(yīng)研制煤礦適用的噴射機(jī)械手，如圖8-76～79所示。在隧道工程中已經(jīng)使用了噴混凝土機(jī)器人，并先后應(yīng)用于濟(jì)南繞城高速公路隧道、東秦嶺隧道、昆明一石林高速公路的陽宗隧道和威海繞城高速公路隧道等。31312022/12/18裝置，它可與國(guó)內(nèi)各種型號(hào)的轉(zhuǎn)子式混凝圖8-73煤礦用混凝土攪拌機(jī)322023/1/3煤礦用軌輪式混凝土攪拌輸送車礦用混凝土連續(xù)上料攪拌機(jī)井下移動(dòng)式混凝土攪拌機(jī)JD-100型煤礦用混凝土攪拌機(jī)32圖8-73煤礦用混凝土攪拌機(jī)322022/12/18煤礦圖8-74在西班牙某隧道現(xiàn)場(chǎng)采用的Sika-Pm500型移動(dòng)式噴射混凝土機(jī)332023/1/333圖8-74在西班牙某隧道現(xiàn)場(chǎng)采用的Sika-Pm500圖8-75手持式噴頭342023/1/334圖8-75手持式噴頭342022/12/1834圖8-77MK-II型液壓機(jī)械手1-液壓系統(tǒng);2-氣、水系統(tǒng);3-轉(zhuǎn)柱;4-支柱油缸;5-大臂;6-拉桿;7-照明燈;8-伸縮油缸;9-翻轉(zhuǎn)油缸;10-導(dǎo)向支撐桿;11-擺角油缸;12-回轉(zhuǎn)器;13-噴頭圖8-76HJ-I型筒易機(jī)械手1-噴頭;2-回轉(zhuǎn)器;3-軟軸;4-電動(dòng)機(jī)和減速器;5-回轉(zhuǎn)杠桿;6-伸縮立柱;7-小車;8-手輪2023/1/33535圖8-77MK-II型液壓機(jī)械手圖8-76HJ-I型圖8-78新筑XZPS30B噴射機(jī)械手362023/1/3噴漿助力機(jī)械手36圖8-78新筑XZPS30B噴射機(jī)械手362022/12圖8-79在瑞士的一條隧道中使用噴射混凝土機(jī)械手的情況372023/1/337圖8-79在瑞士的一條隧道中使用噴射混凝土機(jī)械手的情況37382023/1/33.噴射混凝土的施工工藝

(1)噴射混凝土的主要工藝參數(shù)為了確保噴層質(zhì)量、減少回彈率和降低粉塵濃度，必須正確選擇施工工藝參數(shù)。①工作風(fēng)壓。工作風(fēng)壓是指正常噴射作業(yè)時(shí)，噴射機(jī)工作室里的風(fēng)壓，工作風(fēng)壓決定噴嘴出口處的風(fēng)壓，而噴嘴出口處的風(fēng)壓的大小直接影響著回彈率、混凝土噴層質(zhì)量與噴射速度，而噴射速度又與回彈率、噴層強(qiáng)度等密切相關(guān)。當(dāng)混凝土配合比為1:2.5:2、輸料管水平長(zhǎng)度為20m、噴頭距受噴面38382022/12/183.噴射混凝土的施工工藝38392023/1/31m左右時(shí)，其工作風(fēng)壓以0.11～0.13MPa為宜。根據(jù)試驗(yàn)，干式噴射時(shí)，噴嘴出口處的風(fēng)壓應(yīng)控制在0.1MPa，濕噴時(shí)應(yīng)控制在0.15～0.18MPa。此外，工作風(fēng)壓應(yīng)隨著輸料管長(zhǎng)度的增加而增大。

②水壓。水壓應(yīng)比風(fēng)壓高0.1MPa左右，以保證噴頭處的水環(huán)能充分濕潤(rùn)瞬間高速流過的干拌合料。調(diào)節(jié)噴頭水環(huán)上的水閥即可控制水壓。

③水灰比。噴射混凝土的最佳水灰比為0.4～0.45，噴層表面平整、潮潤(rùn)光澤、粘塑性好、密實(shí)；當(dāng)水量不足時(shí)，噴層表面有浮砂，出現(xiàn)干斑，39392022/12/181m左右時(shí)，其工作風(fēng)壓以0.11～0402023/1/3回彈率高，粉塵多；當(dāng)水量過大時(shí)，則噴層會(huì)產(chǎn)生滑移、下墜或流淌。

④噴頭與受噴面的距離及傾角。合適的距離應(yīng)使回彈率低，混凝土強(qiáng)度高，一般控制在0.8～1.2m為宜。噴頭方向除了噴墻下部可下俯10°～15°外，應(yīng)盡量與受噴面正交，當(dāng)噴頭與受噴面垂直時(shí)，回彈率最低。

⑤一次噴射厚度。若一次噴射厚度過大，由于重力的作用會(huì)使混凝土顆粒間的凝結(jié)力減弱，混凝土從受噴面將發(fā)生重力墜落；若噴射厚度太小，石40402022/12/18回彈率高，粉塵多；當(dāng)水量過大時(shí)，則噴412023/1/3子無法嵌入灰漿層，將會(huì)使回彈率增大。一般噴射順序?yàn)榉侄螐膲窍蛏蠂娚?，并且自下而上的一次噴射厚度逐漸減小，其部位和厚度可按圖8-80所示進(jìn)行工作。

⑥分層噴射的間歇時(shí)間。如果一次噴射厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)厚度，需要進(jìn)行分層噴射時(shí)，其間隔時(shí)間與水泥品種、工作溫度和速凝劑摻量等因素有關(guān)。一般對(duì)于摻有速凝劑的普通水泥，溫度在15℃～20℃時(shí)，其間歇時(shí)間為15～20min；不摻速凝劑時(shí)為2～4h，并在復(fù)噴前先噴水濕潤(rùn)。41412022/12/18子無法嵌入灰漿層，將會(huì)使回彈率增大。圖8-80一次噴厚與噴射部位之間的關(guān)系，分子為噴射方向與水平面平角度；分母為一次噴射厚度(cm)2023/1/34242圖8-80一次噴厚與噴射部位之間的關(guān)系，分子為噴432023/1/3⑦混合料的存放時(shí)間。由于砂、石含有一定水分，與水泥混合后，存放時(shí)間應(yīng)盡量縮短。摻速凝劑時(shí)，存放時(shí)間不應(yīng)超過20min；不摻速凝劑時(shí)，存放時(shí)間不應(yīng)超過2h，混合料最好隨拌隨用。(2)施工準(zhǔn)備工作噴射混凝土之前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求檢查巷道斷面尺寸是否符合要求；撬掉巖面上的活石，清除巷道兩幫基底的存矸，使其達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的深度(底板以下100mm)；用高壓風(fēng)、水沖洗巖面上的爆破粉塵和巖體節(jié)理中的斷層泥，以保證混凝土與巖面牢固黏43432022/12/18⑦混合料的存放時(shí)間。由于砂、442023/1/3結(jié)；埋設(shè)控制噴層厚度標(biāo)樁；認(rèn)真檢查噴射機(jī)具和氣、水、電、管線以及準(zhǔn)備好照明和防塵設(shè)施等，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。

(3)噴射作業(yè)

①嚴(yán)格按操作規(guī)程正確使用混凝土噴射機(jī)。尤其要注意調(diào)整好氣壓、水壓，以減少回彈量和粉塵濃度。

②噴頭操作。作業(yè)開始時(shí)，要先開風(fēng)后給水，最后送電給料；作業(yè)結(jié)束時(shí)，先停止給料，待罐內(nèi)噴料用完后，再停電，最后關(guān)水、停風(fēng)。同時(shí)調(diào)節(jié)44442022/12/18結(jié)；埋設(shè)控制噴層厚度標(biāo)樁；認(rèn)真檢查噴452023/1/3好給料速度，給料速度太低會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生團(tuán)塊輸送，而無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)噴射；相反，給料速度太快又會(huì)造成噴槍堵塞。

③為了保證混合料攪拌均勻，要隨時(shí)觀察圍巖、噴層表面、回彈、粉塵等情況，及時(shí)調(diào)整水灰比，掌握好工作風(fēng)壓、噴射距離和角度，盡可能地降低回彈率。

④噴射順序應(yīng)先墻后拱，自下而上進(jìn)行。在噴射中，噴頭應(yīng)保持不斷移動(dòng)，以便減少回彈，保持噴層厚度均勻。使噴頭按圓形和橢圓形呈螺旋狀軌45452022/12/18好給料速度，給料速度太低會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生團(tuán)462023/1/3跡式連續(xù)噴射，環(huán)形圈應(yīng)為長(zhǎng)軸400～600mm，短軸150～200mm左右為宜。

⑤為了保證噴射質(zhì)量、提高工效，應(yīng)合理劃分噴射區(qū)段。一般以6m長(zhǎng)為一基本段，基本段再分為2m長(zhǎng)的三小段。噴墻時(shí)，每噴完1.5m高便依次向相鄰小段前進(jìn)。圖8-81所示為拱形巷道合理劃分噴射區(qū)段的一個(gè)實(shí)例。對(duì)于凹凸嚴(yán)重的巖面，應(yīng)先凹后凸、自下而上地正確選擇噴射次序。

(4)噴射混凝土支護(hù)存在的問題

①回彈46462022/12/18跡式連續(xù)噴射，環(huán)形圈應(yīng)為長(zhǎng)軸400～圖8-81噴射區(qū)段的劃分與噴射順序2023/1/34747圖8-81噴射區(qū)段的劃分與噴射順序2022/12/184482023/1/3

噴射混凝土施工中，部分材料回彈落地是難以避免的，但回彈過多，既浪費(fèi)材料，又在一定程度上改變了混凝土的配合比，使噴層強(qiáng)度降低。因此，在施工中應(yīng)合理確定工藝參數(shù)，使回彈率控制在：邊墻不超過計(jì)劃的15%，拱部不超過計(jì)劃的25%?；貜椓吭龃蟮脑蚣皽p少回彈的措施見表8-21?；貜椢飸?yīng)盡量收回利用，可作為噴射混凝士的骨料，但摻量不應(yīng)超過骨料總量的30%，也可用于澆灌水溝、地板或預(yù)制水溝蓋板等低強(qiáng)度混凝土構(gòu)件。

②粉塵48482022/12/18噴射混凝土施工中，部分材料回表8-21噴射混凝士回彈影響因素分析2023/1/34949表8-21噴射混凝士回彈影響502023/1/3干式噴射混凝土的水是在噴頭處加入的，水與干拌合料的混合時(shí)間很短，故易產(chǎn)生粉塵。裝干料時(shí)或設(shè)備密封不良，也會(huì)產(chǎn)生粉塵。

降低粉塵濃度的主要措施有：

a.加強(qiáng)水泥與水的混合。一方面可適當(dāng)增加砂石含水率，(允許的砂石平均含水率為5%；左右)；另一方面在輸料管距噴頭4～5m處安設(shè)預(yù)加水環(huán)和異徑葫蘆管(圖8-82)，預(yù)先給干拌合料加水(為總水量的1／3)，當(dāng)料通過異徑葫蘆管時(shí)，曲于渦流使水、料充分?jǐn)嚢?，使粉塵顯著減少。據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，未加50502022/12/18干式噴射混凝土的水是在噴頭處圖8-82預(yù)加水環(huán)和異徑葫蘆管的安裝位置1-φ65mm無縫鋼管；2-φ100mm無縫鋼管；3-法蘭盤；4-φ38mm輸料膠管；5-預(yù)加水環(huán)；6-φ13mm膠管；7-輸料膠管；8-水環(huán)；9-噴頭；10-攏料管；11-水管；12-水閥門2023/1/35151圖8-82預(yù)加水環(huán)和異徑葫蘆管的安裝位置2022/1522023/1/3水環(huán)和異徑葫蘆管前，粉塵濃度為47.3mg／m3，預(yù)加水環(huán)后，粉塵濃度降至17mg／m3，再加異徑葫蘆管后粉塵濃度進(jìn)一步下降至12.8mg／m3；另外，在上料口安裝吸塵裝置，加強(qiáng)通風(fēng)等措施使作業(yè)區(qū)的粉塵濃度下降至10mg／m3。

b.加強(qiáng)通風(fēng)。盡量采用混合式或壓入式通風(fēng)，風(fēng)筒口距作業(yè)地點(diǎn)以10m左右為宜。在噴射作業(yè)地點(diǎn)的回風(fēng)流中應(yīng)設(shè)噴霧灑水裝置。

c.注意操作人員的個(gè)體防護(hù)，如佩戴防塵眼鏡、防塵口罩。52522022/12/18水環(huán)和異徑葫蘆管前，粉塵濃度為47.532023/1/3d.采用濕噴機(jī)。這是減少粉塵的根本途徑，可將粉塵濃度降至5mg／m3左右。我國(guó)正在積極研制和進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)及試用。

(5)圍巖滲漏水的處理圍巖涌水會(huì)降低噴層與巖面的粘結(jié)力，使噴層脫落或離層。因此，噴射混凝土前必須對(duì)水進(jìn)行處理。①若巖幫僅有少量滲水、滴水，可用壓氣清掃，邊吹邊噴即可。②遇有小裂隙水，可用快凝水泥砂漿封堵，然53532022/12/18d.采用濕噴機(jī)。這是542023/1/3后再噴。③若有成股涌水或大面積漏水，必須將水導(dǎo)出，如圖8-83所示。首先找到水源點(diǎn)，在該處鑿一個(gè)深約10cm的喇叭口，沖洗干凈后，用快凝水泥將導(dǎo)水管埋入，再向管子周圍噴混凝土，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，再向?qū)Ч軆?nèi)注入水泥漿，將孔封閉。圖8-83埋設(shè)導(dǎo)管排水

1-噴層；2-導(dǎo)水管；3-快凝水泥凈漿；4-水源54542022/12/18后再噴。圖8-83埋設(shè)導(dǎo)管排水5552023/1/3

(6)噴層的養(yǎng)護(hù)

由于噴射混凝土水泥用量較大，含砂量較高，噴層又是大面積薄層結(jié)構(gòu)，加入速凝劑后迅速凝結(jié)，這就使混凝土在凝結(jié)期的收縮量大為減少；而硬化期的收縮量則明顯增大，使噴層產(chǎn)生有規(guī)則的收縮裂縫，降低了噴層的強(qiáng)度。為了減少噴層的收縮裂縫，應(yīng)盡可能選用優(yōu)質(zhì)水泥、控制水泥用量、不用細(xì)砂、掌握適宜的噴層厚度，噴射后必須按養(yǎng)護(hù)制度規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。要求在混凝土終凝2h后噴水養(yǎng)護(hù)，用普通水泥時(shí)噴水養(yǎng)55552022/12/18(6)噴層的養(yǎng)護(hù)562023/1/3護(hù)時(shí)間不小于7d，用礦渣水泥時(shí)不小于14d。只有在淋水的地段或相對(duì)濕度95%以上的情況下，才可不專門進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。(7)高性能噴射混凝土在各階段的性能特點(diǎn)要求如下：

①噴射階段。具有高粘聚性、附著性，回彈率低、粉塵小。

②硬化早期。早凝、早強(qiáng)，化學(xué)縮減小，干縮小。

③硬化后期。強(qiáng)度適應(yīng)，高抗?jié)B、高抗碳化、56562022/12/18護(hù)時(shí)間不小于7d，用礦渣水泥時(shí)不小于572023/1/3高耐腐蝕。4.《施工與驗(yàn)收規(guī)范》第6.4.2條噴射混凝土支護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)噴射混凝土的原材料：符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)混合料的配比應(yīng)準(zhǔn)確。稱量的允許偏差：水泥和速凝劑應(yīng)為±2％，砂、石應(yīng)為±3％。

(3)混合料應(yīng)采用機(jī)械攪拌。

(4)混合料應(yīng)隨拌隨用，不摻速凝劑時(shí)存放時(shí)間不應(yīng)超過2h，摻速凝劑時(shí)存放時(shí)間不應(yīng)超過20min。

(5)噴射前應(yīng)清洗巖面，水灰比0.4～0.45。57572022/12/18高耐腐蝕。57582023/1/3

(6)速凝劑的摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。混凝土的初凝時(shí)間不應(yīng)大于5min，終凝時(shí)間不應(yīng)大于10min。

(7)當(dāng)混凝土采取分層噴射時(shí)，第一層噴射厚度：墻50～100mm，拱30～60mm；下一層的噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，當(dāng)間隔時(shí)間超過2h，應(yīng)先噴水濕潤(rùn)混凝土的表面。

(8)噴射前應(yīng)埋設(shè)控制噴厚的標(biāo)志。

5.噴射混凝土質(zhì)量檢測(cè)主要檢測(cè)內(nèi)容為噴射混凝土的強(qiáng)度和噴層厚度。

(1)噴射混凝土的強(qiáng)度58582022/12/18(6)速凝劑的摻量應(yīng)通過試驗(yàn)592023/1/3檢測(cè)采用點(diǎn)荷載試驗(yàn)法或拔出試驗(yàn)法，也可采用噴大板切割法或鑿方切割法，不得采用試塊法。

①點(diǎn)荷載試驗(yàn)法:是用混凝土鉆取機(jī)從噴層中鉆取圓柱體芯樣，然后用點(diǎn)荷載儀測(cè)試其點(diǎn)荷載強(qiáng)度，再根據(jù)點(diǎn)荷載強(qiáng)度確定噴層強(qiáng)度。

②拔出試驗(yàn):是指在混凝土噴層中鉆孔、切槽并安裝拉拔器進(jìn)行拔出試驗(yàn)(圖8-84)；根據(jù)極限拔出力確定噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度。拔出試驗(yàn)裝置應(yīng)包括鉆孔、切槽、拔出三部分機(jī)具。

(2)噴層厚度59592022/12/18檢測(cè)采用點(diǎn)荷載試驗(yàn)法或拔出試驗(yàn)法，也602023/1/3可在噴射混凝土凝固前采用針探法檢測(cè)，也可用打孔尺量法或取芯法檢測(cè)。圖8-84混凝土拔出試驗(yàn)(1)鉆孔(2)孔內(nèi)切槽(3)安裝拉拔儀(4)拉拔試驗(yàn)60602022/12/18可在噴射混凝土凝固前

(3)工程規(guī)格尺寸包括掛線尺量法、激光測(cè)距法、超聲波測(cè)距法等。

(4)觀感質(zhì)量

觀感質(zhì)量檢測(cè)包括噴射混凝土有無漏噴、離鼓現(xiàn)象；有無仍在擴(kuò)展或危及使用安全的裂縫；漏水量；鋼筋網(wǎng)有無外露；噴射混凝土表面平整密實(shí)。

(5)工程基礎(chǔ)深度檢測(cè)

《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，噴射混凝土支護(hù)工程應(yīng)設(shè)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)深度不小于100mm。2023/1/36161(3)工程規(guī)格尺寸2022/12/1861616262第八章巷道支護(hù)第三節(jié)噴射混凝土支護(hù)63第八章巷道支護(hù)第三節(jié)噴射混凝土支護(hù)1642023/1/3

一、噴射混凝土支護(hù)的作用原理噴射混凝土支護(hù)是以壓縮空氣為動(dòng)力，用噴射機(jī)將混凝土以噴射的方法覆蓋到需要維護(hù)的巖面上，凝結(jié)硬化后形成混凝土結(jié)構(gòu)的支護(hù)方式。如圖8-64、65所示。其作用主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1.加固與防止風(fēng)化作用噴射混凝土以較高的速度射入張開的節(jié)理裂隙，產(chǎn)生如同石墻灰縫一樣的粘結(jié)作用，從而提高了巖體的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強(qiáng)度。6422022/12/18一、噴射混凝土支護(hù)的作用原理2圖8-64

混凝土噴射機(jī)2023/1/36565圖8-64混凝土噴射機(jī)2022/12/18332023/1/366圖8-65

噴射混凝土662022/12/184圖8-65噴射混凝土4672023/1/3同時(shí)噴射混凝土層封閉了圍巖，能夠防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞與剝落。

2.改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)作用噴射混凝土一方面可將圍巖表面凹凸不平處填平，消除因巖面不平引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象；另一方面，可使圍巖由單向或雙向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向受力狀態(tài)，提高了圍巖的強(qiáng)度。

3.柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)作用

一方面，噴射混凝土能與圍巖緊密地粘結(jié)在一起，同時(shí)噴層較薄，具有一定的柔性，可以與圍巖6752022/12/18同時(shí)噴射混凝土層封閉了圍巖，能夠防止因682023/1/3共同變形，使圍巖應(yīng)力得以釋放；另一方面，混凝土噴層在與圍巖共同變形中受到壓縮，對(duì)圍巖產(chǎn)生愈來愈大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大的變形，防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破碎。

4.與圍巖共同作用開巷后如能及時(shí)對(duì)暴露圍巖噴射一層混凝土，使噴層與巖石的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度足以抵抗圍巖的局部破壞，防止個(gè)別危巖活石的滑移或墜落，那么巖塊間的聯(lián)鎖咬合作用就能得以保持，這樣，不僅能保持圍巖自身的穩(wěn)定，并且與噴層構(gòu)成共同承載6862022/12/18共同變形，使圍巖應(yīng)力得以釋放；另一方面692023/1/3的整體結(jié)構(gòu)。噴射混凝土可以單獨(dú)使用，在巖石、土層面或結(jié)構(gòu)面上形成護(hù)壁結(jié)構(gòu)，成為噴射混凝土。與錨桿聯(lián)合使用時(shí)，主要是用于避免錨頭部位錨桿間巖土體的松脫和風(fēng)化，可以起到加強(qiáng)錨桿等錨固構(gòu)件的作用。

二、噴射混凝土材料及配合比(一)噴射混凝土材料

1.水泥噴射混凝土要求凝結(jié)硬化快，早期強(qiáng)度高，故6972022/12/18的整體結(jié)構(gòu)。7702023/1/3應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，水泥的強(qiáng)度等級(jí)不得低于42.5。不得使用受潮或過期結(jié)塊的水泥。

2.骨料

(1)細(xì)骨料(沙子)

為了保證混凝土強(qiáng)度，防止混凝土硬化后的收縮和減少噴射粉塵，噴射混凝土中的細(xì)骨料應(yīng)采用粒徑為0.35～3.0mm堅(jiān)硬干凈的中、粗沙為好。用細(xì)沙制成的混凝土容易產(chǎn)生較大的收縮變形；且過細(xì)的粉沙中游離勸曉含量較高，有損操作人員的健康。沙的含7082022/12/18應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，712023/1/3水率不應(yīng)大于7％。沙子的細(xì)度模數(shù)宜大于2.5。

(2)粗骨料(石子)一般選用堅(jiān)硬的河卵石或碎石，其中碎石回彈力低，但易于堵管和磨損管道，而河卵石則相反。石子粒徑應(yīng)根據(jù)噴射機(jī)性能選取。在實(shí)際工作中，為了減小回彈和防止管路堵塞，噴射混凝土的石子粒徑一般不大于15mm。石子的合理級(jí)配是影響混凝土質(zhì)量、水泥用量和回彈率的重要因素之一，其合理級(jí)配可參考表8-18選取。7192022/12/18水率不應(yīng)大于7％。沙子的細(xì)度模數(shù)宜大于722023/1/33.水要求潔凈，不含雜質(zhì)的清水。凡是能飲用的自來水和清潔的天然水，都能用來拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土。污水、pH﹥4的酸性水和硫酸鹽含量按SO3計(jì)算超過水重1%的水以及含油脂、糖類的水均不許使用。

4.速凝劑為了使混凝土能迅速粘結(jié)在壁面上，提高早期強(qiáng)表8-18噴射混凝土用石子的合理顆粒級(jí)配72102022/12/183.水表8-18噴射混732023/1/3度，需要在噴射混凝土中添加水泥重量2.5％～4％的速凝劑，速凝劑的摻入比例根據(jù)品種不同而異，一般要求初凝時(shí)間不應(yīng)大于5min，終凝時(shí)間不應(yīng)大于10min。為了適應(yīng)濕噴混凝土，正在試用液體速凝劑和減水劑，以提高混凝土的強(qiáng)度。

5.鋼纖維在混凝土中加入鋼纖維可有效地改善混凝土的整體力學(xué)性能，特別是提高噴層的抗拉強(qiáng)度與變形能力，變脆性材料為塑性材料。一般在噴射混凝土中摻加水泥重量4%的約30mm長(zhǎng)、直徑0.25～0.4mm的鋼纖維73112022/12/18度，需要在噴射混凝土中添加水泥重量2742023/1/3。這種鋼纖維噴射混凝土可提高抗壓強(qiáng)度約50%、抗拉強(qiáng)度50%～70%、抗彎強(qiáng)度30%左右，韌度還能提高9倍，從而減少了噴射混凝土脆性可能引起的破壞。

(二)噴射混凝土的配合比噴射混凝土配合比，可按配合比設(shè)計(jì)方法求得。噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于20MPa，水灰比以0.4～0.5為最佳。水灰比在此范圍內(nèi)，噴射的混凝土強(qiáng)度高而回彈少。合適的配合比應(yīng)使噴層有足夠的抗壓、抗拉和粘結(jié)強(qiáng)度，收縮變形值要小，回彈力要低。噴混凝土重74122022/12/18。這種鋼纖維噴射混凝土可提高抗壓強(qiáng)度752023/1/3量配合比可參照表8-19選用。噴水泥砂漿的重量配合比為:水泥:砂=1:(2～3)，砂漿標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于75號(hào)。水灰比以0.4～0.5為最佳，水灰比在此范圍內(nèi)，噴射的混凝土強(qiáng)度高而回彈少。表8-19噴混凝土的配合比75132022/12/18量配合比可參照表8-19選用。762023/1/3

三、噴射混凝土主要性能指標(biāo)

1.噴射混凝土強(qiáng)度

《技術(shù)規(guī)范》4.3.1：噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15；對(duì)于立井及重要隧洞和斜井工程，噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20；噴射混凝土ld齡期的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于5MPa。鋼纖維噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低予C20，其抗拉強(qiáng)度不應(yīng)低于2MPa，抗彎強(qiáng)度不應(yīng)低于6MPa。

2.噴射混凝土厚度

《技術(shù)規(guī)范》4.3.3條文說明：噴射混凝土的收縮76142022/12/18三、噴射混凝土主要性能指標(biāo)14772023/1/3較大，若其厚度小于50mm時(shí)，噴層中粗骨料的含量甚少，更容易引起收縮開裂。同時(shí)，噴層過薄也不足以抵抗巖塊的移動(dòng)，常出現(xiàn)局部開裂或剝落。近幾年來，有關(guān)部門對(duì)噴射混凝土支護(hù)使用情況調(diào)查結(jié)果表明，噴射混凝土支護(hù)層產(chǎn)生局部開裂剝落者，其厚度多在50mm以下，也有30～40mm的。因此，本條規(guī)定噴射混凝土支護(hù)的最小厚度不應(yīng)小于50mm。根據(jù)錨噴支護(hù)原理，要求噴層具有一定的柔性。因此，規(guī)定噴射混凝土厚度一般不應(yīng)超過200mm，特77152022/12/18較大，若其厚度小于50mm時(shí)，噴層中782023/1/3別在軟弱圍巖中作初期支護(hù)，噴層過厚，會(huì)產(chǎn)生過大的形變壓力，易導(dǎo)致噴層出現(xiàn)破壞，這是不經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)噴層不能滿足支護(hù)抗力要求時(shí)，可用錨桿或配筋予以加強(qiáng)。

四、噴射混凝土施工

1.噴射混凝土施工工藝流程從混合料及施工工藝上可將噴射工藝分為干式噴射法和濕式噴射法兩種。(1)式噴射法目前，干噴法在我國(guó)和其他國(guó)家仍是噴射混凝78162022/12/18別在軟弱圍巖中作初期支護(hù)，噴層過厚，792023/1/3土的一種主要方法。用干式噴射工藝時(shí)，先將砂、石過篩，按配合比和水泥一同送入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，然后用礦車將拌合料運(yùn)送到工作面，經(jīng)上料機(jī)裝入以壓縮空氣為動(dòng)力的噴射機(jī)，同時(shí)加入規(guī)定量的速凝劑，再經(jīng)輸料管吹送到噴頭處與水混合后噴敷到巖面上，如圖8-66、67、68所示。圖8-66干式噴射混凝土的工藝流程79172022/12/18土的一種主要方法。用干式噴射工藝時(shí)，802023/1/3圖8-67干式噴射混凝土的工藝流程圖l-石子;2-砂子;3-篩子;4-磅秤;5-攪拌機(jī);6-水泥;7-篩子;8-運(yùn)料小車;9-料盤;10-上料機(jī);11-噴射機(jī);12-噴嘴;13-水箱;14-氣包;15-電源80182022/12/18圖8-67干式噴射混凝土的工藝流圖8-68工藝流程812023/1/381圖8-68工藝流程192022/12/1819822023/1/3(2)濕式噴射

用干式噴射機(jī)噴射混凝土?xí)r，噴射作業(yè)時(shí)粉塵大，水灰比不易控制，混合料與水的拌合時(shí)間短，使混凝土的均質(zhì)性和強(qiáng)度受到影響；而且回彈量大，噴層質(zhì)量低。為了解決這些問題，可采用濕式混凝土噴射機(jī)，即將混凝土混合料與水充分拌合后再由噴射機(jī)進(jìn)行噴射，其工藝流程如圖8-69所示。

(3)解決干式噴射機(jī)粉塵大等問題的途徑

是研制與使用濕噴機(jī)，即裝入噴射機(jī)的是潮濕的混合料，在噴頭處再加入適量水后噴向巖面。使82202022/12/18(2)濕式噴射20832023/1/3圖8-69濕式噴射混凝土的工藝流程圖1-石子;2-砂子;3-篩子;4-磅秤;5-攪拌機(jī);6-水泥;7-篩子;8-攪拌機(jī);9-噴嘴;10-濕噴機(jī);11-液體速凝劑;12-氣包;13-電源;14-水箱83212022/12/18圖8-69濕式噴射混凝土的工藝流842023/1/3用含水率小于7%(水灰比≤o.35)的混合料，料腔不粘結(jié)，不需清理，其受料和出料系統(tǒng)能連續(xù)暢通，始終保證正常工作。

2.噴射機(jī)具

(1)混凝土噴射機(jī)50年代開始研制WG-25型雙罐干式噴混凝土機(jī)，于60年代定型生產(chǎn)并大量應(yīng)用，成為我國(guó)錨噴支護(hù)第一代噴混凝土機(jī)械。與此同時(shí)，也出現(xiàn)了ZHP-2型轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)、LHP-701型水平螺旋噴射機(jī)、SPD-320型風(fēng)動(dòng)單罐噴射機(jī)等不同類型的設(shè)備，但是除轉(zhuǎn)84222022/12/18用含水率小于7%(水灰比≤o.35)852023/1/3子式噴射機(jī)外，其他都因工作的可靠性、使用壽命和粉塵較大等問題而被淘汰。但雙罐式噴射機(jī)也因上料高和體積較大、笨重，采用鐘型閥改變風(fēng)壓上料而使粉塵較大等缺點(diǎn)而急待改進(jìn)或換型。

噴射混凝土支護(hù)的發(fā)展，在一定程度上有賴于混凝土噴射機(jī)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代，我國(guó)先后研制成轉(zhuǎn)子-I型、轉(zhuǎn)子-Ⅱ型噴射機(jī)，取代了機(jī)體高大、笨重、操作頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度大的雙罐式噴射機(jī)。

粉塵大、回彈率高是長(zhǎng)期困擾噴射混凝土支護(hù)技術(shù)的兩大難題。“七五”和“八五”期間，我國(guó)85232022/12/18子式噴射機(jī)外，其他都因工作的可靠性、862023/1/3對(duì)噴射機(jī)及噴射工藝、噴射材料、外加劑等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)與研究。近10多年來，從單機(jī)到噴機(jī)組，從干噴機(jī)到濕噴機(jī)、潮噴機(jī)，從噴射主機(jī)到上料輔機(jī)，從粉狀速凝劑到液體速凝劑等進(jìn)行了攻關(guān)，取得了顯著的研究成果，使我國(guó)噴射混凝土支護(hù)技術(shù)和裝備發(fā)展到了一個(gè)新水平。目前在噴射混凝土作業(yè)中，絕大多數(shù)是使用轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)。這種噴射機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能可靠、外形小、重量輕、維修和操作方便。目前國(guó)內(nèi)常用轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)一覽表見表8-20。86242022/12/18對(duì)噴射機(jī)及噴射工藝、噴射材料、外加劑872023/1/3表8-20

常用轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)87252022/12/18表8-20882023/1/3

如圖8-70、71所示，轉(zhuǎn)子型噴射機(jī)由主機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)架等組成。主機(jī)由旋轉(zhuǎn)體、密封膠板、定量下料機(jī)構(gòu)、攪拌器、料斗、出料彎頭、上下殼體等組成。定量下料機(jī)構(gòu)由定量隔板和定量葉片組成，隔板可上下移動(dòng)，以調(diào)整噴射能力。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體、攪拌器和撥料板旋轉(zhuǎn)，料斗中的混合料被均勻撥人旋轉(zhuǎn)體的料槽中。當(dāng)裝滿料的料槽對(duì)準(zhǔn)出料彎頭時(shí)，內(nèi)圈的氣室也恰好對(duì)準(zhǔn)進(jìn)風(fēng)管，于是混合料被壓氣壓入出料彎頭和輸料管，在噴嘴處與水混合88262022/12/18如圖8-70、71所示，轉(zhuǎn)子圖8-70轉(zhuǎn)子—Ⅱ型噴射機(jī)1-上殼體;2-下殼體;3-旋轉(zhuǎn)體;4-入料口;5-出料彎頭;6-進(jìn)風(fēng)管;7-密封膠板;8-料斗;9-撥料板;10-攪拌器;11-定量板;12-油水分離器;13-電動(dòng)機(jī);14-減速器892023/1/389圖8-70轉(zhuǎn)子—Ⅱ型噴射機(jī)272022/12/1827圖8-71轉(zhuǎn)子噴射機(jī)902023/1/390圖8-71轉(zhuǎn)子噴射機(jī)282022/12/1828912023/1/3噴向巖面。目前，濕噴法在我國(guó)仍處在試驗(yàn)研究階段，還未達(dá)到全面推廣應(yīng)用的水平。主要是濕噴機(jī)體積龐大，工藝復(fù)雜，對(duì)集料要求高，而我國(guó)生產(chǎn)的液體速凝劑、外加劑性能較差，影響了濕式噴射機(jī)的推廣和應(yīng)用。濕式混凝土噴射機(jī)如圖8-72所示。

(2)混凝土噴射機(jī)的配套機(jī)械人工配料、人工攪拌、人工喂料給噴射機(jī)，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、粉塵大，且配料、攪拌質(zhì)量難以保證。為此，我國(guó)研制了HPLG-5型轉(zhuǎn)子型噴射機(jī)供料91292022/12/18噴向巖面。29圖8-72濕式混凝土噴射機(jī)922023/1/3潮噴和干噴通用CP-5中型噴射機(jī)礦用濕式混凝土噴漿機(jī)混凝土濕式噴射機(jī)KSP-9型濕式混凝土噴射機(jī)92圖8-72濕式混凝土噴射機(jī)302022/12/18潮噴和932023/1/3裝置，它可與國(guó)內(nèi)各種型號(hào)的轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)配套使用，作為配比、攪拌和向噴射機(jī)供料之用。煤礦用混凝土攪拌機(jī)如圖8-73、74所示。由于煤礦井下巷道斷面較小，一般多采用手持式噴頭，如圖8-75所示。這種噴射方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作條件惡劣，噴射質(zhì)量也難以保證，所以應(yīng)研制煤礦適用的噴射機(jī)械手，如圖8-76～79所示。在隧道工程中已經(jīng)使用了噴混凝土機(jī)器人，并先后應(yīng)用于濟(jì)南繞城高速公路隧道、東秦嶺隧道、昆明一石林高速公路的陽宗隧道和威海繞城高速公路隧道等。93312022/12/18裝置，它可與國(guó)內(nèi)各種型號(hào)的轉(zhuǎn)子式混凝圖8-73煤礦用混凝土攪拌機(jī)942023/1/3煤礦用軌輪式混凝土攪拌輸送車礦用混凝土連續(xù)上料攪拌機(jī)井下移動(dòng)式混凝土攪拌機(jī)JD-100型煤礦用混凝土攪拌機(jī)94圖8-73煤礦用混凝土攪拌機(jī)322022/12/18煤礦圖8-74在西班牙某隧道現(xiàn)場(chǎng)采用的Sika-Pm500型移動(dòng)式噴射混凝土機(jī)952023/1/395圖8-74在西班牙某隧道現(xiàn)場(chǎng)采用的Sika-Pm500圖8-75手持式噴頭962023/1/396圖8-75手持式噴頭342022/12/1834圖8-77MK-II型液壓機(jī)械手1-液壓系統(tǒng);2-氣、水系統(tǒng);3-轉(zhuǎn)柱;4-支柱油缸;5-大臂;6-拉桿;7-照明燈;8-伸縮油缸;9-翻轉(zhuǎn)油缸;10-導(dǎo)向支撐桿;11-擺角油缸;12-回轉(zhuǎn)器;13-噴頭圖8-76HJ-I型筒易機(jī)械手1-噴頭;2-回轉(zhuǎn)器;3-軟軸;4-電動(dòng)機(jī)和減速器;5-回轉(zhuǎn)杠桿;6-伸縮立柱;7-小車;8-手輪2023/1/39797圖8-77MK-II型液壓機(jī)械手圖8-76HJ-I型圖8-78新筑XZPS30B噴射機(jī)械手982023/1/3噴漿助力機(jī)械手98圖8-78新筑XZPS30B噴射機(jī)械手362022/12圖8-79在瑞士的一條隧道中使用噴射混凝土機(jī)械手的情況992023/1/399圖8-79在瑞士的一條隧道中使用噴射混凝土機(jī)械手的情況371002023/1/33.噴射混凝土的施工工藝

(1)噴射混凝土的主要工藝參數(shù)為了確保噴層質(zhì)量、減少回彈率和降低粉塵濃度，必須正確選擇施工工藝參數(shù)。①工作風(fēng)壓。工作風(fēng)壓是指正常噴射作業(yè)時(shí)，噴射機(jī)工作室里的風(fēng)壓，工作風(fēng)壓決定噴嘴出口處的風(fēng)壓，而噴嘴出口處的風(fēng)壓的大小直接影響著回彈率、混凝土噴層質(zhì)量與噴射速度，而噴射速度又與回彈率、噴層強(qiáng)度等密切相關(guān)。當(dāng)混凝土配合比為1:2.5:2、輸料管水平長(zhǎng)度為20m、噴頭距受噴面100382022/12/183.噴射混凝土的施工工藝381012023/1/31m左右時(shí)，其工作風(fēng)壓以0.11～0.13MPa為宜。根據(jù)試驗(yàn)，干式噴射時(shí)，噴嘴出口處的風(fēng)壓應(yīng)控制在0.1MPa，濕噴時(shí)應(yīng)控制在0.15～0.18MPa。此外，工作風(fēng)壓應(yīng)隨著輸料管長(zhǎng)度的增加而增大。

②水壓。水壓應(yīng)比風(fēng)壓高0.1MPa左右，以保證噴頭處的水環(huán)能充分濕潤(rùn)瞬間高速流過的干拌合料。調(diào)節(jié)噴頭水環(huán)上的水閥即可控制水壓。

③水灰比。噴射混凝土的最佳水灰比為0.4～0.45，噴層表面平整、潮潤(rùn)光澤、粘塑性好、密實(shí)；當(dāng)水量不足時(shí)，噴層表面有浮砂，出現(xiàn)干斑，101392022/12/181m左右時(shí)，其工作風(fēng)壓以0.11～01022023/1/3回彈率高，粉塵多；當(dāng)水量過大時(shí)，則噴層會(huì)產(chǎn)生滑移、下墜或流淌。

④噴頭與受噴面的距離及傾角。合適的距離應(yīng)使回彈率低，混凝土強(qiáng)度高，一般控制在0.8～1.2m為宜。噴頭方向除了噴墻下部可下俯10°～15°外，應(yīng)盡量與受噴面正交，當(dāng)噴頭與受噴面垂直時(shí)，回彈率最低。

⑤一次噴射厚度。若一次噴射厚度過大，由于重力的作用會(huì)使混凝土顆粒間的凝結(jié)力減弱，混凝土從受噴面將發(fā)生重力墜落；若噴射厚度太小，石102402022/12/18回彈率高，粉塵多；當(dāng)水量過大時(shí)，則噴1032023/1/3子無法嵌入灰漿層，將會(huì)使回彈率增大。一般噴射順序?yàn)榉侄螐膲窍蛏蠂娚洌⑶易韵露系囊淮螄娚浜穸戎饾u減小，其部位和厚度可按圖8-80所示進(jìn)行工作。

⑥分層噴射的間歇時(shí)間。如果一次噴射厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)厚度，需要進(jìn)行分層噴射時(shí)，其間隔時(shí)間與水泥品種、工作溫度和速凝劑摻量等因素有關(guān)。一般對(duì)于摻有速凝劑的普通水泥，溫度在15℃～20℃時(shí)，其間歇時(shí)間為15～20min；不摻速凝劑時(shí)為2～4h，并在復(fù)噴前先噴水濕潤(rùn)。103412022/12/18子無法嵌入灰漿層，將會(huì)使回彈率增大。圖8-80一次噴厚與噴射部位之間的關(guān)系，分子為噴射方向與水平面平角度；分母為一次噴射厚度(cm)2023/1/3104104圖8-80一次噴厚與噴射部位之間的關(guān)系，分子為噴1052023/1/3⑦混合料的存放時(shí)間。由于砂、石含有一定水分，與水泥混合后，存放時(shí)間應(yīng)盡量縮短。摻速凝劑時(shí)，存放時(shí)間不應(yīng)超過20min；不摻速凝劑時(shí)，存放時(shí)間不應(yīng)超過2h，混合料最好隨拌隨用。(2)施工準(zhǔn)備工作噴射混凝土之前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求檢查巷道斷面尺寸是否符合要求；撬掉巖面上的活石，清除巷道兩幫基底的存矸，使其達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的深度(底板以下100mm)；用高壓風(fēng)、水沖洗巖面上的爆破粉塵和巖體節(jié)理中的斷層泥，以保證混凝土與巖面牢固黏105432022/12/18⑦混合料的存放時(shí)間。由于砂、1062023/1/3結(jié)；埋設(shè)控制噴層厚度標(biāo)樁；認(rèn)真檢查噴射機(jī)具和氣、水、電、管線以及準(zhǔn)備好照明和防塵設(shè)施等，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。

(3)噴射作業(yè)

①嚴(yán)格按操作規(guī)程正確使用混凝土噴射機(jī)。尤其要注意調(diào)整好氣壓、水壓，以減少回彈量和粉塵濃度。

②噴頭操作。作業(yè)開始時(shí)，要先開風(fēng)后給水，最后送電給料；作業(yè)結(jié)束時(shí)，先停止給料，待罐內(nèi)噴料用完后，再停電，最后關(guān)水、停風(fēng)。同時(shí)調(diào)節(jié)106442022/12/18結(jié)；埋設(shè)控制噴層厚度標(biāo)樁；認(rèn)真檢查噴1072023/1/3好給料速度，給料速度太低會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生團(tuán)塊輸送，而無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)噴射；相反，給料速度太快又會(huì)造成噴槍堵塞。

③為了保證混合料攪拌均勻，要隨時(shí)觀察圍巖、噴層表面、回彈、粉塵等情況，及時(shí)調(diào)整水灰比，掌握好工作風(fēng)壓、噴射距離和角度，盡可能地降低回彈率。

④噴射順序應(yīng)先墻后拱，自下而上進(jìn)行。在噴射中，噴頭應(yīng)保持不斷移動(dòng)，以便減少回彈，保持噴層厚度均勻。使噴頭按圓形和橢圓形呈螺旋狀軌107452022/12/18好給料速度，給料速度太低會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生團(tuán)1082023/1/3跡式連續(xù)噴射，環(huán)形圈應(yīng)為長(zhǎng)軸400～600mm，短軸150～200mm左右為宜。

⑤為了保證噴射質(zhì)量、提高工效，應(yīng)合理劃分噴射區(qū)段。一般以6m長(zhǎng)為一基本段，基本段再分為2m長(zhǎng)的三小段。噴墻時(shí)，每噴完1.5m高便依次向相鄰小段前進(jìn)。圖8-81所示為拱形巷道合理劃分噴射區(qū)段的一個(gè)實(shí)例。對(duì)于凹凸嚴(yán)重的巖面，應(yīng)先凹后凸、自下而上地正確選擇噴射次序。

(4)噴射混凝土支護(hù)存在的問題

①回彈108462022/12/18跡式連續(xù)噴射，環(huán)形圈應(yīng)為長(zhǎng)軸400～圖8-81噴射區(qū)段的劃分與噴射順序2023/1/3109109圖8-81噴射區(qū)段的劃分與噴射順序2022/12/1841102023/1/3

噴射混凝土施工中，部分材料回彈落地是難以避免的，但回彈過多，既浪費(fèi)材料，又在一定程度上改變了混凝土的配合比，使噴層強(qiáng)度降低。因此，在施工中應(yīng)合理確定工藝參數(shù)，使回彈率控制在：邊墻不超過計(jì)劃的15%，拱部不超過計(jì)劃的25%。回彈量增大的原因及減少回彈的措施見表8-21?；貜椢飸?yīng)盡量收回利用，可作為噴射混凝士的骨料，但摻量不應(yīng)超過骨料總量的30%，也可用于澆灌水溝、地板或預(yù)制水溝蓋板等低強(qiáng)度混凝土構(gòu)件。

②粉塵110482022/12/18噴射混凝土施工中，部分材料回表8-21噴射混凝士回彈影響因素分析2023/1/3111111表8-21噴射混凝士回彈影響1122023/1/3干式噴射混凝土的水是在噴頭處加入的，水與干拌合料的混合時(shí)間很短，故易產(chǎn)生粉塵。裝干料時(shí)或設(shè)備密封不良，也會(huì)產(chǎn)生粉塵。

降低粉塵濃度的主要措施有：

a.加強(qiáng)水泥與水的混合。一方面可適當(dāng)增加砂石含水率，(允許的砂石平均含水率為5%；左右)；另一方面在輸料管距噴頭4～5m處安設(shè)預(yù)加水環(huán)和異徑葫蘆管(圖8-82)，預(yù)先給干拌合料加水(為總水量的1／3)，當(dāng)料通過異徑葫蘆管時(shí)，曲于渦流使水、料充分?jǐn)嚢?，使粉塵顯著減少。據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，未加112502022/12/18干式噴射混凝土的水是在噴頭處圖8-82預(yù)加水環(huán)和異徑葫蘆管的安裝位置1-φ65mm無縫鋼管；2-φ100mm無縫鋼管；3-法蘭盤；4-φ38mm輸料膠管；5-預(yù)加水環(huán)；6-φ13mm膠管；7-輸料膠管；8-水環(huán)；9-噴頭；10-攏料管；11-水管；12-水閥門2023/1/3