第三节-喷射混凝土支护课件.ppt

1、1第八章第八章 巷道支护巷道支护第三节第三节 喷射混凝土支护喷射混凝土支护2 22022-12-30 一、喷射混凝土支护的作用原理一、喷射混凝土支护的作用原理 喷射混凝土支护是以压缩空气为动力，用喷射喷射混凝土支护是以压缩空气为动力，用喷射机将混凝土以喷射的方法覆盖到需要维护的岩面上，机将混凝土以喷射的方法覆盖到需要维护的岩面上，凝结硬化后形成混凝土结构的支护方式。如图凝结硬化后形成混凝土结构的支护方式。如图8-648-64、6565所示。其作用主要表现在以下所示。其作用主要表现在以下四个方面：四个方面：1.1.加固与防止风化作用加固与防止风化作用喷射混凝土以较高的速度射入张开的节理裂隙，喷射

2、混凝土以较高的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，从而提高了岩产生如同石墙灰缝一样的粘结作用，从而提高了岩体的粘结力和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。体的粘结力和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。图图8-648-64 混凝土喷射机混凝土喷射机2022-12-30342022-12-304图图8-658-65 喷射混凝土喷射混凝土5 52022-12-30同时喷射混凝土层封闭了围岩，能够防止因水和风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的破坏与剥落。化作用造成围岩的破坏与剥落。2.2.改善围岩应力状态作用改善围岩应力状态作用喷射混凝土喷射混凝土一方面一方

3、面可将围岩表面凹凸不平处填可将围岩表面凹凸不平处填平，消除因岩面不平引起的应力集中现象；平，消除因岩面不平引起的应力集中现象；另一方另一方面，可使围岩由单向或双向受力状态转化为三向受面，可使围岩由单向或双向受力状态转化为三向受力状态，提高了围岩的强度。力状态，提高了围岩的强度。3.3.柔性支护结构作用柔性支护结构作用一方面，一方面，喷射混凝土能与围岩紧密地粘结在一喷射混凝土能与围岩紧密地粘结在一起，同时喷层较薄，具有一定的柔性，可以与围岩起，同时喷层较薄，具有一定的柔性，可以与围岩6 62022-12-30共同变形，使围岩应力得以释放；共同变形，使围岩应力得以释放；另一方面，另一方面，混凝混凝

4、土喷层在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生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反力，能够抑制围岩产生过大的变愈来愈大的支护反力，能够抑制围岩产生过大的变形，防止围岩发生松动破碎。形，防止围岩发生松动破碎。4.4.与围岩共同作用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土，开巷后如能及时对暴露围岩喷射一层混凝土，使喷层与岩石的粘结力和抗剪强度足以抵抗围岩的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，不仅岩块间的联锁咬合作用就能得以保持，这

5、样，不仅能保持围岩自身的稳定，并且与喷层构成共同承载能保持围岩自身的稳定，并且与喷层构成共同承载7 72022-12-30的整体结构。的整体结构。喷射混凝土可以单独使用，在岩石、土层面或喷射混凝土可以单独使用，在岩石、土层面或结构面上形成护壁结构，成为喷射混凝土。与锚杆结构面上形成护壁结构，成为喷射混凝土。与锚杆联合使用时，主要是用于避免锚头部位锚杆间岩土联合使用时，主要是用于避免锚头部位锚杆间岩土体的松脱和风化，可以起到加强锚杆等锚固构件的体的松脱和风化，可以起到加强锚杆等锚固构件的作用。作用。二、喷射混凝土材料二、喷射混凝土材料及及配合比配合比 (一一)喷射混凝土材料喷射混凝土材料1.1.

6、水泥水泥 喷射混凝土要求凝结硬化快，早期强度高，喷射混凝土要求凝结硬化快，早期强度高，故故8 82022-12-30应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥的强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度等级不得低于42.542.5。不得使用受潮或过期结块不得使用受潮或过期结块的水的水泥。泥。2.2.骨料骨料 (1)(1)细骨料细骨料(沙子沙子)为了保证混凝土强度，防止混凝土硬化后的收缩为了保证混凝土强度，防止混凝土硬化后的收缩和减少喷射粉尘，喷射混凝土中的细骨料应采用粒径和减少喷射粉尘，喷射混凝土中的细骨料应采用粒径为为0.350.353.0mm3.0mm坚硬干净的中、粗

7、沙为好。用细沙制坚硬干净的中、粗沙为好。用细沙制成的混凝土容易产生较大的收缩变形；且过细的粉沙成的混凝土容易产生较大的收缩变形；且过细的粉沙中游离劝晓含量较高，有损操作人员的健康。沙的中游离劝晓含量较高，有损操作人员的健康。沙的含含9 92022-12-30水率不应大于水率不应大于7 7。沙子的细度模数宜大于沙子的细度模数宜大于2.52.5。(2)(2)粗骨料粗骨料(石子石子)一般选用坚硬的河卵石或碎石，其中碎石回弹力一般选用坚硬的河卵石或碎石，其中碎石回弹力低，但易于堵管和磨损管道，而河卵石则相反。石子低，但易于堵管和磨损管道，而河卵石则相反。石子粒径应根据喷射机性能选取。在实际工作中，为了

8、减粒径应根据喷射机性能选取。在实际工作中，为了减小回弹和防止管路堵塞，喷射混凝土的石子粒径一般小回弹和防止管路堵塞，喷射混凝土的石子粒径一般不大于不大于15mm15mm。石子的合理级配是影响混凝土质量、水泥用量和石子的合理级配是影响混凝土质量、水泥用量和回弹率的重要因素之一，其合理级配可参考表回弹率的重要因素之一，其合理级配可参考表8-188-18选选取。取。10102022-12-30 3.3.水水 要求洁净，不含杂质的清水。凡是能饮用的自来要求洁净，不含杂质的清水。凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护混凝土。污水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护混凝土。污水、水、pHpH4

9、 4的酸性水和硫酸盐含量按的酸性水和硫酸盐含量按SOSO3 3计算超过水重计算超过水重1%1%的水以及含油脂、糖类的水均不许使用。的水以及含油脂、糖类的水均不许使用。4.4.速凝剂速凝剂 为了使混凝土能迅速粘结在壁面上，提高早期强为了使混凝土能迅速粘结在壁面上，提高早期强表表8-18 8-18 喷射混凝土用石子的合理颗粒级配喷射混凝土用石子的合理颗粒级配粒径粒径/mm/mm5 57 77 7151515152525百分率百分率/%/%2525353555554545202011112022-12-30度，需要在喷射混凝土中添加度，需要在喷射混凝土中添加水泥重量水泥重量2.52.54 4的的速凝

10、剂，速凝剂的速凝剂，速凝剂的掺入比例根据品种不同而异，一般掺入比例根据品种不同而异，一般要求初凝时间不应要求初凝时间不应大于大于5min5min，终凝时间不应终凝时间不应大于大于10min10min。为了适应湿喷混凝土，正在试用液体速凝剂为了适应湿喷混凝土，正在试用液体速凝剂和减水剂，以提高混凝土的强度。和减水剂，以提高混凝土的强度。5.5.钢纤维钢纤维在混凝土中加入钢纤维可有效地改善混凝土的整在混凝土中加入钢纤维可有效地改善混凝土的整体力学性能，特别是提高喷层的抗拉强度与变形能力，体力学性能，特别是提高喷层的抗拉强度与变形能力，变脆性材料为塑性材料。一般在喷射混凝土中掺加变脆性材料为塑性材料

11、。一般在喷射混凝土中掺加水水泥重量泥重量4%4%的约的约30mm30mm长、直径长、直径0.250.250.4mm0.4mm的钢纤维的钢纤维12122022-12-30。这种钢纤维喷射混凝土可这种钢纤维喷射混凝土可提高抗压强度约提高抗压强度约50%50%、抗、抗拉强度拉强度50%50%70%70%、抗弯强度、抗弯强度30%30%左右，韧度还能提高左右，韧度还能提高9 9倍，倍，从而减少了喷射混凝土脆性可能引起的破坏。从而减少了喷射混凝土脆性可能引起的破坏。(二二)喷射混凝土的配合比喷射混凝土的配合比 喷射混凝土配合比，可按配合比设计方法求得。喷射混凝土配合比，可按配合比设计方法求得。喷射混凝土

12、的设计强度等级不应低于喷射混凝土的设计强度等级不应低于20MPa20MPa，水灰比，水灰比以以0.40.40.50.5为最佳。为最佳。水灰比在此范围内，喷射的混凝水灰比在此范围内，喷射的混凝土强度高而回弹少。土强度高而回弹少。合适的配合比应使喷层有足够的抗压、抗拉和粘合适的配合比应使喷层有足够的抗压、抗拉和粘结强度，收缩变形值要小，回弹力要低。喷混凝土重结强度，收缩变形值要小，回弹力要低。喷混凝土重13132022-12-30量配合比可参照表量配合比可参照表8-198-19选用。选用。喷水泥砂浆的重量配合比为喷水泥砂浆的重量配合比为:水水泥泥:砂砂=1:(2=1:(23)3)，砂浆标号砂浆标号

13、不应低于不应低于7575号。号。水灰比以水灰比以0.40.40.50.5为最佳，为最佳，水灰比在此范围内，喷射的混凝土强度高而回弹少。水灰比在此范围内，喷射的混凝土强度高而回弹少。表表8-19 8-19 喷混凝土的配合比喷混凝土的配合比喷射部位喷射部位配合比配合比水泥水泥:粗中混合砂粗中混合砂:石子石子 水泥水泥:细砂细砂:石子石子侧壁侧壁1:1:(2.0(2.02.5):(2.52.5):(2.52.0)2.0)1:2.01:2.0:(2.0:(2.02.5)2.5)顶拱顶拱1:2.01:2.0:(1.5:(1.52.0)2.0)1:1:(1.5(1.52.0):(1.52.0):(1.52

14、.0)2.0)14142022-12-30三、喷射混凝土主要性能指标三、喷射混凝土主要性能指标1.1.喷射混凝土强度喷射混凝土强度技术规范技术规范4.3.14.3.1：喷射混凝土的设计强度等喷射混凝土的设计强度等级不应级不应低于低于C15C15；对于立井及重要隧洞和斜井工程，对于立井及重要隧洞和斜井工程，喷射混凝土的设计强度等级不应喷射混凝土的设计强度等级不应低于低于C20C20；喷射混凝喷射混凝土土ldld龄期龄期的抗压强度不应的抗压强度不应低于低于5MPa5MPa。钢纤维喷射混凝钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应土的设计强度等级不应低予低予C20C20，其抗拉强度不应其抗拉强度不应低低于于

15、2MPa2MPa，抗弯强度不应抗弯强度不应低于低于6MPa6MPa。2.2.喷射混凝土厚度喷射混凝土厚度 技术规范技术规范4.3.34.3.3条文说明：条文说明：喷射混凝土的收缩喷射混凝土的收缩15152022-12-30较大，若其厚度较大，若其厚度小于小于50mm50mm时时，喷层中粗骨料的含量，喷层中粗骨料的含量甚少，更容易引起收缩开裂。同时，喷层过薄也不甚少，更容易引起收缩开裂。同时，喷层过薄也不足以抵抗岩块的移动，常出现局部开裂或剥落。近足以抵抗岩块的移动，常出现局部开裂或剥落。近几年来，有关部门对喷射混凝土支护使用情况调查几年来，有关部门对喷射混凝土支护使用情况调查结果表明，喷射混凝

16、土支护层产生局部开裂剥落者，结果表明，喷射混凝土支护层产生局部开裂剥落者，其厚度其厚度多在多在50mm50mm以下，也有以下，也有303040mm40mm的。的。因此，本因此，本条规定喷射混凝土支护的最小厚度条规定喷射混凝土支护的最小厚度不应小于不应小于50mm50mm。根据锚喷支护原理，要求喷层具有一定的柔性。根据锚喷支护原理，要求喷层具有一定的柔性。因此，规定喷射混凝土厚度一般因此，规定喷射混凝土厚度一般不应超过不应超过200mm200mm，特特16162022-12-30别在软弱围岩中作初期支护，喷层过厚，会产生过别在软弱围岩中作初期支护，喷层过厚，会产生过大的形变压力，易导致喷层出现破

17、坏，这是不经济大的形变压力，易导致喷层出现破坏，这是不经济的。当喷层不能满足支护抗力要求时，可用锚杆或的。当喷层不能满足支护抗力要求时，可用锚杆或配筋予以加强。配筋予以加强。四、喷射混凝土施工四、喷射混凝土施工1.1.喷射混凝土施工工艺流程喷射混凝土施工工艺流程从混合料及施工工艺上可将喷射工艺分为从混合料及施工工艺上可将喷射工艺分为干式干式喷射法和湿式喷射法两种。喷射法和湿式喷射法两种。(1)(1)式喷射法式喷射法 目前，干喷法在我国和其他国家仍是喷射混凝目前，干喷法在我国和其他国家仍是喷射混凝17172022-12-30土的一种主要方法。用干式喷射工艺时，先将砂、土的一种主要方法。用干式喷射

18、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，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凝剂，再经输料管吹送到喷头处与水混合后喷敷到岩面上，如图岩面上，如图8-668-66、6767、6868所示。所示。图图8-68-66 6 干式喷射混凝土的工艺流程干式喷射混凝土的工艺流程18182022-12-30图图8-68-67 7 干式喷射混凝土的工艺流程图干式喷射混

19、凝土的工艺流程图l-l-石子石子;2-2-砂子砂子;3-3-筛子筛子;4-4-磅秤磅秤;5-5-搅拌机搅拌机;6-;6-水泥水泥;7-7-筛子筛子;8-8-运料小车运料小车;9-9-料盘料盘;10-10-上料机上料机;11-;11-喷射机喷射机;12-12-喷喷嘴嘴;13-13-水箱水箱;14-14-气包气包;15-15-电源电源图图8-68-68 8 工艺流程工艺流程192022-12-3020202022-12-30 (2)(2)湿式喷射湿式喷射 用干式喷射机喷射混凝土时，喷射作业时粉尘用干式喷射机喷射混凝土时，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，大，水灰比不易控制，

20、混合料与水的拌合时间短，使混凝土的均质性和强度受到影响；而且回弹量大，使混凝土的均质性和强度受到影响；而且回弹量大，喷层质量低。为了解决这些问题，可采用湿式混凝喷层质量低。为了解决这些问题，可采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，其工艺流程如图喷射机进行喷射，其工艺流程如图8-68-69 9所示。所示。(3)(3)解决干式喷射机粉尘大等问题的途径解决干式喷射机粉尘大等问题的途径 是研制与使用是研制与使用湿喷机，湿喷机，即装入喷射机的是潮湿即装入喷射机的是潮湿的混合料，在喷头处再加入适量水后喷向岩面。使的混合料，在喷头

21、处再加入适量水后喷向岩面。使212022-12-30图图8-68-69 9 湿式喷射混凝土的工艺流程图湿式喷射混凝土的工艺流程图1-1-石子石子;2-2-砂子砂子;3-3-筛子筛子;4-4-磅秤磅秤;5-5-搅拌机搅拌机;6-;6-水泥水泥;7-7-筛筛子子;8-8-搅拌机搅拌机;9-9-喷嘴喷嘴;10-10-湿喷机湿喷机;11-;11-液体速凝剂液体速凝剂;12-12-气气包包;13-13-电源电源;14-14-水箱水箱22222022-12-30用含用含水率小于水率小于7%(7%(水灰比水灰比o.35)o.35)的混合料，的混合料，料腔不料腔不粘结，不需清理，其受料和出料系统能连续畅通，粘

22、结，不需清理，其受料和出料系统能连续畅通，始终保证正常工作。始终保证正常工作。2.2.喷射机具喷射机具(1)(1)混凝土喷射机混凝土喷射机5050年代开始研制年代开始研制WG-25WG-25型双罐干式喷混凝土机，型双罐干式喷混凝土机，于于6060年代定型生产并大量应用，成为我国锚喷支护年代定型生产并大量应用，成为我国锚喷支护第一代喷混凝土机械。与此同时，也出现了第一代喷混凝土机械。与此同时，也出现了ZHP-2ZHP-2型型转子式喷射机、转子式喷射机、LHP-701LHP-701型水平螺旋喷射机、型水平螺旋喷射机、SPD-SPD-320320型风动单罐喷射机等不同类型的设备，但是除转型风动单罐喷

23、射机等不同类型的设备，但是除转23232022-12-30子式喷射机外，其他都因工作的可靠性、使用寿命子式喷射机外，其他都因工作的可靠性、使用寿命和粉尘较大等问题而被淘汰。但双罐式喷射机也因和粉尘较大等问题而被淘汰。但双罐式喷射机也因上料高和体积较大、笨重，采用钟型阀改变风压上上料高和体积较大、笨重，采用钟型阀改变风压上料而使粉尘较大等缺点而急待改进或换型。料而使粉尘较大等缺点而急待改进或换型。喷射混凝土支护的发展，在一定程度上有赖于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。混凝土喷射机的发展。2020世纪世纪7070年代，我国先后研年代，我国先后研制成转子制成转子-I-I型

24、、转子型、转子-型喷射机，取代了机体高大、型喷射机，取代了机体高大、笨重、操作频繁，劳动强度大的双罐式喷射机。笨重、操作频繁，劳动强度大的双罐式喷射机。粉尘大、回弹率高是长期困扰喷射混凝土支护粉尘大、回弹率高是长期困扰喷射混凝土支护技术的两大难题。技术的两大难题。“七五七五”和和“八五八五”期间，我国期间，我国24242022-12-30对喷射机及喷射工艺、喷射材料、外加剂等进行了对喷射机及喷射工艺、喷射材料、外加剂等进行了系统的试验与研究。近系统的试验与研究。近1010多年来，从单机到喷机组，多年来，从单机到喷机组，从干喷机到湿喷机、潮喷机，从喷射主机到上料辅从干喷机到湿喷机、潮喷机，从喷射

25、主机到上料辅机，从粉状速凝剂到液体速凝剂等进行了攻关，取机，从粉状速凝剂到液体速凝剂等进行了攻关，取得了显著的研究成果，使我国喷射混凝土支护技术得了显著的研究成果，使我国喷射混凝土支护技术和装备发展到了一个新水平。和装备发展到了一个新水平。目前在喷射混凝土作业中，绝大多数是使用转目前在喷射混凝土作业中，绝大多数是使用转子式混子式混 凝土喷射机。这种喷射机结构简单、工作性凝土喷射机。这种喷射机结构简单、工作性能可靠、外形小、重量轻、维修和操作方便。目前能可靠、外形小、重量轻、维修和操作方便。目前国内常用转子式混凝土喷射机一览表见表国内常用转子式混凝土喷射机一览表见表8-8-2020。252520

26、22-12-30 表表8-8-2 20 0 常用转子式混凝土喷射机常用转子式混凝土喷射机26262022-12-30 如图如图8-8-7070、7171所示，转子型喷射机由主机、传所示，转子型喷射机由主机、传动机构、风路系统、电气系统、机架等组成。主机动机构、风路系统、电气系统、机架等组成。主机由旋转体、密封胶板、定量下料机构、搅拌器、料由旋转体、密封胶板、定量下料机构、搅拌器、料斗、出料弯头、上下壳体等组成。定量下料机构由斗、出料弯头、上下壳体等组成。定量下料机构由定量隔板和定量叶片组成，隔板可上下移动，以调定量隔板和定量叶片组成，隔板可上下移动，以调整喷射能力。工作时，电动机通过减速器带动

27、旋转整喷射能力。工作时，电动机通过减速器带动旋转体、搅拌器和拨料板旋转，料斗中的混合料被均匀体、搅拌器和拨料板旋转，料斗中的混合料被均匀拨人旋转体的料槽中。当装满料的料槽对准出料弯拨人旋转体的料槽中。当装满料的料槽对准出料弯头时，内圈的气室也恰好对准进风管，于是混合料头时，内圈的气室也恰好对准进风管，于是混合料被压气压入出料弯头和输料管，在喷嘴处与水混合被压气压入出料弯头和输料管，在喷嘴处与水混合27图图8-70 8-70 转子转子型喷射机型喷射机1-1-上壳体上壳体;2-;2-下壳体下壳体;3-;3-旋转体旋转体;4-;4-入料口入料口;5-;5-出料弯头出料弯头;6-;6-进进风管风管;7

28、-;7-密封胶板密封胶板;8-;8-料斗料斗;9-;9-拨料板拨料板;10-;10-搅拌器搅拌器;11-;11-定量定量板板;12-;12-油水分离器油水分离器;13-;13-电动机电动机;14-;14-减速器减速器272022-12-3028图图8-71 8-71 转子喷射机转子喷射机282022-12-3029292022-12-30喷向喷向岩面。岩面。目前，湿喷法在我国仍处在试验研究阶段，还目前，湿喷法在我国仍处在试验研究阶段，还未达到全面推广应用的水平。主要是湿喷机体积庞未达到全面推广应用的水平。主要是湿喷机体积庞大，工艺复杂，对集料要求高，而我国生产的液体大，工艺复杂，对集料要求高，

29、而我国生产的液体速凝剂、外加剂性能较差，影响了湿式喷射机的推速凝剂、外加剂性能较差，影响了湿式喷射机的推广和应用。湿式广和应用。湿式混凝土混凝土喷射机如图喷射机如图8-78-72 2所示。所示。(2)(2)混凝土喷射机的配套机械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，我国研制了证。为此，我国研制了HPLG-5HPLG-5型转子型喷射机供料型转子型喷射机供料30图图8-72 8-72 湿式湿式混凝土喷射机混凝土喷射机302022-12-

30、30潮喷和干喷通用潮喷和干喷通用CP-5CP-5中型喷射中型喷射机机矿用湿式混凝土喷浆机矿用湿式混凝土喷浆机 混凝土湿式喷射机混凝土湿式喷射机KSP-9KSP-9型湿式混凝土喷射机型湿式混凝土喷射机31312022-12-30装置，它可与国内各种型号的转子式混凝土喷射机装置，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。配套使用，作为配比、搅拌和向喷射机供料之用。煤矿用混凝土搅拌机煤矿用混凝土搅拌机如图如图8-78-73 3、7474所示。所示。由于煤矿井下巷道断面较小，一般多采用手持由于煤矿井下巷道断面较小，一般多采用手持式喷头，如图式喷头，如图8-78-

31、75 5所示。这种喷射方式劳动强度大、所示。这种喷射方式劳动强度大、工作条件恶劣，喷射质量也难以保证，所以应研制工作条件恶劣，喷射质量也难以保证，所以应研制煤矿适用的喷射机械手，如图煤矿适用的喷射机械手，如图8-8-76767979所示。在隧所示。在隧道工程中已经使用了喷混凝土机器人，并先后应用道工程中已经使用了喷混凝土机器人，并先后应用于济南绕城高速公路隧道、东秦岭隧道、昆明一石于济南绕城高速公路隧道、东秦岭隧道、昆明一石林高速公路的阳宗隧道和威海绕城高速公路隧道等。林高速公路的阳宗隧道和威海绕城高速公路隧道等。32图图8-73 8-73 煤矿用混凝土搅拌机煤矿用混凝土搅拌机322022-1

32、2-30煤矿用轨轮式混凝土搅拌输送车煤矿用轨轮式混凝土搅拌输送车 矿用混凝土连续上料搅拌机矿用混凝土连续上料搅拌机 井下移动式混凝土搅拌机井下移动式混凝土搅拌机JD-100JD-100型煤矿用混凝土搅拌型煤矿用混凝土搅拌机机 33图图8-74 8-74 在西班牙某隧道现场采用的在西班牙某隧道现场采用的Sika-Pm500Sika-Pm500型移动式喷射混凝土机型移动式喷射混凝土机332022-12-3034图图8-78-75 5 手持式喷头手持式喷头342022-12-3035图图8-77 MK-II8-77 MK-II型液压机械手型液压机械手1-1-液压系统液压系统;2-;2-气、水系统气、

33、水系统;3-;3-转柱转柱;4-;4-支支柱油缸柱油缸;5-;5-大臂大臂;6-;6-拉杆拉杆;7-;7-照明灯照明灯;8-;8-伸缩伸缩油缸油缸;9-;9-翻转油缸翻转油缸;10-;10-导向支撑杆导向支撑杆;11-;11-摆摆角油缸角油缸;12-;12-回转器回转器;13-;13-喷头喷头图图8-76 HJ-I8-76 HJ-I型筒易机械手型筒易机械手 1-1-喷头喷头;2-;2-回转器回转器;3-;3-软轴软轴;4-;4-电动电动机和减速器机和减速器;5-;5-回转杠杆回转杠杆;6-;6-伸缩伸缩立柱立柱;7-;7-小车小车;8-;8-手轮手轮2022-12-303536图图8-78 8

34、-78 新筑新筑XZPS30BXZPS30B喷射机械手喷射机械手362022-12-30喷浆助力机械手喷浆助力机械手37图图8-79 8-79 在瑞士的一条隧道中使用喷射混凝土机械手的情况在瑞士的一条隧道中使用喷射混凝土机械手的情况372022-12-3038382022-12-30 3.3.喷射混凝土的施工工艺喷射混凝土的施工工艺 (1)(1)喷射混凝土的主要工艺参数喷射混凝土的主要工艺参数 为了确保喷层质量、减少回弹率和降低粉尘浓为了确保喷层质量、减少回弹率和降低粉尘浓度，必须正确选择施工工艺参数。度，必须正确选择施工工艺参数。工作风压。工作风压。工作风压是指正常喷射作业时，工作风压是指正

35、常喷射作业时，喷射机工作室里的风压，工作风压决定喷嘴出口处喷射机工作室里的风压，工作风压决定喷嘴出口处的风压，而喷嘴出口处的风压的大小直接影响着回的风压，而喷嘴出口处的风压的大小直接影响着回弹率、混凝土喷层质量与喷射速度，而喷射速度又弹率、混凝土喷层质量与喷射速度，而喷射速度又与回弹率、喷层强度等密切相关。当混凝土配合比与回弹率、喷层强度等密切相关。当混凝土配合比为为1:2.5:21:2.5:2、输料管水平长度为、输料管水平长度为20m20m、喷头距受喷面、喷头距受喷面39392022-12-301m1m左右时，其工作风压以左右时，其工作风压以0.110.110.13MPa0.13MPa为宜。

36、为宜。根据试验，干式喷射时，喷嘴出口处的风压应根据试验，干式喷射时，喷嘴出口处的风压应控制在控制在0.1MPa0.1MPa，湿喷时应控制在，湿喷时应控制在0.150.150.18MPa0.18MPa。此。此外，工作风压应随着输料管长度的增加而增大。外，工作风压应随着输料管长度的增加而增大。水压。水压。水压应比风压高水压应比风压高0.1MPa0.1MPa左右，以保证左右，以保证喷头处的水环能充分湿润瞬间高速流过的干拌合料。喷头处的水环能充分湿润瞬间高速流过的干拌合料。调节喷头水环上的水阀即可控制水压。调节喷头水环上的水阀即可控制水压。水灰比。水灰比。喷射混凝土的最佳水灰比为喷射混凝土的最佳水灰比

37、为0.4 0.4 0.450.45，喷层表面平整、潮润光泽、粘塑性好、密实；，喷层表面平整、潮润光泽、粘塑性好、密实；当水量不足时，喷层表面有浮砂，出现干斑，当水量不足时，喷层表面有浮砂，出现干斑，40402022-12-30回弹率高，粉尘多；当水量过大时，则喷层会产生回弹率高，粉尘多；当水量过大时，则喷层会产生滑移、下坠或流淌。滑移、下坠或流淌。喷头与受喷面的距离及倾角。喷头与受喷面的距离及倾角。合适的距离应合适的距离应使回弹率低，混凝土强度高，一般控制在使回弹率低，混凝土强度高，一般控制在0.80.81.2m1.2m为宜。喷头方向除了喷墙下部可下俯为宜。喷头方向除了喷墙下部可下俯10101

38、515外，外，应尽量与受喷面正交，当喷头与受喷面垂直时，回应尽量与受喷面正交，当喷头与受喷面垂直时，回弹率最低。弹率最低。一次喷射厚度。一次喷射厚度。若一次喷射厚度过大，由于若一次喷射厚度过大，由于重力的作用会使混凝土颗粒间的凝结力减弱，混凝重力的作用会使混凝土颗粒间的凝结力减弱，混凝土从受喷面将发生重力坠落；若喷射厚度太小，石土从受喷面将发生重力坠落；若喷射厚度太小，石41412022-12-30子无法嵌入灰浆层，将会使回弹率增大。一般喷射子无法嵌入灰浆层，将会使回弹率增大。一般喷射顺序为分段从墙角向上喷射，并且自下而上的一次顺序为分段从墙角向上喷射，并且自下而上的一次喷射厚度逐渐减小，其部

39、位和厚度可按图喷射厚度逐渐减小，其部位和厚度可按图8-808-80所示所示进行工作。进行工作。分层喷射的间歇时间。分层喷射的间歇时间。如果一次喷射厚度达如果一次喷射厚度达不到设计厚度，需要进行分层喷射时，其间隔时间不到设计厚度，需要进行分层喷射时，其间隔时间与水泥品种、工作温度和速凝剂掺量等因素有关。与水泥品种、工作温度和速凝剂掺量等因素有关。一般对于掺有速凝剂的普通水泥，温度在一般对于掺有速凝剂的普通水泥，温度在15152020时，其间歇时间为时，其间歇时间为151520min20min；不掺速凝剂时为；不掺速凝剂时为2 24h4h，并在复喷前先喷水湿润。，并在复喷前先喷水湿润。42 图图8

40、-80 8-80 一次喷厚与喷射部位之间的关系，分子为喷射一次喷厚与喷射部位之间的关系，分子为喷射方向与水平面平角度；分母为一次喷射厚度方向与水平面平角度；分母为一次喷射厚度(cm)(cm)2022-12-304243432022-12-30 混合料的存放时间。混合料的存放时间。由于砂、石含有一定水由于砂、石含有一定水分，与水泥混合后，存放时间应尽量缩短。掺速凝分，与水泥混合后，存放时间应尽量缩短。掺速凝剂时，存放时间不应超过剂时，存放时间不应超过20min20min；不掺速凝剂时，存；不掺速凝剂时，存放时间不应超过放时间不应超过2h2h，混合料最好随拌随用。，混合料最好随拌随用。(2)(2)

41、施工准备工作施工准备工作 喷射混凝土之前，应按设计要求检查巷道断面喷射混凝土之前，应按设计要求检查巷道断面尺寸是否符合要求；撬掉岩面上的活石，清除巷道尺寸是否符合要求；撬掉岩面上的活石，清除巷道两帮基底的存矸，使其达到设计规定的深度两帮基底的存矸，使其达到设计规定的深度(底板以底板以下下100mm100mm)；用高压风、水冲洗岩面上的爆破粉尘和；用高压风、水冲洗岩面上的爆破粉尘和岩体节理中的断层泥，以保证混凝土与岩面牢固黏岩体节理中的断层泥，以保证混凝土与岩面牢固黏44442022-12-30结；埋设控制喷层厚度标桩；认真检查喷射机具和结；埋设控制喷层厚度标桩；认真检查喷射机具和气、水、电、管

42、线以及准备好照明和防尘设施等，气、水、电、管线以及准备好照明和防尘设施等，发现问题及时解决。发现问题及时解决。(3)(3)喷射作业喷射作业 严格按操作规程正确使用混凝土喷射机。严格按操作规程正确使用混凝土喷射机。尤尤其要注意调整好气压、水压，以减少回弹量和粉尘其要注意调整好气压、水压，以减少回弹量和粉尘浓度。浓度。喷头操作。喷头操作。作业开始时，要先开风后给水，作业开始时，要先开风后给水，最后送电给料；作业结束时，先停止给料，待罐内最后送电给料；作业结束时，先停止给料，待罐内喷料用完后，再停电，最后关水、停风。同时调节喷料用完后，再停电，最后关水、停风。同时调节45452022-12-30好给

43、料速度，给料速度太低会导致产生团块输送，好给料速度，给料速度太低会导致产生团块输送，而无法实现稳态喷射；相反，给料速度太快又会造而无法实现稳态喷射；相反，给料速度太快又会造成喷枪堵塞。成喷枪堵塞。为了保证混合料搅拌均匀，要随时观察围岩、为了保证混合料搅拌均匀，要随时观察围岩、喷层表面、回弹、粉尘等情况，及时调整水灰比，喷层表面、回弹、粉尘等情况，及时调整水灰比，掌握好工作风压、喷射距离和角度，尽可能地降低掌握好工作风压、喷射距离和角度，尽可能地降低回弹率。回弹率。喷射顺序应先墙后拱，自下而上进行。喷射顺序应先墙后拱，自下而上进行。在喷在喷射中，喷头应保持不断移动，以便减少回弹，保持射中，喷头应

44、保持不断移动，以便减少回弹，保持喷层厚度均匀。使喷头按圆形和椭圆形呈螺旋状轨喷层厚度均匀。使喷头按圆形和椭圆形呈螺旋状轨46462022-12-30迹式连续喷射，环形圈应为长轴迹式连续喷射，环形圈应为长轴400400600mm600mm，短轴，短轴150150200mm200mm左右为宜。左右为宜。为了保证喷射质量、提高工效，应合理划分为了保证喷射质量、提高工效，应合理划分喷射区段。喷射区段。一般以一般以6m6m长为一基本段，基本段再分为长为一基本段，基本段再分为2m2m长的三小段。喷墙时，每喷完长的三小段。喷墙时，每喷完1.5m1.5m高便依次向相高便依次向相邻小段前进。图邻小段前进。图8-

45、818-81所示为拱形巷道合理划分喷射所示为拱形巷道合理划分喷射区段的一个实例。对于凹凸严重的岩面，应先凹后区段的一个实例。对于凹凸严重的岩面，应先凹后凸、自下而上地正确选择喷射次序。凸、自下而上地正确选择喷射次序。(4)(4)喷射混凝土支护存在的问题喷射混凝土支护存在的问题 回弹回弹47图图8-81 8-81 喷射区段的划分与喷射顺序喷射区段的划分与喷射顺序2022-12-304748482022-12-30 喷射混凝土施工中，部分材料回弹落地是难以喷射混凝土施工中，部分材料回弹落地是难以避免的，但回弹过多，既浪费材料，又在一定程度避免的，但回弹过多，既浪费材料，又在一定程度上改变了混凝土的

46、配合比，使喷层强度降低。因此，上改变了混凝土的配合比，使喷层强度降低。因此，在施工中应合理确定工艺参数，使回弹率控制在：在施工中应合理确定工艺参数，使回弹率控制在：边墙边墙不超过计划的不超过计划的15%15%，拱部拱部不超过计划的不超过计划的25%25%。回回弹量增大的原因及减少回弹的措施见表弹量增大的原因及减少回弹的措施见表8-218-21。回弹物应尽量收回利用，可作为喷射混凝士的回弹物应尽量收回利用，可作为喷射混凝士的骨料，但掺量不应超过骨料总量的骨料，但掺量不应超过骨料总量的30%30%，也可用于浇，也可用于浇灌水沟、地板或预制水沟盖板等低强度混凝土构件。灌水沟、地板或预制水沟盖板等低强

47、度混凝土构件。粉尘粉尘49表8-21 喷射混凝士回弹影响因素分析 2022-12-304950502022-12-30 干式喷射混凝土的水是在喷头处加入的，水与干式喷射混凝土的水是在喷头处加入的，水与干拌合料的混合时间很短，故易产生粉尘。装干料干拌合料的混合时间很短，故易产生粉尘。装干料时或设备密封不良，也会产生粉尘。时或设备密封不良，也会产生粉尘。降低粉尘浓度的主要措施有：降低粉尘浓度的主要措施有：a.加强水泥与水的混合。加强水泥与水的混合。一方面一方面可适当增加砂可适当增加砂石含水率，石含水率，(允许的砂石平均含水率为允许的砂石平均含水率为5%5%；左右；左右)；另一方面另一方面在输料管距

48、喷头在输料管距喷头4 45m5m处安设预加水环和异处安设预加水环和异径葫芦管径葫芦管(图图8-82)8-82)，预先给干拌合料加水，预先给干拌合料加水(为总水量为总水量的的1 13)3)，当料通过异径葫芦管时，曲于涡流使水、，当料通过异径葫芦管时，曲于涡流使水、料充分搅拌，使粉尘显著减少。据试验测定，未加料充分搅拌，使粉尘显著减少。据试验测定，未加51图图8-82 8-82 预加水环和异径葫芦管的安装位置预加水环和异径葫芦管的安装位置1-65mm1-65mm无缝钢管；无缝钢管；2-100mm2-100mm无缝钢管；无缝钢管；3-3-法兰盘；法兰盘；4-38mm4-38mm输料胶管；输料胶管；5

49、-5-预加水环；预加水环；6-13mm6-13mm胶管；胶管；7-7-输料胶管；输料胶管；8-8-水环；水环；9-9-喷头；喷头；10-10-拢料管；拢料管；11-11-水管；水管；12-12-水阀门水阀门2022-12-305152522022-12-30水环和异径葫芦管前，粉尘浓度为水环和异径葫芦管前，粉尘浓度为47.3mg47.3mgm m3 3，预，预加水环后，粉尘浓度降至加水环后，粉尘浓度降至17mg17mgm m3 3，再加异径葫芦，再加异径葫芦管后粉尘浓度进一步下降至管后粉尘浓度进一步下降至12.8mg12.8mgm m3 3；另外，另外，在在上料口安装吸尘装置，加强通风等措施使

50、作业区的上料口安装吸尘装置，加强通风等措施使作业区的粉尘浓度下降至粉尘浓度下降至10mg10mgm m3 3。b.加强通风。加强通风。尽量采用混合式或压入式通风，尽量采用混合式或压入式通风，风筒口距作业地点以风筒口距作业地点以10m10m左右为宜。在喷射作业地点左右为宜。在喷射作业地点的回风流中应设喷雾洒水装置。的回风流中应设喷雾洒水装置。c.注意操作人员的个体防护，如佩戴防尘眼镜、注意操作人员的个体防护，如佩戴防尘眼镜、防尘口罩。防尘口罩。53532022-12-30 d.采用湿喷机。采用湿喷机。这是减少粉尘的根本途径，可这是减少粉尘的根本途径，可将粉尘浓度降至将粉尘浓度降至5mg5mgm