关键词：隧道；初支；湿喷；回弹率
引言
湿喷混凝土具有操作简单，易于控制等优点，无论多么复杂的环境都可以实现快速作业，对于施工人员的技术要求也比较低。同时减少了混凝土作业的施工工序和材料，施工更加快捷、便利，有效保障了施工进度。但是需要注意隧道工程湿喷混凝土回弹量，避免对工程项目施工质量、经济效益造成影响。
1回弹机理分析
根据动量守恒原理，喷射混凝土回弹问题实质上是混凝土颗粒与喷射面的碰撞问题，假设混凝土颗粒被喷射撞击一个完全刚性喷射面后，且不考虑重力的影响，则没有动量损失，混凝土颗粒将被喷射面全部弹回，分析有下式：
式中，m1为喷射混凝土喷出后的质量（kg）；v1为喷射混凝土喷出后的速度（m/s）；m2为喷射混凝土喷到喷射面回弹的质量（kg）；v2为喷射混凝土喷到喷射面回弹的速度（m/s）。若喷射混凝土被喷到喷射面后，喷射混凝土动量因重力、喷射面非完全刚性、混凝土自身粘结力等的影响发生了损耗，则混凝土被弹回的程度将会降低，分析有下式：
式中，m`为喷射混凝土喷到喷射面损失的质量（kg）；v`为喷射混凝土喷到喷射面损失的速度（m/s）；同时回弹率w可表示为下式：
由此，要想控制回弹率，就必须减少回弹质量，而增加在喷射面上的混凝土动量损失是控制喷射混凝土的有效手段，而控制增加在喷射面上的混凝土动量损失的措施为控制喷射混凝土性能、速凝剂掺量、喷射层厚、风压、湿喷角度、湿喷距离及施工人员的施工熟练程度等，进行控制隧道初支湿喷混凝土回弹率。
2湿喷回弹率影响因素分析
2.1湿喷混凝土性能
在试验过程中，混凝土性能主要考虑坍落度、水灰比及粗细骨料配比因素的影响，对比试验数据分析，喷射混凝土到达施工现场的坍落度宜控制在100mm左右；水灰比宜控制在0.45左右，宜小不宜大；粗细骨料比宜控制在45%。另外由于现场施工存在不确定因素较多，单就湿喷工艺而言，因其使用专用设备和工艺，对喷射混凝土的性能提出了较高的要求，尤其是到达现场的坍落度的控制，过大喷射后掉块严重，且回弹高，过小不易喷射甚至设备堵管；其次是水灰比，主要是水泥用量，通过数据分析，水泥用量达到要求后再增加对喷射混凝土性能改变不大，综合考虑成本因素，在满足要求的情况下的水泥用量即可；再次是粗细骨料配比，设计配比一般是50%，但实际施工过程中，细骨料宜稍多5%控制，有利于喷射和增强混凝土的粘结力；最后骨料的质量也是较为重要的，主要是级配和骨料形状，级配不好或针片状骨料太多都会影响混凝土性能和喷射效果。
2.2喷射距离影响
以喷嘴与喷射工作面之间的距离为控制因素，研究喷射距离为0.5m，0.8m，1.0m，1.2m，1.5m时对湿喷混凝土回弹率的影响。喷射距离较小和较大时发现混凝土的回弹率都较高，最大甚至超过20%，而在接近于1m左右时，混凝土湿喷回弹率最低。原因在于，混凝土湿喷过程中，若喷射距离小，由于喷射出的混凝土到达工作面的末速度仍然很大，导致喷射能量较大，过大的增加了有效移动距离，致使后续喷射的混凝土很容易冲掉刚刚喷射的混凝土材料，造成了混凝土材料回弹率增高，导致浪费。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当喷射距离过大，喷射出的到达工作面的混凝土末速度较小，导致喷射面上喷射能量损失较大，增加有效移动距离较小，喷射至工作面的混凝土压实不良、强度过低，导致混凝土在重力作用下从表面脱落。虽然这部分混凝土材料剥落不是回弹所导致，但仍然造成了材料的浪费。本次试验表明，在喷射距离1m左右时，回弹率最低，混凝土材料浪费最少，建议在湿喷过程中保持该距离，若施工客观条件难以满足最佳喷射距离，可以结合现场具体情况则提出应对措施。
2.3喷嘴与受喷面的角度和距离
根据现场工艺性试验过程及反映的实际效果情况来看，喷嘴与受喷面的角度尽可能的控制在90°效果最佳，实际在拱部施工过程中，由于拱部空间及现场其他因素的影响，导致湿喷角度难以达到垂直喷射，导致湿喷混凝土回弹量增加。因此，实际施工时应尽量保证垂直喷射。喷射距离方面，喷嘴与受喷面的距离控制在1.0m，距离太大导致喷射出的混凝土到达受喷面速度太小而影响密实度，距离太小导致喷射出的混凝土到达受喷面的速度太大而增加回弹量，造成成本浪费。
2.4风压
喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。根据试验结果，控制工作风压：边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。
3湿喷回弹率控制要点
3.1施工准备阶段
①清理受喷面的岩渣、石屑及其他异物，保证喷射混凝土与背后围岩粘结牢固，让喷射混凝土形成的初支与围岩共同受力。②施工前对机具设备和风、水、电等管线路进行完好性检查，并进行试运转，保证施工时正常运转。③按照划定的区域分拱部和边墙部分，采用标有刻度的钢筋头作为喷层厚度的参照标志，边墙部分单次、单区域喷射混凝土厚度控制在7～9cm，单次、单区域拱部控制在6～7cm，标志间距为环纵向1×1m设置。
3.2湿喷混凝土施工阶段
喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6m。喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层。喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60cm，高15～20cm。对操作施工人员加强培训和现场交流总结，不断改进施工熟练程度，从而减少湿喷混凝土的回弹率和外观质量。
3.3进行试验段和总结
由于每个项目或工点实际情况不一样，不同的影响因素对湿喷混凝土效果影响程度也不同，纷繁复杂。因此，湿喷混凝土在大面积施工前，应逐个工点进行工艺性试验，总结出一套适合现场施工的技术参数，将湿喷混凝土的回弹率控制在最佳的程度。
结语
隧道初支湿喷混凝土是一种全新的施工工艺和施工方法，为更好的控制湿喷混凝土回弹率，控制施工成本，唯有不断的进行工艺性试验和总结，确定一套符合现场实际情况的最佳技术参数，不断优化，动态修正，多方论证，精心计算，合理部署，严格施工，方能达到最佳效果。
参考文献
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[2]任禹,成云海,王贯东,等.湿喷混凝土力学性能试验分析及高应力巷道支护应用[J].混凝土,2013(3):28-130.
[3]刘康．低回弹喷射混凝土技术研究［Ｄ］．天津：河北工业大学，２０１５．
论文作者:戚宝通
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷22期
论文发表时间:2020/3/10
标签：混凝土论文; 距离论文; 风压论文; 隧道论文; 骨料论文; 速度论文; 喷嘴论文; 《建筑实践》2019年38卷22期论文;