喷射混凝土施工技术

在隧道支护、基坑加固、边坡防护等岩土与地下工程中，喷射混凝土凭借 “快速凝结、强黏结性、高适应性” 的核心优势，成为保障结构稳定的关键技术。它通过压缩空气将配比精准的混凝土拌合料高速喷射至受喷面，快速形成与围岩 / 结构紧密结合的支护层，兼具 “主动加固” 与 “即时防护” 双重功能。本文基于工程实践，从作用机理、原材料配比、喷射工艺、机具选型、施工管控五大维度，系统梳理喷射混凝土的技术要点与问题解决方案，为工程现场提供可落地的技术参考。

一、喷射混凝土的作用机理：五大核心功能解析

喷射混凝土并非简单的 “表面覆盖层”，而是通过与围岩 / 结构的协同作用，实现多重支护效果，其核心作用机理可概括为以下五点：

1. 自撑能力：构建 “围岩 - 喷层” 承载体系

喷射混凝土与开挖后的原位岩体紧密黏结，形成一个共同受力的 “复合承载结构”—— 喷层通过自身强度约束岩体侧向变形，同时岩体为喷层提供支撑反力，大幅提升围岩的自稳能力。尤其在软弱围岩（如黏土层、破碎岩层）中，喷层能快速填补岩体裂隙，阻止岩体松散坍塌，为后续支护（如锚杆、锚索）施工争取时间。

2. 黏结作用：类似 “砂浆” 的岩体胶结效果

喷射混凝土在高压作用下，能渗透至岩体表面的节理、裂隙及凹陷处，其作用等同于砌体结构中的 “砂浆”—— 将原本松散的岩块、颗粒胶结为整体，消除岩体内部的 “空隙薄弱区”。试验数据表明，喷射混凝土与新鲜岩面的黏结强度可达 1.5~3.0MPa（普通混凝土黏结强度仅 0.5~1.0MPa），有效增强岩体整体性。

3. 防风化与防渗：岩体的 “防护铠甲”

暴露在空气中的岩体易受水、氧气、温度变化影响而风化（如砂岩崩解、页岩软化），喷射混凝土形成的密闭层能：

封闭岩体裂隙，阻止雨水、地下水渗入（避免裂隙水压力增大导致岩体失稳）；

隔绝空气与岩体的直接接触，减缓化学风化（如碳酸盐岩的溶蚀）；

减少温度变化对岩体的热胀冷缩损伤，延长工程结构使用寿命。

4. 抗剪强度：阻止岩块垮落的 “隐性锚杆”

对于存在局部松散岩块的顶板 / 侧壁，喷射混凝土通过与岩面的强黏结力，提供足够的抗剪切能力 —— 相当于在岩块与母体岩体间设置 “隐性锚杆”，阻止松散岩块因重力或应力释放而垮落。尤其在隧道拱顶，喷层能有效约束 “楔形岩块” 的滑移，避免局部塌方。

5. 支撑作用：等效 “拱形结构” 的承载效果

具有一定厚度（通常 50~150mm）的喷射混凝土层，可视为一个 “密闭的拱形构件”（如隧道喷层），将上部荷载（如围岩压力、覆土重量）通过拱结构的 “轴力传递” 分散至两侧基础，大幅降低局部受力集中。试验表明，弧形喷层的承载能力比平面喷层高 30%~50%，适用于大跨度空间（如地下厂房、隧道）。

二、原材料与配比设计：决定喷射混凝土性能的核心环节

喷射混凝土的质量依赖于 “原材料品质” 与 “配比精准度” 的双重控制，需严格遵循 “强度达标、可喷射性好、经济性优” 的原则，具体要求如下：

（一）原材料质量标准：五大组分的选型要求

喷射混凝土的原材料包括水泥、砂、石子、水、速凝剂，各组分的选型直接影响混凝土的凝结速度、强度、黏结性及施工安全性，具体标准如下表：

（二）配合比设计：兼顾 “强度” 与 “可喷射性”

喷射混凝土的配合比需同时满足两项核心要求：力学性能达标（抗压强度、黏结强度）与施工性能良好（流动性、黏聚性、低回弹），常规设计原则如下：

1. 基础配合比（重量比）

工程中常用的基准配合比为： 水泥：砂: 石子 = 1:2:2 或 1:2.5:2（根据骨料级配微调） ，具体调整逻辑：

若骨料偏粗（石子含量高）： 适当提高砂率至 50%~55%（增强黏聚性，减少回弹）；

若要求早期强度高（如隧道紧急支护）： 水泥用量提高至 400~450kg/m3（常规用量 350~400kg/m3）；

若采用湿喷工艺： 可适当降低砂率至 45%~50%（湿喷料流动性好，无需过高砂率）。

2. 关键参数控制

水灰比： 最佳范围为0.4~0.45—— 水灰比过小（＜0.4），混凝土干涩，回弹率高达 20%~30%，且易堵管；水灰比过大（＞0.45），混凝土易流淌、离析，喷层强度降低（28 天抗压强度可能下降 15%~20%）。

速凝剂掺量： 常规为水泥重量的2.5%~4%—— 掺量过低，凝结时间延长（初凝＞10min），喷层易下坠；掺量过高，后期强度损失增大（每增加 1% 掺量，28 天强度下降 5%~8%），需通过试验确定最佳掺量。

喷层厚度： 常规范围为50~150mm，最大不超过 200mm：

最小厚度： ≥石子最大粒径的 2 倍（如石子粒径 20mm，最小厚度≥40mm），避免石子暴露导致喷层开裂；

最大厚度： ＞200mm 时，喷层自重过大易脱落，且刚度与围岩变形不匹配（喷层易受拉开裂），需分 2~3 次喷射（每次间隔 15~20min，掺速凝剂时）。

三、喷射工艺：干喷 vs 湿喷的技术对比与流程详解

喷射混凝土的工艺分为干喷与湿喷两类，二者在设备、流程、效果上差异显著，目前湿喷工艺因 “低回弹、低粉尘、高质量” 成为主流，但干喷仍在小型临时工程中应用。

（一）两类工艺的核心差异对比

（二）湿喷工艺详细流程（主流应用）

湿喷工艺需严格遵循  “材料准备→搅拌→输送→喷射→养护”  的有序流程，每个环节的操作 规范直接影响最终质量：

1. 材料准备与搅拌

材料计量 ：采用电子计量设备，水泥、砂、石子的计量误差≤±2%，水的计量误差≤±1%；

搅拌要求： 使用强制式搅拌机（禁止自落式搅拌机，搅拌不均），搅拌时间≥90s（干料预拌 30s，加水后再拌 60s），确保湿料色泽一致、无水泥团块；

速凝剂准备： 液体速凝剂需提前搅拌均匀（避免沉淀），采用专用计量泵输送（计量精度≤±1%）。

2. 湿喷机输送与喷头操作

目前工程中常用的湿喷机为双罐式（如 HLF-5 型） 或泵送式（如徐工 SPB7 型），其核心流程为：

供料： 湿料由料斗进入双罐，拨料片旋转将料分配至两个交替工作的罐体；

输料： 压缩空气（压力 3~6MPa）将罐内湿料吹送至输料管，双罐交替输料实现 “连续喷射”；

喷头混合： 在喷头处，湿料与计量后的速凝剂混合（通过喷嘴水环精准加水，确保水灰比 0.4~0.45）；

喷射操作：

喷射顺序：先墙后拱、自下而上（避免拱部混凝土下坠压坏下部喷层）；

喷头 移动 ： 先喷 1~2cm 厚砂浆打底（增强黏结），再以 “螺旋状划圈” 喷射（圈径 100~150mm，一圈压半圈）；

距离与角度： 喷头与受喷面距离0.8~1.0m，喷射方向垂直于受喷面（侧墙可向下倾斜 10°~15°，减少回弹）。

3. 养护：保障强度增长的关键步骤

喷射混凝土终凝后（掺速凝剂时约 10~15min）需立即养护，具体要求：

养护时间： 普通硅酸盐水泥≥7 天，矿渣硅酸盐水泥≥14 天；

养护方式： 采用 “洒水 + 覆盖土工布”（避免水分快速蒸发导致开裂），高温季节每 2 小时洒水 1 次，低温季节（＜5℃）需采取保温措施（如覆盖棉被）；

特殊场景： 淋水环境或相对湿度≥95% 时，可自然养护（无需额外洒水）。

四、施工机具选型：从核心设备到配套机械

喷射混凝土的施工效率与质量，依赖于 “喷射机 + 配套设备” 的合理选型，需根据工程规模、地质条件、工艺类型（干喷 / 湿喷）综合确定。

（一）核心设备：湿式喷射机的类型与应用

湿式喷射机是湿喷工艺的核心，目前国内主流型号及特点如下表：

为实现 “高效、精准” 施工，需配置以下配套设备：

石子筛选机：

功能： 去除超粒径石子（如＞25mm 颗粒），保证骨料级配符合要求；

选型： 优先选用 “振动式筛选机”（筛选效率≥50t/h），配备 2~3 层筛网（孔径 25mm、15mm、5mm）。

混凝土罐车：

功能：运输搅拌好的湿料（避免现场搅拌污染），罐车需带 “旋转搅拌功能”（防止湿料离析）；

容量：根据喷射机产能匹配，常规选用 6~12m3 罐车（小型工程可用 3~5m3 小型罐车）。

喷射台车：

功能：替代人工操作喷头，实现 “全自动定位 + 精准喷射”，减少人工误差；

代表型号：铁建重工 HPS3016 轮胎式喷射台车，臂架可覆盖 360°，支持可编程控制（预设喷射参数），适合大跨度隧道、高边坡等工程。

五、施工管控：关键参数控制与常见问题解决

喷射混凝土施工中，“工艺参数偏差” 与 “现场突发问题”（如回弹、粉尘、涌水）是影响质量的主要因素，需通过严格管控与针对性措施解决。

（一）关键工艺参数控制

1. 风压与水压：确保喷射流畅性

工作风 压 ： 最佳范围110~130kPa—— 风压过大（＞130kPa），混凝土喷射速度过快，回弹率增加 10%~15%；风压过小（＜110kPa），料流速度不足，易堵管；

水压： 需比风压高 0.1MPa（如风压 120kPa，水压 220kPa），确保喷头处水能充分湿润料流（避免干料结块）。

2. 一次喷射厚度与复喷间隔

一次喷射厚度： 需根据受喷面位置（侧墙 / 拱顶）与骨料粒径调整，侧墙一次喷射厚度可达 70~100mm，拱顶宜控制在 50~70mm（避免重力下坠）；且必须≥骨料最大粒径的 2 倍（如 20mm 石子，一次厚度≥40mm），防止石子暴露导致喷层开裂。

复喷间隔时间： 掺速凝剂时（普通硅酸盐水泥，温度 15~20℃），间隔 15~20min（喷层手指按压无明显痕迹即可复喷）；不掺速凝剂时，间隔 2~4h；若间隔超 24h，复喷前需用高压水冲洗喷层表面（去除浮尘、增强黏结）。

3. 水灰比：肉眼与仪器双重把控

肉眼判断： 合格的喷射混凝土表面应呈 “暗弱光泽”，手感黏性好，无干斑、流淌现象；若表面发白（水灰比过小），需增加喷头供水量；若表面流淌（水灰比过大），需减少供水量。

仪器检测： 每工作班至少取 3 组喷射混凝土试块（采用 “喷大板切割法” 制作），检测 28 天抗压强度（需≥设计强度的 1.1 倍），同时验证水灰比是否在 0.4~0.45 范围内。

（二）常见施工问题及针对性解决方案

喷射混凝土施工中，回弹、粉尘、围岩涌水、喷层开裂是四大高频问题，需结合工程实际采取 “预防 + 治理” 双重措施：

1. 回弹率过高（＞15%）：从工艺与材料双管齐下

问题危害： 材料浪费（每超 10% 回弹率，成本增加 8%~10%）、喷层配比改变（回弹物含骨料多、水泥少，导致喷层强度降低）。

解决方案：

工艺调整：将风压控制在 110~130kPa，喷头与受喷面距离保持 0.8~1.0m，喷射方向垂直于受喷面（侧墙可下倾 10°~15°）；

材料优化：选用级配良好的中粗砂（细度模数 2.5~3.2），石子最大粒径≤20mm，适当提高砂率至 50%~55%（增强黏聚性）；

回弹物处理：回弹物硬化后（水泥：砂: 石子≈1:3:6），可破碎后作为普通混凝土骨料用于临时工程（如路基回填），禁止直接掺入喷射混凝土（会降低强度）。

2. 粉尘浓度超标（＞15mg/m3）：优先采用湿喷，辅以降尘措施

问题危害： 工人长期吸入粉尘易患尘肺病，粉尘附着在设备表面易导致故障，同时影响喷射质量（粉尘会削弱喷层与岩面的黏结）。

解决方案：

工艺升级：淘汰干喷工艺，采用湿喷（粉尘浓度可降至 10mg/m3 以下）；

源头控制：将砂、石子含水率控制在 5%~7%（干料含水率过低易起尘），搅拌站加装密封罩与除尘设备（如布袋除尘器）；

现场降尘：作业面设置喷雾降尘系统（每 5m 设 1 个喷雾头），加强通风（采用轴流风机将粉尘排出作业区），喷头处加长拢料管（0.5~1m，延长干料与水的混合时间）。

3. 围岩涌水：遵循 “先排后喷、排堵结合” 原则

问题危害： 涌水会稀释混凝土中的水泥浆，降低喷层与岩面的黏结强度（黏结力可下降 50% 以上），严重时导致喷层脱落、离层。

解决方案：

少量渗水（滴水）：用高压风清扫岩面（吹走表面积水），边吹边喷（喷层厚度可适当增加 20%~30%）；

小裂隙水：用快凝水泥砂浆（掺速凝剂）封堵裂隙，再喷射混凝土；

集中涌水（有压力）：在涌水点凿 10cm 深的喇叭口，埋入 Φ20~30mm 导水管（外包滤网，防止泥沙堵塞），导水后再喷混凝土；待喷层强度达 70% 设计强度后，向导水管内注入水泥浆封堵（水压大时可保留导水管，接入水沟排水）；

大量承压涌水：先采用注浆堵水（如水泥 - 水玻璃双液浆），填充岩体裂隙、切断涌水通道，待涌水量降至＜0.1L/min 后再喷射混凝土。

4. 喷层收缩裂缝：从材料、工艺、养护三方面预防

问题原因： 喷射混凝土水泥用量高（350~450kg/m3）、含砂率高、喷层薄（大面积薄层易收缩），速凝剂加速凝结后，硬化期收缩量增大。

解决方案：

材料控制：选用 P?O 42.5 级及以上优质水泥，水泥用量≤450kg/m3（避免过多收缩），禁用细砂（细度模数＜2.3）；

工艺优化：喷层厚度控制在 50~150mm（避免过薄），分 2~3 次喷射（每次间隔 15~20min，减少单次收缩）；

养护强化：终凝后立即洒水养护（普通水泥≥7 天，矿渣水泥≥14 天），高温季节覆盖土工布保水，低温季节（＜5℃）采取保温措施（如覆盖棉被 + 电热毯）；

增强抗裂：对裂隙发育岩体或大跨度空间，喷射前挂 Φ6~8mm 钢筋网（网格 200×200mm），钢筋网与岩面间距 30~50mm，喷层包裹钢筋网（增强整体性，分散收缩应力）。

（三）施工布置与组织：提升效率，减少干扰

1. 搅拌站与喷射机布置

搅拌站布置：

地面布置： 适合大型工程（如隧道），采用强制式搅拌机（产能≥15m3/h），减少井下粉尘，需确保运输距离≤1km（避免湿料离析）；

井下 / 现场布置： 适合小型工程，采用小型搅拌机（产能 5~10m3/h），随用随拌（保证湿料新鲜），需配备除尘设备（如移动式除尘器）。

喷射机布置：

近距布置（距作业面＜50m）： 便于喷射手与司机沟通，及时处理堵管，适合大断面巷道（如双轨隧道），需预留设备移动空间（宽度≥3m）；

远距布置（距作业面＞50m）： 通过延接输料管（每 50m 设 1 个支撑点，避免管路下垂）实现喷射，减少作业面设备拥挤，适合小断面隧道，需加强管路检查（每 2 小时检查 1 次，防止磨损漏料）。

2. 作业方式与劳动组织

作业方式：

掘喷平行作业： 适合大工程（如高铁隧道），掘进与喷射分两条路线（互不干扰），或在 掘进间隙喷射（如夜班掘进、白班喷射），可提高工期效率 30%~50%；

掘喷单行作业： 适合小型工程， 按 “一掘一喷”（浅基坑）或 “二掘一喷”（深基坑）组织 ，需控制掘进与喷射间隔≤24h（避免岩体长时间暴露）。

劳动组织：

采用 “专业喷射队”（5~8 人 / 班）：包括司机 1 人（操作喷射机）、喷射手 2 人（控制喷头）、辅助工 2~3 人（上料、清理）、安全员 1 人（监测风压、粉尘）；

培训要求：喷射手需经实操培训（掌握水灰比调整、喷头操作），司机需熟悉设备维护（如堵管处理、速凝剂计量校准）。

喷射混凝土作为岩土工程的 “即时支护屏障”，其质量控制需贯穿 “原材料 - 配比 - 工艺 - 机具 - 管控” 全流程，核心原则可总结为：

原材料是基础： 严格把控水泥、砂、石子、速凝剂的选型，禁止使用不合格材料（如受潮水泥、细砂）；

配比是关键： 以 “强度达标、可喷射性好” 为目标，精准控制水灰比（0.4~0.45）、砂率（50%~55%）、速凝剂掺量（2.5%~4%）；

工艺是保障： 优先采用湿喷工艺，规范喷头操作（距离 0.8~1.0m、垂直喷射），强化养护（终凝后及时洒水）；

问题早解决： 针对回弹、粉尘、涌水、开裂等问题，提前预防（如优化配比）、及时治理（如导水堵水），避免小问题扩大；

组织要高效： 合理布置搅拌站与喷射机，采用平行作业（如掘喷同步），配备专业团队，确保施工安全与质量双达标。

只有将技术规范与现场实际结合，才能充分发挥喷射混凝土的 “强黏结、快支护” 优势，为工程结构稳定提供可靠保障。