喷射混凝土单层衬砌结构文献综述

1、目录1、绪论12、单层衬砌的概念13、国内外应用现状24、结构形式研究现状35、设计方法研究现状45.1、挪威法45.2、极限状态设计法45.3、能量原理设计法46、抗渗性56.1、抗渗性能试验方法56.1.1、渗水高度法56.1.2逐级加压法76.2影响抗渗性的因素76.2.1、水泥品种的影响76.2.2、水灰比的影响76.2.3、掺合料的影响86.2.4、外加剂的影响96.2.5、养护条件的影响96.2.6、集料最大粒径和级配的影响96.2.7、微裂纹扩展的影响107、回弹量107.1、水灰比的影响107.2、骨料的影响107.3、外加剂的影响117.4、工作风压的影响117.5、喷射距离

2、与角度的影响127.6、一次喷射混凝土厚度的影响121、绪论1980年以后，以喷混凝土为初期支护，敷设卷材防水层，然后再施作模筑混凝土衬砌的“复合式衬砌”在我国隧道工程中作为一种主要的支护形式被广泛使用，并积累了很多经验。复合衬砌的承载机理是：锚喷初期支护为主要承载结构，二次衬砌作为安全储备。虽然复合衬砌在承载机理设计上是合理的，最有利于体现新奥法的原理，但施作这么厚厚一层作为安全储备的二次衬砌在经济上是不合理的。同时，在防水设计上，初期支护一般不考虑防水，主要通过防水卷材来进行防水1。所以，复合式衬砌存在下列一些难以解决的问题：（1）、对于节理裂隙发育的岩层在采用爆破法开挖时，开挖面凸凹不平

3、，围岩与初期支护之间初期支护与二次衬砌之间贴合不紧密，削弱了衬砌对围岩的支护作用2；（2）、复合式衬砌防水本质上为被动防水，由于锚喷初期支护不防水，复合式衬砌实际上是将地下水引入衬砌结构内部，在衬砌内部形成存水空间，诱发水压力；（3）、由于防水板搭接焊接质量问题，二衬钢筋绑扎焊接过程中易刺破和烧坏防水板等原因，使得薄膜防水层的敷设质量不易保证。针对复合式衬砌在施工承载和防水方面存在的问题，单层衬砌施工技术应运而生，以统一解决承载防水问题，并已在一些隧道工程中应用。2、单层衬砌的概念关于单层衬砌的概念，文献3中是这样定义的：“由单层或多层混凝土构成的支护体系，支护层与衬砌层是一体的，各层间能够充

4、分传递剪力的支护体系，称为单层衬砌。”还有一种说法叫“单层衬砌施工法”， 即开挖后立即施作喷混凝土层以支护开挖洞室，并根据围岩级别设置必要的支护构件，如钢筋、锚杆和钢拱架等，过一段时间之后再喷上起衬砌作用的喷混凝土层4。为避免单层衬砌与喷锚衬砌的概念混淆，文献5对单层衬砌作出了这样的定义：在取消防水板的前提下，洞室开挖后立即喷射一层具防水性能的混凝土，并根据围岩级别设置必要的支护构件，如锚杆、钢拱架等，然后根据耐久性及平整度的要求，再施作( 喷射或模筑)一层或多层混凝土，构成层间具有很强粘接力并可充分传递剪力的支护体系。为了达到后施作的混凝土层同第一层喷混凝土共同作用的目的，通过使之粘接成可产

5、生共同作用的支承拱，在施作后续混凝土层之前，对暴露很久已被污染的喷混凝土表面必需采取相应措施(高压水束或砂束)进行处理。这样一方面可减少水化热的产生，另一方面收缩变形也发生在各层之间，避免支护结构的开裂。显然，单层衬砌与复合式衬砌的本质区别就是支护层间不设防水板，通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑移性，使得各混凝土层形成共同承载体系。近似地，可以把单层衬砌结构看作“组合梁”来分析其力学特性；相反地，在复合式衬砌中，由于防水板的存在，在初期支护和二次衬砌之间不传递剪力，其结构类似于“叠合梁”的力学行为。这样，在同等程度荷载条件下，单层衬砌比复合式衬砌产生的内力要小，所以可适当减薄衬砌厚度，同时也

6、减少了开挖量和衬砌圬工量，节约投资。而且取消了防水板, 取而代之的是耐水性很好的防水混凝土喷层，施工操作方便，可保证防水质量，有利于缩短工期。总结得出，与复合式衬砌相比，有如下特点：（1）、整个支护作业是用喷射方法多次完成，从根本上改变了隧道衬砌的施工工艺；（2）、各支护间不设置防水板，一方面可简化施工工序，另一方面可通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑性，使得各混凝土层形成共同承载体系，提高承载能力；（3）、单层衬砌结构可降低工程造价、缩短工期；同时便于维修养护。所以对单层衬砌的深入研究不仅有很高的理论价值，而且在工程实践中也可创造巨大的经济效益。3、国内外应用现状单层衬砌是20世纪70年代发

7、展起来的一种隧道支护体系，最近几十年随着喷射混凝土施工工艺、质量性能的提高，其技术得到了迅速的发展，位于斯堪的纳维亚半岛的挪威和瑞典，是使用单层衬砌较早的国家。在挪威约有460km的干线公路隧道中共有160km采用喷射混凝土或钢纤维喷射混凝土作为永久衬砌；在瑞典的斯德哥尔默地铁中大量使用单层衬砌技术，如地铁区间地铁车站等；在瑞士修建的费尔艾那隧道，97%的支护都采用单层衬砌技术同时，在世界上许多国家单层衬砌都有了不同程度的应用，如德国、法国、美国、巴西、加拿大、芬兰、南非、日本、比利时和西班牙等国，而且一些国家还制定了相应的设计和施工规范6。在国内，20世纪60年代在成昆铁路围岩较好的短隧道中

8、成功地采用了喷射混凝土加锚杆的单层衬砌，使用至今，情况基本良好。70年代在下坑隧道（属软岩隧道）试做了单层衬砌数十米，当时由于技术水平和材质所限，发生了裂缝和漏水情况7。1999年在汕头液化石油气储库工程中采用单层衬砌支护技术，效果良好。西康铁路秦岭隧道中的高碥沟隧道采用了钢纤维喷射混凝土单层衬砌，西南铁路的磨沟岭隧道采用模筑钢纤维混凝土单层衬砌。最近几年，由于喷射混凝土技术的不断提高，单层衬砌技术除应用于铁路、公路、水工、隧道外，还应用于地下酒窖以及地下体育馆等工程中，使用至今，没有出现任何质量问题及耐久性问题。2003年，受铁道部科技司的委托，铁道第四勘测设计院联合西南交通大学拟在武汉合肥

9、铁路大别山隧道二号斜井施作单层衬砌，作进一步的研究。表1为国内外部分隧道及地下工程使用单层衬砌情况一览表。表1 国内外部分隧道使用单层衬砌情况一览表序号国家隧道或地下工程名称建成日期/年全长/m1挪威Gjolasvik地下冰球场81991912德国慕尼黑地铁试验段719921003巴西某隧道7199216994瑞士费尔艾那隧道91997190585中国汕头液化气储库工程820004566中国小团山隧道行车横洞12002307中国西康铁路秦岭隧道102000184568中国西南铁路磨沟岭隧道112000261224、结构形式研究现状目前单层衬砌主要采用的支护形式是喷锚支护，喷射混凝土和锚杆联合支

10、护，不仅是安全可靠的支护形式，而且是在岩层中构筑地下工程最为优越的衬砌形式。可以说，单层衬砌结构形式是随着喷混凝土技术的出现而不断发展和完善起来的，特别是湿喷技术的出现以及喷钢纤维混凝土在隧道工程中的广泛应用，为单层衬砌的发展创造了良好的条件12。而国外单层衬砌的构成，多数是采用钢纤维喷混凝土,在围岩条件较好的情况下，钢纤维混凝土衬砌可以作为一个永久承载结构来支护围岩，国内外学者对钢纤维混凝土的力学性能以及持续荷载作用下的长期抵抗变形和耐久性等方面进行了大量的试验。表2为德国建议的单层衬砌的构造形式，表3为挪威法的单层衬砌类型3。可以看出，国外单层衬砌的构成，多数是采用钢纤维喷混凝土。实际上，

11、衬砌结构的组成形式，要根据洞室所处的地质条件和水文状况，并结合洞室的不同使用用途来决定，所以单层衬砌的结构形式还需进一步完善。表2 德国建议的单层衬砌的构造形式构造形式第一层第二层1钢纤维喷混凝土钢纤维喷混凝土2钢纤维喷混凝土钢纤维模注混凝土3钢纤维喷混凝土钢筋喷混凝土4钢纤维喷混凝土钢筋混凝土5钢筋喷混凝土钢纤维喷混凝土6钢筋喷混凝土钢纤维模注混凝土表3 挪威法的单层衬砌类型编号永久支护类型1无支护2局部锚杆3系统锚杆4系统锚杆+喷混凝土（厚度45cm）5钢纤维喷混凝土+系统锚杆+喷混凝土（厚度59cm）6钢纤维喷混凝土+系统锚杆+喷混凝土（厚度912cm）7钢纤维喷混凝土+系统锚杆+喷混凝

12、土（厚度1215cm）8钢纤维喷混凝土+格栅钢纤维喷混凝土（厚度1525cm）+系统锚杆9模筑混凝土（厚度大于25cm）5、设计方法研究现状对单层衬砌设计方法的研究，主要是针对喷钢纤维混凝土支护结构展开的，目前有基于挪威法的Q系统支护设计法、极限状态法以及基于能量守恒的能量原理设计法。5.1、挪威法挪威法（也称NMT）是以挪威工程地质研究院为主，根据工程地质条件和在隧道质量指标系统法及湿喷钢纤维混凝土工艺长足发展的基础上产生的，它仍是一种以经验为主的设计方法。在实际应用中，隧道质量指标Q值对经验做出一定程度上的定量衡量，来反映围岩质量的好坏。5.2、极限状态设计法极限状态设计法是欧洲混凝土委员

13、会在1964年开始提倡的，以后于1970年和国际预应力混凝土协会合作公布了规范，现在英国规范也采用这种方法作为基准。可以说，国际上总的趋势是向极限状态设计法方面发展。一般情况下，在极限状态设计法中，通过验算两种极限状态即破坏极限状态和使用极限状态来确保结构的安全性和使用性。5.3、能量原理设计法能量原理设计法是根据能量守恒原理来判断整体系统的稳定情况，从而完成隧道衬砌的设计。在结构设计时，文献13认为围岩释放的总能量由两部分组成：一部分来源于隧道喷钢纤维混凝土完成到围岩达到稳定整个过程中释放掉的能量值；另一部分是在隧道建成后，由于地震或其他因素导致衬砌上方塌落拱范围的岩层彻底破坏时，可以偏于安

14、全的假定其储存的应变能完全释放给衬砌，此能量等于毛洞开挖到达稳定状态时该范围内单元储存的应变能之和。为了保证围岩能量释放可以最终达到稳定，衬砌破坏吸收能量的能力应该大于围岩释放的能量，从而进行单层衬砌结构的设计。6、抗渗性6.1、抗渗性能试验方法146.1.1、渗水高度法本方法适用于以测定硬化混凝土在恒定水压力下的平均渗水高度来表示的混凝土抗水渗透性能。试验设备应符合下列规定：（1）、混凝土抗渗仪应符合现行行业标准混凝土抗渗仪JG/T 249的规定，并应能使水压按规定的制度稳定地作用在试件上。抗渗仪施加水压力范围应为（0.12.1）MPa。（2）、试模应采用上口内部直径为175mm、下口内部直

15、径为185mm和高度150mm的圆台体。（3）、密封材料宜用石蜡加松香或水泥加黄油等材料，也可采用橡胶套等其他有效密封材料。（4）、梯形板（图1）应采用尺寸为200mm*200mm透明材料制成，并应画有十条等间距、垂直于梯形底线的直线。图1（5）、钢尺的分度值应为1mm。（6）、钟表的分度值应为1min。（7）、辅助设备应包括螺旋加压器、烘箱、电炉、浅盘、铁锅和钢丝刷等。（8）、安装试件的加压设备可为螺旋加压或其他加压形式，其压力应能保证将试件压入试件套内。抗水渗透试验应按照下列步骤进行：（1）、应先按第3章规定的方法进行试件的制作和养护。抗水渗透试验应以6个试件为一组。（2）、试件拆模后，应

16、用钢丝刷刷去两端面的水泥浆膜，并应立即将试件送入标准养护室进行养护。抗水渗透试验的龄期宜为28d。应在到达试验龄期的前一天，从养护室取出试件，并擦拭干净。待试件表面晾干后，应按下列方法进行试件密封：（1）、当用石蜡密封时，应在试件侧面裹涂一层熔化的内加少量松香的石蜡。然后应用螺旋加压器将试件压入经过烘箱或电炉预热过的试模中，使试件与试模底平齐，并应在试模变冷后解除压力。试模的预热温度，应以石蜡接触试模，即缓慢熔化，但不流淌为准。（2）、用水泥加黄油密封时，其质量比应为（2.53）:1。应用三角刀将密封材料均匀地刮涂在试件侧面上，厚度应为（12）mm。应套上试模并将试件压入，应使试件与试模底齐平

17、。（3）、试件密封也可采用其他更可靠的密封方式。试件准备好之后，启动抗渗仪，并开通6个试位下的阀门，使水从6个孔中渗出，水应充满试位坑，在关闭6个试位下的阀门后应将密封好的试件安装在抗渗仪上。试件安装好之后，应立即开通6个试位下的阀门，使水压在24h内恒定控制在（1.2±0.05）MPa，且加压过程不应大于5min，应以达到稳定压力的时间作为试验记录起始时间（精确至min）。在稳压过程中随时观察试件端面的渗水情况，当有某一个试件端面出现渗水时，应停止该试件的试验并记录时间，并以试件的高度作为该试件的渗水高度。对于试件端面未出现渗水的情况，应在试验24h后停止试验，并及时取出试件。在试

18、验过程中，当发现水从试件周边渗出时，应重新按本标准第3条的规定进行密封。将从抗渗仪上取出的试件放在压力机上，并应在试件上下两端面中心处沿直径方向各放一根直径为6mm的钢垫条，并确保它们在同一竖直平面内。然后开动压力机，将试件沿纵断面劈裂为两半。试件劈开后，应用防水笔描出水痕。应将梯形板放在试件劈裂面上，并用钢尺沿水痕等间距量测10个测点的渗水高度值，读数应精确至1mm。当读数时若遇到某测点被骨料阻挡，可以靠近骨料两端的渗水高度算术平均值来作为该测点的渗水高度。试验结果计算及处理应符合下列规定： （1）、试件渗水高度应按下式进行计算： 式中：第i个试件第j个测点处的渗水高度（mm）； 第i个试件

19、的平均渗水高度（mm）：应以10个测点渗水高度的平均值作为该试件渗水高度的测定值。（2）、一组试件的平均渗水高度应按下式进行计算： 式中：一组6个试件的平均渗水高度（mm）。应以一组6个试件渗水高度的算术平均值作为该组试件渗水高度的测定值。6.1.2逐级加压法本方法适用于通过逐级施加水压力来测定以抗渗等级来表示的混凝土的抗水渗透性能。仪器设备应符合本标准第6.1节的规定。试验步骤应符合下列规定：（1）、首先应按本标准第6.1.3条的规定进行试件的密封和安装。（2）、试验时，水压应从0.1MPa开始，以后应每隔8h增加0.1MPa水压，并应随时观察试件端面渗水情况。当6个试件中有3个试件表面出现

20、渗水时，或加至规定压力（设计抗渗等级）在8h内6个试件中表面渗水试件少于3个时，可停止试验，并记下此时的水压力。在试验过程中，当发现水从试件周边渗出时，应按本标准6.1.3条的规定重新进行密封。混凝土的抗渗等级应以每组6个试件中有4个试件未出现渗水时的最大水压力乘以10来确定。混凝土的抗渗等级应按下式计算：式中：P混凝土等级； H6个试件中有3个试件渗水时的水压力（MPa）。6.2影响抗渗性的因素随着社会的发展与进步，对于建筑材料的要求越来越高，就混凝土而言，其耐久性的重要性也日益凸显，然而混凝土的耐久性很大程度上取决于它的渗透性。因此开展对混凝土抗渗性能的研究具有非比寻常的意义。影响混凝土抗

21、渗性能的因素较多，主要有一下几个方面：6.2.1、水泥品种的影响普通硅酸盐水泥混凝土比矿渣硅酸盐水泥混凝土的抗渗性好。因为矿渣水泥中的水化速度慢，不能在水泥和水水化之后马上产生凝聚结构， 而且矿渣颗粒比重较水泥浆轻，水泥浆中的颗粒容易产生沉降，形成泌水，保水性差。因此，在拌制混凝土时容易形成开口的毛细孔道，降低混凝土的抗渗性。而普通水泥具有较少的混合料，水化速度快、水化程度高，能够很快形成凝聚结构，使混凝土的透水性不怎么好。6.2.2、水灰比的影响水灰比越大，其抗渗性能越差。因为水灰比越大，水泥水化速度越低，水泥水化时就要留下较多的毛细孔，使水泥浆产生较多的空隙。而混凝土的抗渗性首先取决于水泥

22、浆的孔隙率，包括空隙尺寸分布和连续性。水灰比对水泥石、水泥砂浆和混凝土的孔结构影响最大，水灰比越大，包水颗粒的水层越厚，一部分拌合水在水泥石中形成相互连通的，无规则的毛细孔系统，使混凝土空隙越大，越不均匀，抗渗性越差。所以水灰比越大，孔隙率越大、渗透性越好、抗渗性越差。减小水灰比可细化孔径分布，改善孔结构，混凝土更加密实，即可改善混凝土的抗渗性。6.2.3、掺合料的影响近年来水泥产品的细度减小、活性增加，使得水化反应加速、放热加剧、干燥收缩增加，最终导致混凝土温度收缩和干缩产生的裂纹增加15,16 。微裂纹和宏观裂纹的增加对混凝土的抗渗性能是不利的。为此，人们在配制高性能混凝土时，常常掺加粉煤

23、灰等外掺料取代部分水泥，一方面降低造价，另一方面减少热开裂。在掺合料对混凝土抗渗性能的影响研究当中，掺合料主要有粉煤灰、硅灰以及聚丙烯纤维。掺入掺合料，可以不同程度地减少大孔而增加小孔，细化并改善水泥基材料的孔隙分布。孔径分布得到改善就可以提高水泥基材料对荷载的抵抗能力及其对其它物质的抗渗透能力。掺粉煤灰能明显改善混凝土的抗渗性能，主要由于粉煤灰水化反应的产物及其未反应的细颗粒填充了水泥石的毛细孔，改善了混凝土的孔结构，使混凝土更加密实，从而提高了抗渗性能。众多的文献指出，掺入硅灰后对混凝土的强度和抗渗性能增强效应极佳17 ,18 ,19 ；硅灰作为混凝土掺合料，其性能特点有：A、混凝土中掺入

24、磨细掺合料对改善混凝土的孔结构和界面粘接、增加密实度、提高混凝土的耐久性是十分重要的，同时亦可以不同程度的节约水泥。用活性较大的粉状物料作为混凝土的掺合料，会取得显著的经济效益。B、硅灰作为有效的掺合料掺入新拌混凝土后，可使水泥颗粒间的孔隙由形成的硅化钙水化物核子所填充，硅粉与开成的氢氧化钙通过化学反应又形成了新的硅化钙水化物，不但提高了混凝土的强度，并从根本上改善了孔隙结构，增强了抗渗性。C、硅灰中的非结晶形二氧化硅在潮湿的环境或水中吸收因水泥熟料水化后析出的氢氧化钙而产生膨胀作用，并且形成较多的水化硅酸钙凝胶，使水泥石结构致密，具有较高的强度和抗渗性。D、由于硅灰颗粒小，比水泥颗粒小20-

25、100倍，可以填充到水泥颗粒中间的空隙中，使混凝土密实，同时硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，故硅灰混凝土的抗渗能力很强。聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维。掺加在混凝土中的聚丙烯纤维长度一般为12-30mm，直径几十微米。聚丙烯纤维依靠的是大量高抗拉强度、高长径比、高粘接强度的纤维丝均匀的乱向分布，以阻止塑性收缩裂缝的产生和抑制裂缝的发展。而且大量的聚丙烯纤维起到了承托骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的沉降，使混凝土中直径在50-100nm和大于100nm的孔隙率大大减小，从而有效提高了混凝土的抗渗能力。另外由于纤维的存在，减少了混凝土的收缩裂缝尤其是

26、连通裂缝的产生，混凝土中没有了渗水的通道，抗渗性能无疑也得到了提高。6.2.4、外加剂的影响掺外加剂的混凝土的抗渗性比普通混凝土要高。因为掺入外加剂(减水剂、引气剂、膨胀剂等)可减小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可以改善混凝土的密实性，即提高混凝土的抗渗性能。掺减水剂混凝土的坍落度比不掺减水剂混凝土的都有提高，这是由于高效减水剂的表面活性作用，使电荷定向排列，产生静电排斥作用，使包裹在水泥浆体内的水释放出来，从而改变了浆体的工作性能，是混凝土工作性能提高，使混凝土均匀。研究结果表明，掺高效减水剂的混凝土，由于减水剂的减水、分散作用，而减少了混凝土的孔隙并改变了孔结构，致使混凝土总孔隙率减小，

27、密实度大为提高，混凝土抗渗性能明显改善。一般观点认为引气剂有助于提高混凝土的抗渗性;然而文献20却提出：引气剂有助于混凝土的水密性 ，但无助于抗渗性。在浆体中仅掺入引气剂可以导致较大孔增加，相对较小孔减少，对性能产生不利影响；但如果在掺引气剂的同时再掺矿物掺合料，可以产生孑然不同的效果:双掺掺合料能减少相对较大的有害孔。膨胀剂对混凝土抗渗性能的影响，视混凝土内、外部对膨胀的限制情况而定。孙伟等人在文献21中对钢纤维、合成纤维以及膨胀剂在混凝土硬化过程中对收缩开裂的影响进行了研究，研究结果证实：钢纤维与膨胀剂混合增强混凝土，钢纤维能够对膨胀产生很大的内部限制，使得混凝土更加致密，混合增强的方式能

28、够取得很好的抑制硬化期间收缩裂纹的效果，从而极大地改进抗渗性能。6.2.5、养护条件的影响混凝土养护的时间、温度、湿度等都影响混凝土的水化程度，所以，养护条件也影响混凝土的渗透性。标准养护既有利于混凝土的水化发展，又有利于对比结果的前后一致，更利于真实模拟实际工程混凝土的性能。采用标准养护，水泥水化处于十分优越的条件下，水泥石的毛细孔空间被吸入的水填满，水泥石中小于10un的毛细孔增加，大于10un的大毛细孔减少，总孔隙率下降，其抗渗性能明显提高。在采用加热养护时，其静停时间短，升温速度太快，恒温温度太高，降温速度太快，会增加了大毛细孔和出现由于温湿梯度引起内部的微裂，导致混凝土渗透性加剧。

29、蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土的抗渗性要差。另外，在干燥条件下，混凝土早期失水过多，容易形成收缩裂缝，会降低混凝土的抗渗性。混凝土不同龄期混凝土的抗渗能力不同，在正常养护条件下，混凝土中凝胶材料的水化过程长期不断的进行着，随着混凝土龄期的延长，混凝土的孔隙率不断的下降，孔隙构造得到不断的改善。到56天以后混凝土水化趋于稳定，因而选择56天以上龄期的混凝土。6.2.6、集料最大粒径和级配的影响骨料的形状、最大粒径及级配对骨料与水泥浆体界面上的结构有影响。当骨料中含有较多的片状、条状骨料，或骨料的级配不好时，界面上将存在较多的自由水或孔隙，水分在蒸发后也将形成较多的孔隙。因此，骨料的

30、尺寸越大，骨料的级配越差，混凝土的渗透性越高，混凝土的抗渗性就越差。6.2.7、微裂纹扩展的影响混凝土结构在凝固之后自身就会有很多的微裂纹，而这些微裂纹对它的抗渗性能影响非常大，尤其是由于使用时间的增加、变形以及外在荷载的影响等因素，都会使这些微裂纹扩展，导致裂纹变宽，数量增加。由于裂纹扩张导致的渗透性的增加使得更多的水和有害化学成分渗入混凝土中,引起混凝土性能的进一步劣化、开裂。总的来说，目前混凝土抗渗性的研究主要集中在混凝土的孔隙结构上，究其原因，混凝土的抗渗性较差主要是由于其固有的多孔性导致的，孔径大小及分布均影响混凝土的抗渗性，小孔越多，大孔越少，其抗渗性越好。除此之外，混凝土自身的微

31、裂纹对其抗渗性也有着极其重要的影响，对于微裂纹的研究主要集中在荷载、时间以及服役环境几个方面，这也是混凝土抗渗性能研究的一个发展方向。7、回弹量目前，喷射混凝土在地下及地面建筑工程虽然得到了越来越广泛的应用，但从使用的情况来看，回弹率高仍然是个普遍存在的问题，因此分析研究影响喷射混凝土回弹率的因素，对降低喷射混凝土回弹率和节约材料、降低造价都有着十分重要的意义。7.1、水灰比的影响水灰比不仅影响喷射混凝土的回弹率，而且也直接关系着混凝土的强度及工程质量。在一定范围内（0.350.40时），混凝土的强度随水灰比增大而减小；当水灰比小于0.35时，强度随水灰比减小而减小22。从纯理论的观点来看，水

32、泥水化时所需要的理论水灰比约为0.210.25，但它不能满足施工工艺的需要。实践中，当水灰比小于0.35时，喷射混凝土料流混合不均，料束分散，回弹急剧增加，成型后的混凝土松散、强度低，甚至出现堵管的可能。当水灰比超过0.6时，喷层出现流淌、乃至脱落，则必然影响混凝土质量。长期实践说明，水灰比控制在0.40.5时，混凝土表面平整，塑性好，无干斑或滑移流淌现象，回弹率低。7.2、骨料的影响要想获得较好的回弹效果，喷射混凝土的骨料必须具有良好的级配。骨料的最大粒径一般取管道内径的1/3，在实际施工中，最大骨料粒径主要取决于喷射混凝土分层施工的厚度。最大粒径骨料的含量不宜超过10%，最大粒径骨料含量过

33、大会引起回弹增加，任一级配含量也不应超过30%，人工碎石料中，针片状颗粒的含量应不超过10%23。当骨胶比不变、其他条件恒定时，就砂率对混凝土的强度而论，砂率在35%左右最为适宜。这是因为，砂率增大则骨料比表面积增大，包裹骨料的水泥颗粒就显得不足；砂率增大，粗骨料就减少，因而混凝土的强度也就降低。反之，砂率过小就没有足够的砂子来填充粗骨料的空隙，影响混凝土的密实性，致使强度降低。然而35%左右的砂率，对回弹率来说是不利的，砂率减小，回弹率增大。因此喷射混凝土所用砂率一般为45%55%。实践证明，这个砂率既能基本满足混凝土的强度要求，又能适应降低回弹率的需要。7.3、外加剂的影响速凝剂对于喷射混

34、凝土从流态变为塑态有着决定意义，成为影响喷射混凝土回弹率的重要影响因素。在喷射混凝土施工中，使用速凝剂的主要目的是为了减少回弹、增加一次喷厚以及提高某些建筑物早期强度的需要。不同类型的速凝剂掺量略有不同。速凝剂掺量过少，由于凝结和强度增长不足，自身强度及对岩面附着力不够，下次喷射混凝土时会被冲掉；掺量过大，如掺量在10%以上，由于速凝剂作用，表面急剧凝结形成坚硬表面，后喷混凝土回弹严重。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10min24，保持速凝剂干燥勿受潮

35、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。施工现场速凝剂的掺和经常有一定的随意性，应配备专人和专门工具掺和，不仅可以使速凝剂掺和准确、均匀，而且可以保持掺和的连续，有效的降低了回弹率。7.4、工作风压的影响工作风压是喷射混凝土施工中的重要参数，对回弹率、粉尘浓度有很大的影响。为了降低回弹率、减少粉尘浓度，在施工中就要把工作风压调整到最佳值，最佳值主要表现在喷头的工作风压是否合适。风压过小，动力不够，导致喷射料

36、喷到岩面时射捣物理而发生回弹，喷敷在岩壁上混凝土也是灰浆多、骨料少，强度达不到工程的要求，并且还容易发生堵管；风压过大，喷射速度太快，对岩面的冲击过大，由于反作用的原因，也容易回弹。实践证明，当喷头的工作风压调整在0.060.08MPa时较为适宜，此风压下的喷射速度，能使喷射混凝土有较理想的回弹量及强度。工作风压主要取决于混合料在输料管内输送的均匀性、拌合料干湿程度等。喷头的正常工作风压与管路损失风压之和等于喷浆机的工作风压，所以管路损失风压是确定喷头正常工作风压的关键25。管路损失风压大小主要与管径、管壁光滑度、巷道坡度、混凝土配合比、输料距离、管路联接及铺设质量等因素有关。所以铺设管路一定

37、要平、直、接头严。在管路材质、光滑度、管径及配合比相同的条件下，管路风压损失与输料距离、坡度有关。7.5、喷射距离与角度的影响喷头与受喷面之间的距离，直接影响着回弹率。其最优距离（0.81m），表现为回弹率小、混凝土强度高。在工作风压不变的情况下，当喷射距离过小时，喷射料流所受的空气阻力就小，粗骨料的喷射动能就大，对受喷面的冲击力也就大，因此可以把一部分已喷混凝土击落，这样就加大了回弹量。如果喷射距离过远，料流喷出的扩散面较大，混凝土压实能量降低，混凝土附着力下降，也使回弹量增多，甚至有些骨料未达到受喷面就掉落下来。喷射角度对回弹量有着显著的影响。一般情况下，喷头与受喷面应尽量垂直。当喷射侧墙

38、时，也可以使喷头向下倾斜510度，使混凝土料束总是喷射在较厚的已喷混凝土层的上端，即在呈粘塑性状态的已喷混凝土中，从而避免粗骨料与岩面的直接撞击，使回弹量达到最小。在喷头与受喷面垂直的情况下，喷射料流的粗骨料只是手料流冲击到受喷面上的反作用力而弹回，而当喷头倾斜于受喷面时，粗骨料除了受反作用力而弹回一部分外，还受到侧压力影响而漂走一部分，因此比垂直喷射的回弹量大。7.6、一次喷射混凝土厚度的影响随着一次喷射混凝土厚度的增加，塑性状态的喷层嵌留粗骨料的能力也随之增强，回弹量也减少。根据美国H.W.帕克的试验，新鲜混凝土喷层（侧墙）厚度为0.8厘米时，平均回弹率高达56%；当喷层厚度为6.2厘米时

39、，平均回弹率为21.3%；当厚度为10.7厘米时，平均回弹率下降到18.3%。但是，一次喷射混凝土的厚度过大时，会影响喷层质量和洞室成型，根据施工经验，一次喷射混凝土厚度不能小于30mm，不能大于80mm26，并在实际施工中采用分层多次喷射的方式，可以显著提高喷层质量，降低回弹量。参考文献：1 贺少辉，马万权，曹德胜等.隧道湿喷纤维高性能混凝土单层永久衬砌研究 J .岩石力学与工程学报.2004.23(20) :3509-3517.2 胡元芳.隧道工程钢纤维喷混凝土支护力学原理D.北京:铁道部科学研究院博士学位论文. 2003:72-73.3 关宝树.隧道工程设计要点集M.北京:人民交通出版社

40、.2003: 394-397,419-420.4 王彬译.对采用单层喷混凝土衬砌的隧道施工的几点看法J .世界隧道. 1995.( 2) :85- 86.5 张俊儒,仇文革.隧道单层衬砌研究现状及评述J.地下空间与工程学报,2006,2(4):693-699.6 王志杰.喷射钢纤维混凝土及其在隧道和地下工程中的应用J.公路,2004(1):145-148.7 吴成三.及时掌握单层衬砌技术,降低隧道工程造价J .铁道标准设计. 1996. (12) :1- 3.8 李友强.挪威法(NMT)在汕头液化石油气储库工程中的应用J .世界隧道. 2000. (6) :17- 23.9 王彬译.费尔艾那隧道