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[摘 要]喷射混凝土支护
[关键词]预应力 锚杆 锚索 混凝土支护
中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06 -0244-01
（一）喷射混凝土支扩的作用原理
1.加固和防止风化
喷射混凝土以较高速度射入张开的节理裂隙，产生如同石墙灰缝一样的粘结作用；从而提高岩体的粘结力和内摩擦角，即可提高围岩强度。同时，喷射混凝土层封闭了围岩，能够防止因水和风化作用造成围岩破坏和剥落。
2.改善围岩应力状态
巷道掘进后及时喷射一层具有早期强度的混凝土，一方面可将围岩表面的凹凸不平处填平，消除围岩面不平而引起的应力集中现象，避免过大的集中应力造成围岩破坏；另一方
面，可使巷道周边围岩由单向或双向受力状态转化为主向受力状态，可提高围岩强度。
3.柔性支护结构
一方面，由于喷射混凝土的粘结强度大，能和围岩紧密地粘结在一起，同时喷层较薄、具有一定柔性，可以和围岩共同变形产生一定量径向位移，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，使围岩的自支撑能力得似充分发择；从而使喷层本身的受力状态得到改善。另一方面，混凝土喷层在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生愈来愈大的支护抗力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破碎。
4.与围岩共同作用
开巷后如能及时对暴露围岩喷射一层混凝上；使喷层与岩石的粘结力和抗剪强度足以抵抗围岩的局部破坏；防止个别危岩活石的滑移或坠落，那么岩块间的联锁咬合作用就能得以保持，这样不仅能保持围岩自身稳定，而且还可与喷层构成共同承载的整体结构。
（二）喷射混凝土材料
喷射混凝土要求凝结硬化块、早期强度高，故应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥的强度等级不得低于32.5 MPa。为了保证混凝土强度和凝结速度，不得使用受潮
或过期结块的水泥。为了保证混凝土强度，防止混凝土硬化后的收缩和减少粉，喷射混凝土中的细骨料应采用坚硬干净的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5.为了减少回弹和防止管路堵塞，喷射混凝土的粗骨料粒径一般不大于15mm。喷射混凝土的强度一般要求不得低于15 MPa；水灰比以0. 4～0.5为最佳。水灰比在此范围内喷射的混凝土强度高而回弹少，为使喷射混凝土能迅速粘结在壁面上；需要在喷射混凝土中添加速凝剂。速凝剂的掺加比例因品种不同而异，一般要求喷射混凝土初凝不应大于5 min、终凝不应大于10min。此
外，喷射混凝土中还配有其他水泥改性剂，如增粘剂、减水剂、早强剂等，以改善喷射混凝土的支护性能。
通过在普通喷射混凝土中加入钢纤维的方法可有效地改善混凝土的整体力学性能和物理性质。特别是提高混凝土喷层的抗拉强度和变形能力、变脆性材料为塑性材料。国内外已经在隧道和地下工程中使甩钢纤维混凝土，取代传统的普通混凝土加设钢筋网作为永久支护，这样可部分省掉钢筋网、节省大量人力物力。
（三）喷射混凝土主要性能指标
1.喷射混凝土抗压强度
一般设计喷射混凝土强度要求达到15～20MPa。喷射混凝土也和一般混凝土一样，强度随时间增长而增加，最终强度可以达到120%—130%。
2.粘结强度
喷射混凝土的拌和料以高速冲击面层，不仅可以提高浆料密实度，而且还可形成5～10mm的浆液层充满面层而接受后续的骨料。因此，无论喷层面是砖、混凝土或石料，均有较高的粘结强度。
3.喷射混凝土厚度
单独使用时，喷射混凝土厚度一般为50～150mm；多次喷射时，喷层厚度也可以到200mm；与锚杆联合使用时，根据工程性质不同可以采用50～120 mm。一般考虑到防止围岩风化和工程特点，要求喷层厚度不少于80—100mm。
当岩体变形较大时，混凝土喷层将不能有效地进行支护。实验证明，当喷层厚度超过150mm时，不但支护能力不能提高，而且支护成本明显提高，因此应选用锚喷联合支护。这时支护以锚杆为主，喷混凝土只对锚杆间表面岩石进行局部支护和防止围岩风化。
（四）喷射混凝土施工
1.喷射混凝土施工工艺流程
从混合料和施工工艺上可将喷射工艺分为干式喷射法和湿式喷射法两种。直到现在，干喷法在我国和其他国家仍是喷射混凝土的一种主要方法。用干式喷射工艺时，先将砂、石过筛，按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌，然后用矿车将拌合料运送到工作面，经上料机装入以压缩空气为动力的喷射机，同时加入规定量的速凝剂，再经输料管吹送到喷头处与水混合后喷敷到岩面上。
用干式喷射机喷射混凝上时，装人喷射机的是干混合料，在喷头处加水后喷向岩石。喷射作业时粉尘大，水灰比不易控制，混合料与水的拌合时间短，因而混凝土的均质性和强度受到影响且回弹量大、喷层质量低。湿喷法实质上是干喷工艺的一种改进，从使用效果看并不能从根本上解决问题。为了解决这些伺题，国内外已开始研究和使用湿式混凝土喷射机，即将混凝土混合料与水充分拌合后再由喷射机进行喷射。国内研究的湿式喷射机主要有：挤压泵式和柱塞泵式两种。在意大利、日本、挪威、瑞典、瑞士等国家湿喷法已经取代了干喷法而成为喷混凝土作业的主要方式。
2.喷射混凝土的主要工艺参数
①工作风压—十工作风压决定着喷嘴出口处的风压，而喷嘴出口处风压直接影响着回弹率和混凝土喷层质量。根据试验，干式喷射时喷嘴出口处的风压应控制在0.1MPa，湿喷
时应控制在0.15～0.18 MPa。此外，工作风压应随输料管长，度增加而加大。因此，对于罐式和转子式干式喷射机水平输料在200mm以内时，其工作风压可按下式估算：
工作风压（MPa）=0.1+0.001×输料管长度，（m）
②水压——水压应比风压大0.1MPa，左右，以利于水环喷出的水能充分湿润瞬间通过喷头的拌和料。
③水灰比——水灰比适宜时（0.4～0.45），喷层表面子整、潮润光泽、粘塑性好、密实，水量不足时，喷层表面出现干斑、回弹率增大、粉尘飞扬；若水量过大，则混凝土出现滑移和流淌等现象。
④喷头与受喷面的距离和倾角——喷头距受喷面的距离以0.8～1.2m为适宜。喷头与受喷面垂直时回弹率最低。
⑤一次喷射厚度——若一次喷射厚度过大，由于重力作用会使混凝土颗粒间的粘结力减弱，混凝土将发生坠落；若喷层厚度太小，石子无法嵌入灰浆层，将会使回弹增大。经验表明，一次喷射厚度以墙50～100mm、拱30～60mm为宜。
3.喷射机具
喷射混凝土机具包括喷射机及其配套机械。
（1）混凝土喷射机
喷射混凝土支护的发展在一定程度上有赖于混凝土喷射机的发展。我国先后使用过螺旋式、双罐式（WG——25型、冶建65型等）喷射机。螺旋式使用较少，双罐式使用较多。
（2）混凝土喷射机的配套机械
人工配料、人工搅拌、人工喂料给喷射机，不仅劳动强度大、粉尘大且配料、搅拌质量难以保证。为此，我国研制了HPLG-5型转子型喷射机供料装置，它可与国内各种型号的转子式混凝土喷射机配套使用，作为配比、搅拌和向喷射机供料之用。
4.喷射操作
喷射混凝土之前，应检查巷道断面尺寸是否符合要求；撬掉岩面上活石，清除巷道两帮基底的存矸，使达到设计规定的深度（底板以下100 mm）；认真检查机械设备、管线和其他设施，发现问题及时解决。
结语
如遇到围岩渗漏水，造成混凝土因岩面有水喷不上去或刚喷上的混凝土被水冲刷而成片脱落时，可找出水源点，埋设导水管，使水沿导水管集中流出，疏干岩面以便喷射。有条件的也可采用注浆堵水。
[关键词]预应力 锚杆 锚索 混凝土支护
中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06 -0244-01
（一）喷射混凝土支扩的作用原理
1.加固和防止风化
喷射混凝土以较高速度射入张开的节理裂隙，产生如同石墙灰缝一样的粘结作用；从而提高岩体的粘结力和内摩擦角，即可提高围岩强度。同时，喷射混凝土层封闭了围岩，能够防止因水和风化作用造成围岩破坏和剥落。
2.改善围岩应力状态
巷道掘进后及时喷射一层具有早期强度的混凝土，一方面可将围岩表面的凹凸不平处填平，消除围岩面不平而引起的应力集中现象，避免过大的集中应力造成围岩破坏；另一方
面，可使巷道周边围岩由单向或双向受力状态转化为主向受力状态，可提高围岩强度。
3.柔性支护结构
一方面，由于喷射混凝土的粘结强度大，能和围岩紧密地粘结在一起，同时喷层较薄、具有一定柔性，可以和围岩共同变形产生一定量径向位移，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，使围岩的自支撑能力得似充分发择；从而使喷层本身的受力状态得到改善。另一方面，混凝土喷层在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生愈来愈大的支护抗力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破碎。
4.与围岩共同作用
开巷后如能及时对暴露围岩喷射一层混凝上；使喷层与岩石的粘结力和抗剪强度足以抵抗围岩的局部破坏；防止个别危岩活石的滑移或坠落，那么岩块间的联锁咬合作用就能得以保持，这样不仅能保持围岩自身稳定，而且还可与喷层构成共同承载的整体结构。
（二）喷射混凝土材料
喷射混凝土要求凝结硬化块、早期强度高，故应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥的强度等级不得低于32.5 MPa。为了保证混凝土强度和凝结速度，不得使用受潮
或过期结块的水泥。为了保证混凝土强度，防止混凝土硬化后的收缩和减少粉，喷射混凝土中的细骨料应采用坚硬干净的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5.为了减少回弹和防止管路堵塞，喷射混凝土的粗骨料粒径一般不大于15mm。喷射混凝土的强度一般要求不得低于15 MPa；水灰比以0. 4～0.5为最佳。水灰比在此范围内喷射的混凝土强度高而回弹少，为使喷射混凝土能迅速粘结在壁面上；需要在喷射混凝土中添加速凝剂。速凝剂的掺加比例因品种不同而异，一般要求喷射混凝土初凝不应大于5 min、终凝不应大于10min。此
外，喷射混凝土中还配有其他水泥改性剂，如增粘剂、减水剂、早强剂等，以改善喷射混凝土的支护性能。
通过在普通喷射混凝土中加入钢纤维的方法可有效地改善混凝土的整体力学性能和物理性质。特别是提高混凝土喷层的抗拉强度和变形能力、变脆性材料为塑性材料。国内外已经在隧道和地下工程中使甩钢纤维混凝土，取代传统的普通混凝土加设钢筋网作为永久支护，这样可部分省掉钢筋网、节省大量人力物力。
（三）喷射混凝土主要性能指标
1.喷射混凝土抗压强度
一般设计喷射混凝土强度要求达到15～20MPa。喷射混凝土也和一般混凝土一样，强度随时间增长而增加，最终强度可以达到120%—130%。
2.粘结强度
喷射混凝土的拌和料以高速冲击面层，不仅可以提高浆料密实度，而且还可形成5～10mm的浆液层充满面层而接受后续的骨料。因此，无论喷层面是砖、混凝土或石料，均有较高的粘结强度。
3.喷射混凝土厚度
单独使用时，喷射混凝土厚度一般为50～150mm；多次喷射时，喷层厚度也可以到200mm；与锚杆联合使用时，根据工程性质不同可以采用50～120 mm。一般考虑到防止围岩风化和工程特点，要求喷层厚度不少于80—100mm。
当岩体变形较大时，混凝土喷层将不能有效地进行支护。实验证明，当喷层厚度超过150mm时，不但支护能力不能提高，而且支护成本明显提高，因此应选用锚喷联合支护。这时支护以锚杆为主，喷混凝土只对锚杆间表面岩石进行局部支护和防止围岩风化。
（四）喷射混凝土施工
1.喷射混凝土施工工艺流程
从混合料和施工工艺上可将喷射工艺分为干式喷射法和湿式喷射法两种。直到现在，干喷法在我国和其他国家仍是喷射混凝土的一种主要方法。用干式喷射工艺时，先将砂、石过筛，按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌，然后用矿车将拌合料运送到工作面，经上料机装入以压缩空气为动力的喷射机，同时加入规定量的速凝剂，再经输料管吹送到喷头处与水混合后喷敷到岩面上。
用干式喷射机喷射混凝上时，装人喷射机的是干混合料，在喷头处加水后喷向岩石。喷射作业时粉尘大，水灰比不易控制，混合料与水的拌合时间短，因而混凝土的均质性和强度受到影响且回弹量大、喷层质量低。湿喷法实质上是干喷工艺的一种改进，从使用效果看并不能从根本上解决问题。为了解决这些伺题，国内外已开始研究和使用湿式混凝土喷射机，即将混凝土混合料与水充分拌合后再由喷射机进行喷射。国内研究的湿式喷射机主要有：挤压泵式和柱塞泵式两种。在意大利、日本、挪威、瑞典、瑞士等国家湿喷法已经取代了干喷法而成为喷混凝土作业的主要方式。
2.喷射混凝土的主要工艺参数
①工作风压—十工作风压决定着喷嘴出口处的风压，而喷嘴出口处风压直接影响着回弹率和混凝土喷层质量。根据试验，干式喷射时喷嘴出口处的风压应控制在0.1MPa，湿喷
时应控制在0.15～0.18 MPa。此外，工作风压应随输料管长，度增加而加大。因此，对于罐式和转子式干式喷射机水平输料在200mm以内时，其工作风压可按下式估算：
工作风压（MPa）=0.1+0.001×输料管长度，（m）
②水压——水压应比风压大0.1MPa，左右，以利于水环喷出的水能充分湿润瞬间通过喷头的拌和料。
③水灰比——水灰比适宜时（0.4～0.45），喷层表面子整、潮润光泽、粘塑性好、密实，水量不足时，喷层表面出现干斑、回弹率增大、粉尘飞扬；若水量过大，则混凝土出现滑移和流淌等现象。
④喷头与受喷面的距离和倾角——喷头距受喷面的距离以0.8～1.2m为适宜。喷头与受喷面垂直时回弹率最低。
⑤一次喷射厚度——若一次喷射厚度过大，由于重力作用会使混凝土颗粒间的粘结力减弱，混凝土将发生坠落；若喷层厚度太小，石子无法嵌入灰浆层，将会使回弹增大。经验表明，一次喷射厚度以墙50～100mm、拱30～60mm为宜。
3.喷射机具
喷射混凝土机具包括喷射机及其配套机械。
（1）混凝土喷射机
喷射混凝土支护的发展在一定程度上有赖于混凝土喷射机的发展。我国先后使用过螺旋式、双罐式（WG——25型、冶建65型等）喷射机。螺旋式使用较少，双罐式使用较多。
（2）混凝土喷射机的配套机械
人工配料、人工搅拌、人工喂料给喷射机，不仅劳动强度大、粉尘大且配料、搅拌质量难以保证。为此，我国研制了HPLG-5型转子型喷射机供料装置，它可与国内各种型号的转子式混凝土喷射机配套使用，作为配比、搅拌和向喷射机供料之用。
4.喷射操作
喷射混凝土之前，应检查巷道断面尺寸是否符合要求；撬掉岩面上活石，清除巷道两帮基底的存矸，使达到设计规定的深度（底板以下100 mm）；认真检查机械设备、管线和其他设施，发现问题及时解决。
结语
如遇到围岩渗漏水，造成混凝土因岩面有水喷不上去或刚喷上的混凝土被水冲刷而成片脱落时，可找出水源点，埋设导水管，使水沿导水管集中流出，疏干岩面以便喷射。有条件的也可采用注浆堵水。