隧道喷射混凝土回弹量控制浅析
周彪
摘要：目前在我国隧道施工过程中，喷射混凝土回弹控制一直是施工中难以克服的难题，本文通过施工的实践论证，大大降低了喷射混凝土回弹量，保证了施工进度,减少了工程投资，具有较强的实用性和可操作性，取得了良好的经济效益及社会效益。
关键词：隧道 喷射混凝土 回弹量 控制
0 引言
喷射混凝土在隧道工程中已得到广泛应用, 技术日臻完善，但使用中普遍存在着回弹率高的问题(一般在30%以上,甚至有的超过40%)，一直未能很好解决。为减少回弹量，减少空气中的粉尘，降低隧道掘进成本，提高隧道施工效率，谈几点体会。
1 材料的选择
1.1 水泥
为确保喷射混凝土的凝固时间及与速凝剂的相容性，所用水泥应具有强度高、早强、和耐久性好的特点，应优先选用42.5以上的普通硅酸盐水泥，在地质条件复杂的隧道中应采用早强水泥，使用前应做强度鉴定实验，水泥存放时严禁受潮和结块，也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。
1.2 骨料
石子采用坚硬耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm，且级配良好，砂应采用硬质洁净的中砂或粗砂，且细度模数宜大于2.5，如细度模数太小，则砂的比表面积增大，喷射时就增大了用水量，水灰比增大，降低了速凝的效果。含泥量要小于3%，含泥量过高会降低水泥与骨料粘结程度，增大回弹，含水率一般为5%至7%。
1.3 外加剂
为了降低用水量，降低回弹率和粉尘率，使喷射混凝土早凝早强，必须使用外加剂。应采用符合质量要求并对人体危害性很小的速凝剂，掺加速凝剂之前，应做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验，注意速凝剂效果实验，初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min，保持速凝剂干燥勿受潮变质，在喷射混凝土中一般速凝剂最佳掺量应与试验时一致，过多的掺量对喷射混凝土反而不利，使混凝土出现假凝现象，当超过混凝土的自重时，就大面积的掉落，增大回弹量。另外速凝剂掺入应均匀，使速凝剂在拌合料中均匀分散，增加速凝剂的使用效果。
2 施工作业的控制
2.1 输料管距离
喷射混凝土过程中，喷浆机将干料送至輸料管后，干料在风压的作用下被送至到喷头处，和水充分混合再喷敷到岩壁上。输送干料时，风压作用在管内截面上的力每点都相同，而混凝土干料中也采用了配比、粒径均不相同的砂子、水泥和石子，而且颗粒的重量也各不相同，但都承受相同的作用力。所以，这些材料在管道中活动时也会表现出不同的状态，且活动也范围存在差异。一般情况下，水泥在管道上部做悬浮运动，砂子在管路的中部做半悬浮运动，石子则在管路的下部做滚动运动。这样一来，已拌制好的混凝土干料又被分开。风压作用于混凝土干料的时间取决于管路的长短，管路越长，作用时间就越长，混凝土干料就会出现更加严重的分离现象，即“管道效应”。为使回弹率下降，尽量避免“管道效应”，需要按施工要求准确设定管道长度。
2.2 工作风压与喷射距离
粉尘浓度及回弹率主要取决于喷射距离和工作风压。为防止回弹率和粉尘浓度太高，施工时的工作风压一定要合理可行，喷头处必须设置最佳的工作风压。若喷头处的工作风压达不到0.04MPa，喷出的混凝土料会呈平抛运动，而且将出现很多回弹物，喷敷在岩壁上的混凝土也是骨料少，但灰浆多，强度也不达标，且极易堵塞管路；若喷头处的工作风压超过0.1MPa，则喷出的混凝土料束出即使呈直线运动，但由于其速度较快，产生了过大的冲击力，风流又将喷到岩壁上的混凝土冲掉。实践表明,若调整喷头处的工作风压，使其保持在0.06～0.08MPa，保证喷头与岩面相距0.8～1.0m，料束往往比较集中，其最终直径能达到0.2～0.3m，水泥、砂子及石子始终沿直线运动，不会出现分离等问题，此时料束的冲击力也达到了最佳状态，混凝土射到岩壁上产生的反射现象也最小，粉尘浓度及回弹率下降。所以，这个工作风压是喷头正常工作风压。喷头正常工作风压与管路损失风压之和就是喷浆机的工作风压，因此，要判定喷头工作风压是否正常，首先要分析管路损失风压的大小，这和混凝土配合比、输料距离、铺设质量、坡度、管路联接、管壁光滑度、管径等有密切的联系。必须根据“平、直、接头严”的设计要求来铺设管路。如果管路材质、光滑度、管径、配合比都一样，则管路风压损失主要取决于坡度和输料距离。
2.3 喷射操作水平
目前国内喷射作业中，几乎都是人工作业，操作时喷射距离、喷射角度、水量、一次喷厚等，全靠喷射手凭经验调节和控制，因此喷射质量与回弹量、与喷射手的技术熟练程度有很大的关系。
3 混凝土配合比控制
混凝土配合比与喷射强度、回弹率存在很大的关系，通过混凝土抗压强度试验我们得出结论，水泥、砂子、石子的最佳配合比应是1∶2∶2.5，如果掺入适量的速凝剂，就能有效减少回弹率及初凝时间，增加一次喷射厚度及混凝土早期强度，混凝土也会更具粘着力，同时也要注意把握速凝剂的掺入量，掺入过量的速凝剂可能会破坏后期强度。掺入的速凝剂最好不要超过水泥用量的5%。配置好的混凝土至少搅拌3次，当混凝土的颜色均匀、一致时，即可上机，注意要均匀上料。试验表明：喷射混凝土的回弹率低、强度高时，水灰比必须为0.4～0.45。射手可根据施工经验掺入适量的水，同时对水阀做一些调整以控制给水量。日常经验认为：若掺入的水较少，喷层表面会产生干斑，也会增加回弹率；但掺水过多，混凝土会下滑，无法喷敷。
很多因素都会导致回弹率升高，为避免这种情况的出现，必须站在不同的角度探究解决问题的途径，然后制定相应措施进行综合治理，忽略任何一个方面都会对回弹率造成严重的影响。
4 结束语
本方法通过在施工中的实际应用，加快了施工进度，降低了施工成本。文中有些涉及的参数也是本人在工程实践中通过观察验证得出的，不当之处敬请指正。
摘要：目前在我国隧道施工过程中，喷射混凝土回弹控制一直是施工中难以克服的难题，本文通过施工的实践论证，大大降低了喷射混凝土回弹量，保证了施工进度,减少了工程投资，具有较强的实用性和可操作性，取得了良好的经济效益及社会效益。
关键词：隧道 喷射混凝土 回弹量 控制
0 引言
喷射混凝土在隧道工程中已得到广泛应用, 技术日臻完善，但使用中普遍存在着回弹率高的问题(一般在30%以上,甚至有的超过40%)，一直未能很好解决。为减少回弹量，减少空气中的粉尘，降低隧道掘进成本，提高隧道施工效率，谈几点体会。
1 材料的选择
1.1 水泥
为确保喷射混凝土的凝固时间及与速凝剂的相容性，所用水泥应具有强度高、早强、和耐久性好的特点，应优先选用42.5以上的普通硅酸盐水泥，在地质条件复杂的隧道中应采用早强水泥，使用前应做强度鉴定实验，水泥存放时严禁受潮和结块，也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。
1.2 骨料
石子采用坚硬耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm，且级配良好，砂应采用硬质洁净的中砂或粗砂，且细度模数宜大于2.5，如细度模数太小，则砂的比表面积增大，喷射时就增大了用水量，水灰比增大，降低了速凝的效果。含泥量要小于3%，含泥量过高会降低水泥与骨料粘结程度，增大回弹，含水率一般为5%至7%。
1.3 外加剂
为了降低用水量，降低回弹率和粉尘率，使喷射混凝土早凝早强，必须使用外加剂。应采用符合质量要求并对人体危害性很小的速凝剂，掺加速凝剂之前，应做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验，注意速凝剂效果实验，初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min，保持速凝剂干燥勿受潮变质，在喷射混凝土中一般速凝剂最佳掺量应与试验时一致，过多的掺量对喷射混凝土反而不利，使混凝土出现假凝现象，当超过混凝土的自重时，就大面积的掉落，增大回弹量。另外速凝剂掺入应均匀，使速凝剂在拌合料中均匀分散，增加速凝剂的使用效果。
2 施工作业的控制
2.1 输料管距离
喷射混凝土过程中，喷浆机将干料送至輸料管后，干料在风压的作用下被送至到喷头处，和水充分混合再喷敷到岩壁上。输送干料时，风压作用在管内截面上的力每点都相同，而混凝土干料中也采用了配比、粒径均不相同的砂子、水泥和石子，而且颗粒的重量也各不相同，但都承受相同的作用力。所以，这些材料在管道中活动时也会表现出不同的状态，且活动也范围存在差异。一般情况下，水泥在管道上部做悬浮运动，砂子在管路的中部做半悬浮运动，石子则在管路的下部做滚动运动。这样一来，已拌制好的混凝土干料又被分开。风压作用于混凝土干料的时间取决于管路的长短，管路越长，作用时间就越长，混凝土干料就会出现更加严重的分离现象，即“管道效应”。为使回弹率下降，尽量避免“管道效应”，需要按施工要求准确设定管道长度。
2.2 工作风压与喷射距离
粉尘浓度及回弹率主要取决于喷射距离和工作风压。为防止回弹率和粉尘浓度太高，施工时的工作风压一定要合理可行，喷头处必须设置最佳的工作风压。若喷头处的工作风压达不到0.04MPa，喷出的混凝土料会呈平抛运动，而且将出现很多回弹物，喷敷在岩壁上的混凝土也是骨料少，但灰浆多，强度也不达标，且极易堵塞管路；若喷头处的工作风压超过0.1MPa，则喷出的混凝土料束出即使呈直线运动，但由于其速度较快，产生了过大的冲击力，风流又将喷到岩壁上的混凝土冲掉。实践表明,若调整喷头处的工作风压，使其保持在0.06～0.08MPa，保证喷头与岩面相距0.8～1.0m，料束往往比较集中，其最终直径能达到0.2～0.3m，水泥、砂子及石子始终沿直线运动，不会出现分离等问题，此时料束的冲击力也达到了最佳状态，混凝土射到岩壁上产生的反射现象也最小，粉尘浓度及回弹率下降。所以，这个工作风压是喷头正常工作风压。喷头正常工作风压与管路损失风压之和就是喷浆机的工作风压，因此，要判定喷头工作风压是否正常，首先要分析管路损失风压的大小，这和混凝土配合比、输料距离、铺设质量、坡度、管路联接、管壁光滑度、管径等有密切的联系。必须根据“平、直、接头严”的设计要求来铺设管路。如果管路材质、光滑度、管径、配合比都一样，则管路风压损失主要取决于坡度和输料距离。
2.3 喷射操作水平
目前国内喷射作业中，几乎都是人工作业，操作时喷射距离、喷射角度、水量、一次喷厚等，全靠喷射手凭经验调节和控制，因此喷射质量与回弹量、与喷射手的技术熟练程度有很大的关系。
3 混凝土配合比控制
混凝土配合比与喷射强度、回弹率存在很大的关系，通过混凝土抗压强度试验我们得出结论，水泥、砂子、石子的最佳配合比应是1∶2∶2.5，如果掺入适量的速凝剂，就能有效减少回弹率及初凝时间，增加一次喷射厚度及混凝土早期强度，混凝土也会更具粘着力，同时也要注意把握速凝剂的掺入量，掺入过量的速凝剂可能会破坏后期强度。掺入的速凝剂最好不要超过水泥用量的5%。配置好的混凝土至少搅拌3次，当混凝土的颜色均匀、一致时，即可上机，注意要均匀上料。试验表明：喷射混凝土的回弹率低、强度高时，水灰比必须为0.4～0.45。射手可根据施工经验掺入适量的水，同时对水阀做一些调整以控制给水量。日常经验认为：若掺入的水较少，喷层表面会产生干斑，也会增加回弹率；但掺水过多，混凝土会下滑，无法喷敷。
很多因素都会导致回弹率升高，为避免这种情况的出现，必须站在不同的角度探究解决问题的途径，然后制定相应措施进行综合治理，忽略任何一个方面都会对回弹率造成严重的影响。
4 结束语
本方法通过在施工中的实际应用，加快了施工进度，降低了施工成本。文中有些涉及的参数也是本人在工程实践中通过观察验证得出的，不当之处敬请指正。
