CN117948170B - 一种低回弹喷射混凝土的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计混凝土喷射技术领域，更具体而言，涉及一种低回弹喷射混凝土的施工方法。包括以下步骤：S1、喷射混凝土原材料选择，喷射混凝土制备；S2、混凝土配合比设计；S3、混凝土搅拌：湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机；S4、混凝土运输；S5、喷射前准备：检查开挖断面尺寸，清除浮碴，清理受喷面；S6、喷射混凝土作业；S7、养护作业：喷射混凝土终凝2小时后，进行养护；S8、质量检查；S9、回弹率检测。本工法施工混凝土强度得到保证，喷射均质性好，生产率高，施工时无粉尘、回弹率低，降低喷射混凝土的泌水，提高抗渗、防腐等耐久性。本发明主要应用于湿喷混凝土方面。

Description

一种低回弹喷射混凝土的施工方法

技术领域

本发明设计混凝土喷射技术领域，更具体而言，涉及一种低回弹喷射混凝土的施工方法。

背景技术

随着高等级公路和高速铁路建设的不断发展，隧道所占线路比重越来越大，隧道工程不同于其它工程，不易维修。这就要求隧道结构具有足够的耐久性，而喷射混凝土处于围岩与二衬之间，其耐久性一旦失效，是无法维修的。故喷射混凝土性能应引起足够的重视，由于其直接与围岩和地下水接触，易受溶蚀和化学侵蚀作用，因此提高混凝土的密实度是关键所在。目前，喷射混凝土仍普遍使用普通硅酸盐水泥，成份单一，加之品质不高，混凝土的密实性差、抗碳化、抗侵蚀能力弱，耐久性不足。喷射混凝土是在隧道开挖后及时施作的，故其早期就承受荷载，这就要求其具有足够的早期强度，这与模筑混凝土有本质的区别。目前我国喷混凝土仍以干喷为主，水泥绝大部分采用普通硅酸盐水泥，成本高，效果不理想，需大胆多方面尝试。

喷射混凝土的施工工艺、施工条件及施工人员的技术水平等与市场上商品化速凝剂的性能指标存在着极大差异，导致喷射混凝土施工过程中回弹率很高，不但增加了材料的损耗，工程质量也存在重大缺陷，还危害到现场施工人员的生命安全，也不符合国家节能减排、降低碳排放的相关要求。混凝土喷射过程中回弹率的控制是行业内急需要面对的问题，现阶段水电、水利、铁路、公路工程的地下洞室支护所用普通C20～C30干喷或者湿喷混凝土边墙和顶拱的综合回弹率一般较高，且干喷混凝土的强度经常不合格。干喷混凝士的回弹率一般达到20%以上，甚至达到40%～50%；湿喷混凝土回弹率也经常超过20%。这严重加大了施工成本并且增加了喷射支护的工期。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种低回弹喷射混凝土的施工方法。该方法施工时混凝土强度得到保证，喷射均质性好，生产率高，施工时基本无粉尘、回弹率低。液态速凝剂能按混凝土排量自动计量添加到喷枪，通过大流量压缩空气混合作用，更易于混凝土湿料充分混合，湿喷层喷射均匀，易更快凝结硬化并通过与锚杆挂网的牢固联结黏附在隧道基面上，形成具有一定支撑能力的支护层。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种低回弹喷射混凝土的施工方法，包括以下步骤：

S1、喷射混凝土原材料选择，喷射混凝土制备；

S2、混凝土配合比设计；

S3、混凝土搅拌：湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机；

S4、混凝土运输：运输采用砼运输罐车，随运随拌，喷射砼时，多台运输车交替运料，以满足湿喷砼的供应；

S5、喷射前准备：检查开挖断面尺寸，清除浮碴，清理受喷面；

S6、喷射混凝土作业；

S7、养护作业：喷射混凝土终凝2小时后，进行养护；

S8、质量检查；

S9、回弹率检测。

所述步骤S1中，混凝土原材料包括，水泥：根据工程的环境和工程要求来决定选择水泥的品种；细骨料：细骨料的表观密度≥2500kg/m³,吸水率≤3.5%，具有抗冻要求的喷射混凝土用细骨料冻融性试验质量损失≦10%，黏土块≤1.0，氯离子含量≤0.02；粗骨料：粗骨料的表观密度≥2500kg/m³,吸水率≤3.5%，具有抗冻要求的喷射混凝土用细骨料冻融性试验质量损失≦12%，黏土块≤0.25；石灰石微粉末：黏土有害含量≤1.2g/100g，含量应≥95%，CaO≥53.2%，比表面积≥3000cm²/g；硅粉：含水量≤3%；其他掺合料包括矿渣微粒子、活性陶土、火山灰微粉末、钙矾石合成混合材；

速凝剂：包括对甲基亚砜改性海泡石和铝盐，添加改性聚羟基醇胺在反应釜中反应3小时得到；

混凝土用纳米喷浆阻弹剂：由丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈单体在水溶性游离基引发剂存在下于水溶液中进行聚合反应，反应温度为30-70℃，时间为2-7小时，然后于50-70℃下进行中和及水解反应，制取25℃时5%重量浓度的水溶液粘度为0.60-7.00Pa.s的丙烯酰胺-丙烯酸盐-丙烯腈三元共聚物。

所述步骤S2中，根据环境综合等级确定喷射混凝土的密实度，再由密实度指标选用胶材配方，根据围岩等级确定喷射混凝土的强度等级，再由强度等级选用混凝土配合比。

所述步骤S3中，将配制好的胶凝材、砂子和1/3用水量投入搅拌机预拌30s；然后将减水剂加入到剩余用水量中拌匀，将其和全部粗骨料投入搅拌机中搅拌90s。

所述步骤S5中，喷射前对受喷岩面进行处理，用高压水冲洗受喷岩面的浮尘、岩屑，当岩面遇水潮解、泥化时，采用高压风吹净岩面；若为泥、砂质岩面时挂设细钢筋网，用环向钢筋和锚钉或直接利用钢架固定，使其密贴受喷面，以提高喷射混凝土的附着力；喷射混凝土前，先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷射混凝土。

所述步骤S6中，设置控制喷射混凝土厚度的标志，采用埋设钢筋头做标识，在喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝，每1～1.5m设一根，作为施工控制用；

检查机具设备和风、水、电管线路，采用Aliva湿喷机组进行混凝土喷射施工，湿喷机就位，并试运转；在湿喷机电机运转后用手轮调整喷射量，喷射中可根据风量、喷射要求进行调整，在屏幕菜单上有显示；液体速凝剂可进入配比菜单，根据每立方混凝土中按水泥用量2％设置速凝剂添加量；

喷射混凝土的施工工艺中，预拌混凝土在喷嘴附近与速凝剂混合，然后瞬间喷射到基层，混合与喷射过程持续不到1分钟。

所述步骤S6中，喷射顺序，先墙后拱，从下至上、以S曲线移动进行喷射，隧道从两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合，完成一环喷射混凝土的一次试喷；

喷射时，喷头保持与受喷面垂直，垂直于岩面喷射时，连续的混凝土“稀薄流”对反弹物有二次嵌入作用，降低回弹率，增加一次喷射厚度；

喷头距岩面的距离为1-1.5m。

所述步骤S6中，喷射时首先伸展机械手大臂调整喷头在边墙底部施喷位置，使用机械手小臂自动平行功能调整小臂与地面水平，与隧道边墙平行，调整喷头距离、角度，完成上述工作后开始喷射，喷射中不要再调整喷头距离、角度及机械手大臂，仅需使用自动伸缩功能控制喷头在小臂上自动伸缩，即从一端缓慢运行到另一端来回2-3次可完成一遍喷射；然后伸展大臂30cm，大臂做垂直、水平移动，确保喷头与岩面的角度和距离，按上述顺序喷射下一部位，如此循环完成需喷混凝土的喷面。

所述步骤S7中，石质隧道采用喷雾养护，黄土隧道采用养护液养护，养护时间不小于14d，当气温低于+5℃时，不得洒水养护。

所述步骤S9中，采用三维激光扫描法检测，利用三维激光扫描技术结合多模态融合设站技术获取高精度设站信息和作业面喷射混凝土前后的实体模型，在同一空间系统中统一匹配两个时间维度的实体模型位置，通过投影转换获取高密度二维断面信息，采用二维断面比对法计算喷射混凝土成型体积，与喷射总量反向计算回弹量。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

湿喷的特点是施工混凝土强度得到保证，喷射均质性好，生产率高，施工时基本无粉尘、回弹率低。液态速凝剂能按混凝土排量自动计量添加到喷枪，通过大流量压缩空气混合作用，更易于混凝土湿料充分混合，湿喷层喷射均匀，易更快凝结硬化并通过与锚杆挂网的牢固联结黏附在隧道基面上，形成具有一定支撑能力的初衬支护层；喷射混凝土施工不掉块，达到了快速支护的效果；在施工中借助其速凝效果，可以使回弹率减少至5%以下；其具有的高减水性，在保证塌落度的情况下可以减少单位用水量，降低水胶比，使整体施工成本得到了有效地控制。另外该喷浆料可以填充水泥孔隙，增加了水泥浆的堆积密度。足量的浆体填充混凝土孔隙空间，覆盖和润滑骨料颗粒，减少拌合物的内摩擦，增加拌合物的粘聚力、流动性和可塑性，改善混凝土的和易性。还可以阻塞混凝土的毛细孔，降低喷射混凝土的泌水，提高抗渗、防腐等耐久性。采用机械手进行湿喷作业，会降低施工人员作业强度，减少职业病危害，大大提高湿喷作业时的工作效率。

附图说明

图1为本发明施工流程示意图；

图2为本发明中的湿喷流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1、图2所示，一种低回弹喷射混凝土的施工方法，包括以下步骤：

S1、喷射混凝土原材料选择，喷射混凝土制备；

S2、混凝土配合比设计；

S3、混凝土搅拌：湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机；

S4、混凝土运输：运输采用砼运输罐车，随运随拌，喷射砼时，多台运输车交替运料，以满足湿喷砼的供应；

S5、喷射前准备：检查开挖断面尺寸，清除浮碴，清理受喷面；

S6、喷射混凝土作业；

S7、养护作业：喷射混凝土终凝2小时后，进行养护；

S8、质量检查；

S9、回弹率检测。

优选的，步骤S1中，混凝土原材料包括，水泥：选择水泥的品种，主要应当根据工程的环境和工程要求来决定。当结构物要求喷射混凝土具有较高的早期强度时，可选用硫铝酸盐水泥或其他早强水泥，其发热较高，使用时需要采取一定的预防措施；当喷射混凝土用于耐火或耐酸结构时，应选用高铝水泥；当喷射混凝土用于含有较高可溶性硫酸盐的地方，应选用抗硫酸盐类水泥；当集料与水中的碱可能发生反应时，应选用低碱水泥。应当特别指出，选择水泥品种时，要注意其与速凝剂的相容性。如果水泥品种选择不当，不仅可能造成急凝或缓凝、初凝与终凝时间过长等不良现象，而且会增大回弹量，影响喷射混凝土强度的增长，甚至会造成工程的失败。

细骨料：细骨料的表观密度≥2500kg/m³,吸水率≤3.5%，具有抗冻要求的喷射混凝土用细骨料冻融性试验质量损失≦10%，黏土块≤1.0，氯离子含量≤0.02；

粗骨料：粗骨料的表观密度≥2500kg/m³,吸水率≤3.5%，具有抗冻要求的喷射混凝土用细骨料冻融性试验质量损失≦12%，黏土块≤0.25；不得采用化学和物理性能不稳定的粗骨料。

石灰石微粉末：黏土有害含量≤1.2g/100g，含量应≥95%，CaO≥53.2%，比表面积≥3000cm²/g；石灰石的化学成分和物理特性如下表1：

表1

硅粉：含水量≤3%；

其他掺合料包括矿渣微粒子、活性陶土、火山灰微粉末、钙矾石合成混合材料等；

速凝剂：包括对甲基亚砜改性海泡石和铝盐，添加改性聚羟基醇胺在反应釜中反应3小时得到；该制备方法增加了粘结性活性物含量，加速水泥水化，形成了大量的钙矾石，改善了喷射混凝土拌合物的粘聚性，降低喷射混凝土回弹率，提高混凝土抗渗，性能对后期抗压强度损失起到了补偿作用。环保高强无碱液体速凝剂呈中性或微酸性，产品中碱含量为0.1%以下，降低了混凝土的损害程度；掺环保高强无碱液体速凝剂的喷射混凝士，密实度较高，胶砂试件的1d强度最高可达到14.5MPa，28d抗压强度比高达95%，综合性能高。

混凝土用纳米喷浆阻弹剂：由丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈单体在水溶性游离基引发剂存在下于水溶液中进行聚合反应，反应温度为30-70℃，时间为2-7小时，然后于50-70℃下进行中和及水解反应，制取25℃时5%重量浓度的水溶液粘度为0.60-7.00Pa.s的丙烯酰胺-丙烯酸盐-丙烯腈三元共聚物。用作干法、半干法和湿法喷射混凝土工艺及建筑物内外墙抹灰增粘剂，具有掺量少，回弹率小，粉尘浓度低，混凝土各龄期强度好等综合性能优异的特点。

混凝土用纳米喷浆阻弹剂作用机理：

混凝土用纳米喷浆阻弹剂采用一种新型水溶性聚合物，即丙烯酰胺-丙烯酸盐-丙烯腈三元共聚物如下式表示：

式中R代表H，CH2基团，M代表Na，K等碱金属离子，m、n、p为正整数。

该三元共聚物链侧带有三种不同的基团，加入到新拌混凝土中各起不同作用：高分子链侧带有一定密度的阴离子基团-COO-，而水泥在刚同水混合时，水泥微粒表面带正电荷，两者相互吸引，加速了水泥微粒的凝絮。高分子链侧的-CONH2基团是一种亲水性基团，分布在水泥微粒外层，有保水润湿作用，可形成一种絮凝结构，阻止水泥微粒的飞散。但是，这种絮凝结构会包裹过量的水，影响水在新拌混凝土中的扩散，妨碍水泥正常水化。试验证明，只含上述两种基团的共聚物，虽然能起降低粉尘浓度和回弹率的作用，但混凝土各龄期强度都明显降低。因此，在本共聚物中引入一定量的疏水性基团-CN，适度破坏-CONH2基团所形成的絮凝结构，使水分子扩散免受束缚，水泥能进行正常水化，混凝土各龄期强度不受影响。通过调节上述三种基团的比例即m∶n∶p＝70～80∶15～20∶5～10，降回弹喷射混凝土外加剂具有优良的综合效果。根据水泥种类、混凝土配料比等不同情况，其比例可以在更大的范围内调节。另外，共聚物分子量对降回弹喷射混凝土外加剂发挥效能有着重要作用。分子量高，增粘效果好，但在水中溶解慢，在新拌混凝土中扩散慢，喷射时难以充分发挥作用;分子量低，溶解扩散快，但增粘效果差。因此，选择适当的分子量是实现混凝土增粘剂高效的关键因素之一。25℃时，该共聚物5%重量浓度的水溶液粘度为0.60～7.00Pa·s，最好在0.90～3.60Pa·s。

优选的，步骤S2中，根据环境综合等级确定喷射混凝土的密实度，再由密实度指标选用胶材配方，根据围岩等级确定喷射混凝土的强度等级，再由强度等级选用混凝土配合比。

喷射混凝土配制强度计算：

fcu,0≥ (fcu,k+1.645σ) k1k2

式中：fcu,0——喷射混凝土配制强度（MPa）；

fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa），取喷射混凝土设计强度等级值；

σ——混凝土强度标准差（MPa），按JGJ55规定确定；

k1——喷射成型混凝土密实度折减系数，可按表2范围参考取值；

k2——速凝剂强度折减系数，可按表3范围参考取值。

表2 喷射成型混凝土密实度折减系数k₁值

表3 速凝剂强度折减系数k2值

根据环境对隧道结构作用造成的危害程度，将环境综合等级划分为A、B、C、D、E 五级，其中E 级环境最差、A 级环境最好。隧道环境综合等级与喷射混凝土的密实度等级和密实度指标的关系见表4，围岩级别与喷射混凝土的强度等级和强度指标的关系见表5。

表4 环境综合等级与喷射混凝土密实度指标的关系

表5 围岩级别与喷射混凝土强度指标的关系

根据隧道环境综合等级和围岩级别确定隧道衬砌混凝土设计参数指标，不同密实度指标确定衬砌混凝土胶凝材中掺入矿物掺合料种类和掺量，所述中复合胶凝材根据不同密实度指标确定喷射混凝土胶凝材配方详见表6。

表6 不同密实度指标对应喷射混凝土胶凝材配方

胶凝材各粉体材料的要求是：水泥：42 .5 级普通硅酸盐水泥，比表面积＞500kg/m²；粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，比表面积750kg/m²左右；矿粉：S105 级矿粉，比表面积≥500kg/m²；硅灰比表面积≥ 20000kg/m²；石灰石粉比表面积≥ 600kg/m²。

根据不同强度指标采用所得喷射混凝土胶凝材为主要原料，加配粗细骨料混合后得到目标系列混凝土，其配合比详见表7。

表7不同强度度指标对应喷射混凝土配合比

当隧道处于冻融环境下胶凝材用量取上限，水胶比取下限；同时保证减水剂和速凝剂与胶凝材有很好的相容性； 当隧道处于冻融环境下且地下水发育，喷射混凝土若采用复合胶凝材时，应选用引气型减水剂。

硅灰的掺量宜为胶材量的5%。高性能喷射混凝土适宜砂率应通过试验确定。粗骨料的最大尺寸标准取10-15mm.石灰石微粉末置换一部分细骨料，置换率15%。

采用湿法喷射工艺时，入喷射机前坍落度宜为（160±30）mm。高性能喷射混凝土的含气量，特别是在要求抗冻性的场合，以3-6%为标准，其他场合可不考虑。对所选定的混凝土配合比进行试喷试验并取样进行性能检测。根据其可喷性能、强度性能及耐久性能对配合比进行优化调整，确定喷射混凝土配合比。

优选的，步骤S3中，将配制好的胶凝材、砂子和1/3用水量投入搅拌机预拌30s；然后将减水剂加入到剩余用水量中拌匀，将其和全部粗骨料投入搅拌机中搅拌90s。

喷射砼时，多台运输车应交替运料，以满足湿喷砼的供应。在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化以及产生初凝等现象。

优选的，步骤S5中，喷射前对受喷岩面进行处理，用高压水冲洗受喷岩面的浮尘、岩屑，当岩面遇水潮解、泥化时，采用高压风吹净岩面；若为泥、砂质岩面时挂设细钢筋网，用环向钢筋和锚钉或直接利用钢架固定，使其密贴受喷面，以提高喷射混凝土的附着力；喷射混凝土前，先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷射混凝土。

喷射面有涌水时，不仅喷混凝土的附着性变差，喷混凝土也会流失、剥落，使作业效率降低。因此进行适当涌水处理后，再喷射混凝土是必要的。涌水处理最好在限定的涌水地点进行。有涌水的场合，会降低喷混凝土的附着性，造成喷混凝土流失以及硬化后背后水压的增加等，是导致喷混凝土品质降低和开裂、剥离的重要原因。为此，有涌水的场合.要设置排水管和排水过滤材等进行排水处理。此外，在寒冷地区的洞口附近施工的场合，要注意不让喷射面冻结。

开挖壁面可能有浮石，并附着黏土，以及开挖时的粉尘。在喷射施工时如不进行处理，很难保证与围岩的附着，还会在喷混凝土和围岩间产生空隙，也不能充分发挥支护的功能。因此喷射前要用压缩空气和水冲洗，除去黏土、浮石等。为了确保喷射作业时的安全及喷混凝土与围岩成为一体，事先应对有可能落下的浮石，加以清除。

开挖后的壁面、喷混凝土的表面应平顺，不要产生极端的凹凸，以减少喷混凝土量。喷射面凹凸不平多，回弹也大。光面爆破对获得平顺的壁面是有效的。采用计算机控制的凿岩台车来控制壁面的超挖等情况也有效果。喷混凝土表面极端凹凸的场合，二次衬砌背后易产生空隙，也不能确保衬砌厚度，也是衬砌发生开裂的原因之一。因此，喷混凝土表面应修整使之平顺。

优选的，步骤S6中，设置控制喷射混凝土厚度的标志，采用埋设钢筋头做标识，在喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝，每1～1.5m设一根，作为施工控制用；

若遇受喷面有涌水、渗水或潮湿的岩面，喷射前应按不同情况进行处理。

（1）大股涌水宜采用注浆堵水后再喷射混凝土。

（2）小股水或裂隙渗漏水宜采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土。

（3）大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，如添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。

检查机具设备和风、水、电管线路，采用Aliva湿喷机组进行混凝土喷射施工，湿喷机就位，并试运转；在湿喷机电机运转后用手轮调整喷射量，喷射中可根据风量、喷射要求进行调整，在屏幕菜单上有显示；液体速凝剂可进入配比菜单，根据每立方混凝土中按水泥用量2%设置速凝剂添加量。喷射混凝土的施工工艺中，预拌混凝土在喷嘴附近与速凝剂混合，然后瞬间喷射到基层，混合与喷射过程持续不到1分钟。而现有的标准和规范规定速凝剂的初凝时间小于5分钟，存在巨大的时间差。导致在施工过程中，喷射混凝土还处于塑性阶段，因此根本不可能与基层产生足够的粘结力，这是造成回弹大的根本原因。

采用Aliva湿喷机组克服了 MEYCO等型号喷浆机械手由于操作者来不及反应等原因造成的原材料的浪费和作业效率低等重要缺陷；与人工湿喷工艺相比，机械手喷射范围大，喷射压力大，角度保持较好，不用搭设喷浆作业平台；基本上一个人就可以完成喷浆作业，并且质量比人工喷要好得多。

选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求；压风进入喷射机前必须进行油水分离；输料管应能承受0.8MPa以上的压力，并应有良好的耐磨性能；保证作业区内具有良好通风和照明条件；喷射作业的环境温度不得低于5℃。

在隧道开挖完成后，先喷射4cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、架立钢架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。

优选的，步骤S6中，喷射顺序，先墙后拱，从下至上、以S曲线移动进行喷射，隧道从两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合，完成一环喷射混凝土的一次试喷；

喷射时，喷头保持与受喷面垂直，垂直于岩面喷射时，连续的混凝土“稀薄流”对反弹物有二次嵌入作用，降低回弹率，增加一次喷射厚度；

喷头距岩面的距离宜为1-1.5m。

喷射混凝土回弹在刚喷射时最大，当岩面喷厚达到2-3cm后，回弹最小，且稳定；当喷射到附着在岩面的混凝土滑落、流淌时，一次喷厚达到最大，此时不能再继续喷射，应等喷射混凝土初凝后方能进行复喷。

优选的，步骤S6中，喷射时首先伸展机械手大臂调整喷头在边墙底部施喷位置，使用机械手小臂自动平行功能调整小臂与地面水平，与隧道边墙平行，调整喷头距离、角度，完成上述工作后开始喷射，喷射中不要再调整喷头距离、角度及机械手大臂，仅需使用自动伸缩功能控制喷头在小臂上自动伸缩，即从一端缓慢运行到另一端来回2-3次可完成一遍喷射；然后伸展大臂30cm，大臂做垂直、水平移动，确保喷头与岩面的角度和距离，按上述顺序喷射下一部位，如此循环完成需喷混凝土的喷面。

喷射过程中发生堵管时，立即关闭A1iVa喷射机及计量泵，关掉输送泵，拍打软管，并倒掉管内存留混凝土，堵管处理完成后先加水喷射洗管，确保管路畅通无阻后才能再次进行喷射施工。

在喷射过程中禁止往混凝土中随意加水，如混凝土状态需要调整，应及时通知现场技术员，再做相应处理，对于有超挖或渗水结构复杂部位，应提前增加速凝剂喷射掺量，加大喷射工作面次数，降这样不利于水泥正常凝结。在每个班组施工完成后，应对湿喷台车的泵送管路以及速凝剂输送管道进行充分清洗，保证管路畅通。对于速凝剂的存储，应严格按照规范要求，加盖保温，做好防冻防晒工作。

优选的，步骤S7中，石质隧道采用喷雾养护，黄土隧道采用养护液养护，养护时间不小于14d，当气温低于+5℃时，不得洒水养护。

喷射混凝土厚度检测原则上采用检查孔的方法进行。检测间隔：每隔20米设一个断面；拱部至少5个点，侧壁左右各1个点。检测方法可采用检测孔的方法或采用检测钉的方法。

优选的，步骤S9中，采用三维激光扫描法检测，利用三维激光扫描技术结合多模态融合设站技术获取高精度设站信息和作业面喷射混凝土前后的实体模型，在同一空间系统中统一匹配两个时间维度的实体模型位置，通过投影转换获取高密度二维断面信息，采用二维断面比对法计算喷射混凝土成型体积，与喷射总量反向计算回弹量。

三维激光扫描检测隧道轮廓测量方法包括：

布设基准点：轮廓检测基准点采用与施工放样相同的坐标基准，用于三维点云在工程坐标系下的定位参考。在轮廓检测区域每10m布设一对基准点，在洞内施工测量控制网的框架下进行加密测量。

基准点桩芯宜采用不锈钢材质，中心刻0.5mm深十字标志，桩芯顶面应低于行车路面5cm以上，防止桩芯被机械设备碾压破坏。基准点宜设置在稳固、可靠、不易破坏且便于测量的位置，并应防沉降和抗移动。控制点标识要清晰、齐全、便于准确识别。

为确保基准点成果可靠，在基准点测量过程中需遵循必要的检核手段，如：

全站仪通过洞内施工测量控制网设站完成后，需检核第三点的三维坐标并做好记录，差值在允许范围内时，则说明在控制点及成果的使用、仪器目标的安置、定向设置等设站环节中未发生错误，可以进行后续测量；将棱镜支架置于基准点桩芯上对中整平后，由前视和司仪共同确认点号、棱镜高后测量并记录该点数据；单测站所有测点测量完成后，检查仪器安置状态，无误后再次检核其余控制点成果并记录。若检核点测量较差在允许范围内，则认为仪器设备在整个放样过程中稳定可靠，测量成果可靠；测量完成后，复核人员从设站引用数据到测量结束检核控制点成果，逐步还原基准点测量过程，根据原始记录排除每个环节出错的可能，确保该项测量成果的可靠性。

固定测点定向：利用全站式扫描仪提供的对中定向功能，将全站扫描仪架设在已知测点完成精确对中整平，系统中输入测站和后视控制点的已知坐标，瞄准后视控制点后完成全站式扫描仪的测站定向。

点云采集：在施工现场快速全面获取隧道轮廓三维点云数据，主要依靠日趋成熟的三维激光扫描技术。三维激光扫描技术是通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段，其具有快速性，不接触性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性。

目前隧道施工现场常用的三维激光扫描仪包括Z+F、法如、徕卡、天宝等品牌，主流扫描仪均可满足扫描速度约100万点/秒，测距精度2mm/25m，分辨率3.5mm/25m，测程大于70m等指标，可在5min内扫描完成40m隧道段落。

三维激光扫描仪外业作业中需注意以下事项：

为避免结构物遮挡，每个扫描测站取仪器前后20m范围点云为有效数据；球靶位置由扫描仪在隧道轮廓扫描时同时获取，每测站使用的球靶数量不少于2个。使用徕卡球形棱镜配合支架置于基准点上，读取棱镜高，球面朝向扫描仪；为保证球靶获取精度，球靶距扫描仪 5～10m为宜；扫描仪的测站基本名一般设置成“Z”（左线）、“Y”（右线）等代表字符，后面增加流水号，如“Z001”；测量开始前先对扫描仪进行预热，预热完成后测试各项连接是否正常；开始三维激光扫描后，作业人员应避开有效扫描区域；三维激光扫描仪作业完成后，数据自动储存，仪器迁站。测站间距离不超过40m，迁站后无需预热。

多模态融合设站：对三维点云数据的定位是三维数据精度的关键所在，要根据扫描到的球靶球面点云数据拟合球形棱镜中心，确定控制点位置进而参与设站平差，最终该测站三维点云在工程坐标系统下定位，获得点云绝对位置避免常规扫描仪搭接法造成的系统引入误差。在三维激光扫描技术的现有应用中，由于周围点云数据对球靶球面点云数据的干扰，常造成靶标中心拟合困难及精度难以满足的情况，我们在靶标拟合过程中通过算法隐藏靶标周围点云，减少靶标拟合干扰，从而提高靶标拟合精度和效率。将点云数据导入处理软件后，根据球靶球面点云数据拟合球形棱镜中心，球靶距离越近、通视条件约好，拟合精度越高，每测站需2个以上拟合成功的基准点数据参与边角观测值的交会平差。将拟合成功的基准点数据及扫描时采用的球靶高度输入软件，结合固定测点定向和边角交会平差结果进行多源观测值的定权平差，获取高精度设站结果和施工坐标系统下的三维点云数据。

投影转换高密度二维断面：点云数据导入后处理软件后可生成360度原始影像图，对原始影响数据做好备份，按顺序进行数据处理。

断面法计算成型体积：经对点云数据进行躁点过滤、正射投影等处理后，将喷射混凝土前后的实体模型放在一起分析。以施工线路中心轴线为基准，提取和生成最小2cm间隔的高密度二维横向断面图，批量计算每个二维断面中两次测量轮廓之间的面积，相邻断面面积均值和间隔距离相乘并累积后即为一定段落成型喷射混凝土的体积。

分析统计回弹量：同一段落喷射混凝土总量刨除一定的设备损耗量后，与成型体积相比可得成型混凝土所占比例，剩余体积即为喷射混凝土回弹率。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低回弹喷射混凝土的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、喷射混凝土原材料选择，喷射混凝土制备；

S2、混凝土配合比设计；

S3、混凝土搅拌：湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机；

S4、混凝土运输：运输采用砼运输罐车，随运随拌，喷射砼时，多台运输车交替运料，以满足湿喷砼的供应；

S5、喷射前准备：检查开挖断面尺寸，清除浮碴，清理受喷面；

S6、喷射混凝土作业；

S7、养护作业：喷射混凝土终凝2小时后，进行养护；

S8、质量检查；

S9、回弹率检测；

所述步骤S1中，混凝土原材料包括，水泥：根据工程的环境和工程要求来决定选择水泥的品种；细骨料：细骨料的表观密度≥2500kg/m³,吸水率≤3.5%，具有抗冻要求的喷射混凝土用细骨料冻融性试验质量损失≦10%，黏土块≤1.0，氯离子含量≤0.02；粗骨料：粗骨料的表观密度≥2500kg/m³,吸水率≤3.5%，具有抗冻要求的喷射混凝土用细骨料冻融性试验质量损失≦12%，黏土块≤0.25；石灰石微粉末：黏土有害含量≤1.2g/100g，含量≥95%，比表面积≥3000cm²/g；硅粉：含水量≤3%；其他掺合料包括矿渣微粒子、活性陶土、火山灰微粉末、钙矾石合成混合材；

速凝剂：包括对甲基亚砜改性海泡石和铝盐，添加改性聚羟基醇胺在反应釜中反应3小时得到；

混凝土用纳米喷浆阻弹剂：由丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈单体在水溶性游离基引发剂存在下于水溶液中进行聚合反应，反应温度为30-70℃，时间为2-7小时，然后于50-70℃下进行中和及水解反应，制取25℃时5%重量浓度的水溶液粘度为0.60-7.00Pa.s的丙烯酰胺-丙烯酸盐-丙烯腈三元共聚物；

所述步骤S6中，设置控制喷射混凝土厚度的标志，采用埋设钢筋头做标识，在喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝，每1～1.5m设一根，作为施工控制用；

检查机具设备和风、水、电管线路，采用Aliva湿喷机组进行混凝土喷射施工，湿喷机就位，并试运转；在湿喷机电机运转后用手轮调整喷射量，喷射中可根据风量、喷射要求进行调整，在屏幕菜单上有显示；液体速凝剂可进入配比菜单，根据每立方混凝土中按水泥用量2％设置速凝剂添加量；

喷射混凝土的施工工艺中，预拌混凝土在喷嘴附近与速凝剂混合，然后瞬间喷射到基层，混合与喷射过程持续不到1分钟。

2.根据权利要求1所述的一种低回弹喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤S2中，根据环境综合等级确定喷射混凝土的密实度，再由密实度指标选用胶材配方，根据围岩等级确定喷射混凝土的强度等级，再由强度等级选用混凝土配合比。

3.根据权利要求1所述的一种低回弹喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤S3中，将配制好的胶凝材、砂子和1/3用水量投入搅拌机预拌30s；然后将减水剂加入到剩余用水量中拌匀，将其和全部粗骨料投入搅拌机中搅拌90s。

4.根据权利要求1所述的一种低回弹喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤S5中，喷射前对受喷岩面进行处理，用高压水冲洗受喷岩面的浮尘、岩屑，当岩面遇水潮解、泥化时，采用高压风吹净岩面；若为泥、砂质岩面时挂设细钢筋网，用环向钢筋和锚钉或直接利用钢架固定，使其密贴受喷面，以提高喷射混凝土的附着力；喷射混凝土前，先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷射混凝土。

5.根据权利要求1所述的一种低回弹喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤S6中，喷射顺序，先墙后拱，从下至上、以S曲线移动进行喷射，隧道从两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合，完成一环喷射混凝土的一次试喷；

喷射时，喷头保持与受喷面垂直，垂直于岩面喷射时，连续的混凝土“稀薄流”对反弹物有二次嵌入作用，降低回弹率，增加一次喷射厚度；

喷头距岩面的距离为1-1.5m。

6.根据权利要求1所述的一种低回弹喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤S6中，喷射时首先伸展机械手大臂调整喷头在边墙底部施喷位置，使用机械手小臂自动平行功能调整小臂与地面水平，与隧道边墙平行，调整喷头距离、角度，完成上述工作后开始喷射，喷射中不要再调整喷头距离、角度及机械手大臂，仅需使用自动伸缩功能控制喷头在小臂上自动伸缩，即从一端缓慢运行到另一端来回2-3次完成一遍喷射；然后伸展大臂30cm，大臂做垂直、水平移动，确保喷头与岩面的角度和距离，按上述顺序喷射下一部位，如此循环完成需喷混凝土的喷面。

7.根据权利要求1所述的一种低回弹喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤S7中，石质隧道采用喷雾养护，黄土隧道采用养护液养护，养护时间不小于14d，当气温低于+5℃时，不得洒水养护。

8.根据权利要求1所述的一种低回弹喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤S9中，采用三维激光扫描法检测，利用三维激光扫描技术结合多模态融合设站技术获取高精度设站信息和作业面喷射混凝土前后的实体模型，在同一空间系统中统一匹配两个时间维度的实体模型位置，通过投影转换获取高密度二维断面信息，采用二维断面比对法计算喷射混凝土成型体积，与喷射总量反向计算回弹量。