地铁隧道单层衬砌施工工法2014.9.1

地铁隧道单层锚喷永久衬砌施工工法

中铁四局集团有限公司第七工程分公司

一、前言

单层锚喷衬砌是引进欧洲瑞典、挪威等国家，在国外，以挪威隧道施工法为代表，普遍采用锚杆+喷射钢纤维或聚丙烯纤维混凝土代替复合衬砌作为永久支护。纤维喷射混凝土能与围岩完全密贴、组成共同承载体系；钢纤维和聚丙烯纤维能有效防止喷射混凝土开裂，轮廓圆顺，避免局部应力集中，确保支护系统和围岩的稳定性问题，同时单层衬砌是用喷射混凝土修筑的，不需要模板、拱架及二次衬砌等，降低造价和缩短工期。因为喷射混凝土是要作为永久性衬砌，因此要求混凝土的强度及耐久性指标要比一般喷射混凝土要求高，且外观要美观，在施工操作上对工人技术要求严格。

两年来，中铁四局在青岛地铁一期工程（3号线）土建01标人民会堂站～汇泉广场站区间隧道喷射混凝土施工中采用湿喷工艺，通过不断的研究试验、科技攻关及总结提高，初步形成了一套地铁区间Ⅱ级围岩段单层锚喷衬砌施工技术方案，同时青岛地铁集团根据在我单位的施工试验，作为唯一施工单位配合地铁集团编制完成了青岛地铁集团的企业标准《地铁隧道单层衬砌施工技术指南与验收标准》（Q/QD-JS-TJ-1001-2014），在实践中取得了较好的社会经济效果，经总结，形成本工法。

二、工法特点

（1）单层衬砌是在地铁隧道开挖后根据围岩稳定性设置锚杆、钢筋网、钢架等必要的支护构件，无需模板和拱架，采用湿喷混凝土可以作为永久性衬砌。

（2）喷射混凝土作永久性衬砌代替复合式衬砌，可以解决隧道衬砌与围岩的密贴性，防止出现空洞和开裂，同时采用高性能湿喷混凝土，与围岩的粘结性更好。

（3）单层锚喷永久衬砌混凝土的强度和耐久性指标相对一般喷射混凝土要高，添加纤维后混凝土抗裂性提高，在配合比中使用硅粉、矿粉等外掺料，使得喷射混凝土自身具有较高的抗渗性能。

（4）研发的可降解网络化排水系统，实现了地下水的限量排放，能够满足地铁区间二级防水标准。

（5）湿喷混凝土采用无碱速凝剂施工，能够有效改善作业环境，更加有利于作业人员的劳动保护。

（6）喷射混凝土较复合衬砌更为经济，且施工工效较高。

三、适用范围

本工法适用于Ⅰ～Ⅱ级较完整自稳性较好的围岩，且围岩裂隙渗水较少的隧道衬砌工程。

四、工艺原理

（1）单层衬砌是由单层或多层混凝土构成的支护体系，各层支护是一体的，各层间能充分传递剪力。单层衬砌各支护层间不设置防水板，结构通过各混凝土层间的径向和纵向上

的抗滑移性，其结构类似于叠合梁，因而结构受力更合理。

（2）单层衬砌采用防、排、堵、截相结合，因地制宜，综合治理的防排水原则。 （3）单层衬砌作为隧道的永久支护结构，其材料性能、耐久性指标应满足耐久性设计要求。

（4）单层衬砌的喷射混凝土本身具体一定的抗渗性能，所采用的排水系统能够发挥有效作用。

五、施工工艺流程及操作要点 （一）施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

施工准备 处理受喷面 安设厚度标识 布设环向、纵向连通排水系统，在零星渗水点处布设随机排水管路 搅拌混凝土并运输到场 洒水养护 首层喷射施工 渗漏水治理 首层喷射施工结束28天后，检查漏水渗水点，则采取凿槽布排水通道就近就低引排至排水系统 洒水养护 面层喷射施工 渗漏水治理 结 束 图1 湿喷混凝土施工工艺流程图

湿喷机具就位、机电检查 分层、纵向错开排水管路 避开结构层湿渍部位 （二）操作要点

1、施工准备

喷射混凝土业前应用高压风水冲洗受喷面；对遇水易潮解、泥化的岩层，则应用压风清扫岩面。喷射作业应连续进行，并做好以下各项准备工作：

（1）爆破清渣后，测量对隧道净空断面进行测量，针对欠挖的地段进行处理；对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，

并用高压水或风冲洗岩面，以保证喷射混凝土与受喷岩面粘结牢固，保证喷射混凝土和地层良好的共同受力。

（2）应对围岩表面外露的钢筋、锚杆、电线支架等突出物进行割除，设置锚杆地段，锚杆端头露出围岩不得超过5cm。

（3）节理发育地段存在股状涌水、裂隙线状淋水以及面状淋水情况时，应采用裂隙注浆封堵或引排措施进行处理，达到无涌水和淋水条件。喷射前认真检查受喷岩面，在存在明显渗漏水部位需进行注浆处理。注浆采用P.O 32.5级以上1：1水泥浆液进行，如效果不理想，也可采用经过试配的水泥-水玻璃浆液进行处理。注浆深度一般为3米左右。注浆后基面可有少量滴水，但不得存在水流现象。

（4）对于围岩裂隙发育局部较破碎处，采用局部打设锚杆、挂钢筋网等方式进行局部加强处理，防止后期掉块现象的发生。

（5）检查机具设备和风、水、电等管线路，保证正常运转： ①选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求； ②输料管应能承受0.8MPa 以上的压力，并应有良好的耐磨性能； ③保证作业区内具有良好通风和照明条件； ④检查速凝剂的泵送及计量装置性能； 2、 防排水系统施工 (1) 排水通道预制

三股工业草绳按品字型布置，用固定架形成等边三角形断面；每隔1～2m将其穿入支撑套内，然后用土工布沿全长包裹（两层），包裹后在支撑套两侧用塑料扎带捆扎，在支撑套之间每隔50cm左右捆扎一次（捆扎时注意松紧并保持三角形断面）。如图2所示：

图2 工业草绳草绳通道结构截面图

排水通道制作完成后应进行检查，对草绳品字型布设、捆扎间距、完整程度通过观察法进行检查。不符合要求的排水通道应重新制作。 (2) 排水系统结构 ①排水系统网络化结构

由环向主通道、纵向连接通道、随机连接通道组成排水网络化结构。环向主通道、纵向连接通道和随机连接通道全部采用上述预制的排水通道。环向通道与纵向通道采用三通连接

方式，环向通道两侧至少各设置两条纵向通道，两侧纵向通道交错设置，环向通道与双层打孔波纹管连接直通排水沟，随机连接通道用三通就近就低与纵向或环向通道连接。具体结构详见图3。

图3排水系统结构示意图

②环向通道与双侧排水沟连通方式 方案一：先施工喷层，后施工底板混凝土

在距喷层墙脚底部10cm位置，预埋双层打孔波纹管，波纹管一端与排水沟连通（预留合适长度至排水沟），一端与环向管路连通（将环向管路放入波纹管内5cm，连接处用土工布包裹）。

方案二：先施工底板，后施工喷层

在施工底板时预埋双层打孔波纹管，波纹管在底板混凝土与喷层连接处出头长度大于10cm。波纹管埋置于混凝土底板与围岩面之间，波纹管出口位置在水沟外侧高度中部。

边墙底部环向通道布置和纵、环向通道三通连接方式见图4：

图4排水通道节点连接方式示意图

③通道布设间距

环向通道间距以2m为基准，但根据围岩渗水或节理裂隙发育情况可调整。若有环向节理裂隙，可沿裂隙走向布设。纵向通道常规情况在拱顶、拱腰、拱脚处布设，若遇纵向节理裂隙，可沿裂隙布设，若遇渗水，沿渗水面布设。

围岩滴水、淋水严重时，应按2m或更密间距布设环向管路及纵向管路；岩面无明显滴水或淋水时，可按3m或更稀间距布设环向管路。

④特殊条件布设 1）股状涌水

遇无法注浆封堵之股状涌水，用PVC管直接沿岩面引入排水沟。 2） 裂隙线状渗水

沿裂隙布设排水通道，可以是环向、纵向或随机排水通道。 3） 裂隙线状淋水

沿裂隙凿槽，槽宽5cm，槽深4cm，将排水通道埋置于槽内，同时沿槽表面再铺设宽12cm土工布。若水量大时，可将通道材料改为打孔波纹管，并将其直接引入排水沟。

4）面状淋水

根据淋水面积，采用十字或网状凿槽方式。若面积较大，在一次喷层后铺设钢筋网，再喷射第二层混凝土，钢筋网主筋与锚杆连接。

⑤排水通道施工要求

环向排水通道、纵向排水通道和随机排水通道施工主要有钻定位孔、安装锚固钉、铺设通道、锚固通道、各管路相连接等环节。环向排水通道、纵向排水通道和随机排水通道的连接部位应采用半圆三通连为一体，形成完整的排水系统，确保其排水通畅。

1）环向通道布设施工

根据对围岩面地质条件的观察，确定每环四个（可增加）三通安设位置，其中拱顶必设一个（确定位置时可充分利用岩缝）。用水泥钉（有岩缝可以利用）或锚钉（无岩缝利用，打孔锚固）或利用锚杆头以及管卡固定三通。然后将制作好的排水通道放入三通内。

环向通道布设时应尽量圆顺，尤其在拱顶部位不得起伏不平，应尽可能走向基面的低凹处和有出水点的地方。

2） 纵向通道布设施工

根据实际需要长度下料，两端放入三通内，中间用1～2个定位点固定在岩面上，有岩缝用水泥钉固定，无岩缝用土工布块和粘结剂（锚固剂）将其与岩面粘结。

3） 随机通道布设施工

在环向通道和纵向通道的之间的裂隙渗漏水处布设随机通道，根据围岩渗漏水出现的具体位置进行布设。随机通道布设施工时，应尽可能的将随机通道紧贴在渗漏水出口或沿着渗漏水随围岩裂隙的走向布设。

可直接在围岩上凿槽，先将渗漏水引入槽沟处，再布设随机通道。其接触的渗漏水能够直接引入底板双侧水沟。

随机通道宜优先直接布设到底板双侧排水沟处，其连接方式和环向通道与双侧排水沟

连通方式一致。如不能，则应与环向和纵向通道连接。

随机通道布设施工完毕后，应能够对其背后的渗漏水进行约束和引排。 (5) 水沟排水

采用底板双侧水沟排水。隧道内侧沟的布置、结构形式、沟底高程、纵向坡度、断面尺寸以及侧沟外墙距线路中心线的距离均应符合设计要求。

排水孔（环向通道排水孔）位置、间距和尺寸应符合设计要求。

在双侧水沟、底板施工完成后，应对每个排水孔和水沟连接的部位做出标识，以便于后期维护。

3、混凝土搅拌与运输

（1）混凝土搅拌时投料顺序和方法应正确，须搅拌充分，保证纤维分散均匀，一次搅拌量不大于额定搅拌量的80%。投料时按石、砂、胶材、纤维的顺序分别投入，高效减水剂与拌和水一起加入拌和料中进行搅拌，搅拌时间应大于180s。

（2）为保证纤维能够在混凝土中混合均匀，宜先将粗、细骨料、纤维及30%的水一起投入先搅拌30秒后，再将胶凝材料及剩余70%的水（含外加剂）搅拌150秒。

（3）拌合物装入罐车时应检测其拌合物的坍落度，与设计值的偏差不得超过2cm。每工作班检查次数不得少于两次。如偏差值超过2cm，宜取样测定其水胶比，查明原因，合格的混凝土拌合物方可进行施工。同时也可从测定结果中反映出每批混凝土材料的计量情况，进一步调整配比。拌合物要求初始坍落度（拌合站出机坍落度）宜为160～200mm，湿喷机工作坍落度≥150mm。

（4）混凝土拌制过程中，应对混凝土拌和物的坍落度进行测定，测定值应在理论配合比坍落度控制范围内。

（5）检验数量：每拌制50 m3或每工作班测试不应少于一次。 （6）检验方法：进行坍落度测试。

（7）新拌混凝土装模成型预估混凝土强度管理：新拌混凝土装模成型2组（每组不少于3个），通过检测其3d、7d强度，与试验室强度对比来预估施工混凝土强度。每拌制50～100m3混凝土取样1次。

（8）施工时如拌合物流动性不能满足施工要求，可向罐车内增掺0.1%～0.2%的减水剂，快速旋转罐体搅拌90s恢复其工作度后再施工，严禁加水增加其流动性。

（9）温度控制：环境温度低于5℃时应采用冬季施工措施，喷射施工时混凝土拌合物温度不低于10℃，速凝剂温度不低于20℃。

（10）运输设备应采用带自动搅拌功能的运输罐车。 4、 首层喷射混凝土施工

单层衬砌喷射混凝土采用湿喷工艺，机械化喷射和人工喷射相结合的施工方案。 （1）湿喷机司机作业

①作业开始时先启动设备，再给料，结束时待料喷完后再关设备； ②向喷射机供料连续均匀，机器正常运转时料斗内保持足够的存料；

③喷射作业完毕或因故中断喷射时，必须将喷射机和输料管内的积料清除干净； （2）湿喷作业施工

1）喷射操作程序应为：打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土。

2）单层衬砌结构喷层应采用首层、面层分层施作，两层施作时间间隔28d以上。首层喷射顺序应自下而上，先边墙后拱部；面层施作应自上而下，先拱部后边墙。

3）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。喷锚施工顺序见图5。

图5 喷射混凝土施工顺序

①喷射混凝土分段施工时，两层施工缝纵向应错开，且应避免围岩渗水集中部位。 ②分片喷射要自下而上进行，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。

③若超挖较大喷射厚度较厚采用分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。边墙一次喷射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持喷层厚度均匀。顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间宜为2～4h。

4）施工缝是单层衬砌结构防排水的薄弱环节，首层施工缝须避开环向排水管路，面层施工缝应避开湿结构层湿渍部位。

5）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。喷射作业时应保证供料连续均匀且机器正常运转时料斗内应保持足够的存料，喷射料流连续均匀；首层喷射工作风压应不小于0.3MPa，面层喷射工作风压不宜大于0.5MPa；局部有钢筋网铺设时，应减小喷头与受喷面的距离，并调节喷射角度，以保证钢筋与壁面之间混凝土的密实性；喷射时如有脱落的混凝土被钢筋网架住，应及时清除。

6）喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可能接近90°，以使获得最大压实和最小回弹。首层喷射距离宜保持在0.8～2m，面层喷射距离宜不小于2m；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；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果喷嘴与受喷面的角度大小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。

（3）喷射混凝土终凝2小时后，应进行养护，养护时间不小于14d。

（4）喷射作业紧跟开挖作业面时，混凝土终凝到下一循环放炮时间，不小于3小时； (5) 当受喷面有水时，先清除岩层表面的水，混凝土中可根据试验结果增添外加剂，保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

（6）喷射混凝土的回弹率，边墙不应大于10%，拱部不应大于20%。

（7）喷射混凝土表面密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、空鼓、渗漏水等现象。 （8）保证喷射混凝土密实防渗的技术措施

严格控制混凝土施工配合比，配合比经试验确定，混凝土各项指标都必须满足设计及规范要求，混凝土拌合用料称量精度必须符合规范要求。

严格控制原材料的质量，原材料的各项指标都必须满足要求。 保证喷料均匀、连续,同时加强对设备的保养，保证其工作性能。

喷射作业由有经验、技术熟练的喷射手操作，保证喷射混凝土各层之间衔接紧密。 渗漏水地段的处理：当围岩渗水无成线涌水时，在喷射混凝土前用高压风吹扫，开始喷射混凝土时，喷射混凝土由远而近，临时加大速凝剂掺量，缩短初凝、终凝时间，逐渐合拢喷射混凝土，有成线涌水时，斜向窜打深孔将涌水集中，再设软式橡胶管将水引排，再喷射混凝土，最后从橡胶管中注浆加以封闭。止住后采用正常配合比喷射混凝土封闭。

5、 面层混凝土喷射施工

为满足喷射混凝土结构自防水要求，单层衬砌结构应采用分层施作，两层施作时间间隔28d以上。因此首层混凝土喷射28d后，再进行面层混凝土的喷射。操作之前，首先要观测首层混凝土是否出现明显裂缝、裂纹和渗漏水情况，若因裂纹或施工缝形成渗漏水，则采取凿槽（深度不小于5cm）布排水通道就近就低引排至排水系统；或采取化学注浆封堵，首层防水处理后再进行面层混凝土的喷射施作，操作步骤同首层混凝土喷射。这里处理不同的是，首层施工缝应避开排水管路；面层施工缝应避开结构层湿渍部位。

6、 喷层养护

（1）喷射完工后应及时进行高压水洒水养护，养护时间不少于14d，气温低于5℃时，不得喷水养护。

（2）喷射混凝土由专人喷水养护，以减少因水化热引起的开裂，发现裂纹用红油漆作标记，进行观察和监测，确定其是否继续发展，若在继续发展，找出原因并作处理，对可能掉下的喷射砼凿除后重新喷射。

7、喷层漏水处理

对于喷射混凝土表面存在局部渗水的情况采取化学注浆堵漏，分别在首层施工完成后及第二层复喷完成后进行。结构层施作28d后应观测是否出现明显裂缝、裂纹和渗漏水情况，若采取化学注浆封堵后仍存在渗漏水，则采取凿槽（深度不小于5cm）布排水通道就近就低引排至排水系统。

化学注浆堵漏采用沿缝钻孔、预埋止水针头注浆的工艺进行施工，具体施工步骤如下：清理、裂缝检查→布孔、钻孔→止水针头预埋→试压→压注环氧树脂胶黏剂→待凝→恢复原貌。

①布孔、钻孔：根据漏水点出水部位，采用电钻沿出水点裂缝两侧5CM左右，按30-45角度钻入直径13MM斜孔。孔距依据裂缝大小在15-30CM之间。孔深应与裂缝相交。

止水针头预埋：钻头完毕后，在钻好的孔内埋入灌注止水针头，锁紧止水针头，接入注浆管注浆泵，然后使用快干水泥进行封闭处理。

试压：利用电动注浆泵上的空口压力表，通过试压了解裂缝的注浆量和注浆所需的压力。

压注环氧树脂胶黏剂：注浆立面灌注顺序应由下向上，平面可从一端开始，应从左向右或从右向左顺序进行，单孔逐一连续进行。当相邻孔开始出浆后，保持压力3~5分钟，力求浆液充满整个裂缝。

待凝：注浆结束后，注浆材料待凝，拆除灌注止水针头，用快干水泥封孔，抹平。 恢复原貌：清理干净已固化的溢漏出的浆液。 ②注浆参数

主要注浆参数见表1。

表1 主要注浆参数一览表

材料名称 1 2 环氧树脂 100 100 丙酮 10-40 10 邻苯二甲 酸二丁脂 10 10 乙二胺 8-12 12-16 水泥 5 300 备注 浆液 胶泥 首层防水处理后进行面层施作。面层施工前必须对首层表面进行清洗作业，首层基面的渗漏水和湿渍应处理完毕，要求达到无渗漏水、单个湿渍面积不超过0.3m3。面层渗水处理完成后，如仍存在因喷射混凝土收缩裂纹或施工缝引发的渗水，采取凿槽、埋管引排等措施进行处理，然后表面进行补喷。

（三）劳动力组织

单层锚喷衬砌劳动力组织按照机械及人工配合施工进行配置，并按工期要求合理配置，主要施工人员详见表2。

表2 劳动力配置表

工种名称 管理人员 专职安全员 机械操作手 湿喷机操作手 普工 电工 砼搅拌运输车司机 机修工 人数 8人 1人 4人 4人 10人 2人 6人 1人 工作内容 负责喷射混凝土施工管理、技术服务 负责现场安全 机械手操作 喷射混凝土作业 配合喷射混凝土施工 施工现场用电 混凝土运输 负责机械维修 备注

防水工 其它 10人 6个 排水管道预制及排水系统施工 注浆堵漏等其它工作

六、材料与设备 （一）材料要求

1、 喷射混凝土原材料 ⑴水泥

除满足GB175技术要求外，应选用比表面积大于350m2/kg且与液体速凝剂相容性较好的42.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥储存不宜超过三个月，对出厂超过三个月的水泥，应重新进行物理性能检验，并按复验的结果使用，严禁使用有结块的水泥。

⑵细集料

除符合GB/T14684要求外，宜选用级配合理，细度模数为2.7～3.2的坚硬耐久的中粗砂，砂的表观密度≥2650 kg/m3，堆积密度应≥1450kg/m3，含泥量≤3%、吸水率≤1%。选用机制砂时，石粉含量不宜超过5%。不得使用海砂。

细集料的颗粒级配（累计筛余百分数）应符合表3的规定。

表3 细集料的累计筛余百分数（%）

级配区 公称粒径（mm） 5.00 2.50 1.25 0.63 0.315 0.160 10～0 35～5 65～35 85～71 95～80 100～90 10～0 25～0 50～10 70～41 92～70 100～90 10～0 15～0 25～0 40～16 85～55 100～90 Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 注：除5.00 mm和0.63 mm筛档外，细集料的实际颗粒级配与上表所列的累计筛余百分率相比允许稍

有超出分界线，但超出总量不应大于5%。

⑶粗集料

满足GB14685要求级配良好的机制石，公称粒径宜为5～12mm，应采用水淘洗工艺和筛分工艺，含泥量≤1%、泥块含量≤0.25%，石粉含量≤5%，超径石含量≤5%，表观密度≥2.65g/cm3，吸水率≤1%，针片状含量≤15%，压碎值指标≤10%（变质岩≤12%，火成岩≤13%）。若采用机械化施工时，碎石公称粒径可以放宽至5～16mm。

粗集料的颗粒级配应符合表4的规定。

表４ 粗集料的颗粒级配

级配情况 连续级配 公称 粒径（mm） 5～10 5～16 2.36 95～100 95～100 4.75 80～100 85～100 累积筛余，按质量（%） 筛孔边长尺寸（mm） 9.5 0～15 30～60 16.0 0 0～10 19.0 － 0 26.5 － － 31.5 － － 37.5 － － 注：1 粗集料的最大公称粒径不应超过湿喷机械的振动筛网的筛孔尺寸。

⑷ 拌合用水

拌合用水符合JGJ63要求，不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量按SO2-计算不大于0.22%的水。

养护用水除不溶物、可溶物可不作要求外，养护用水不得采用海水。 ⑸减水剂

除符合GB8076、GB8077要求外，宜选用减水率25%以上、碱含量（Na2O+0.658K2O）小于10%、Na2SO4含量≤10%，氯离子含量小于0.2%的聚羧酸盐类高效减水剂。

⑹液体速凝剂

应采用无碱速凝剂。要求粘度小于500mPa.S，且无分层、沉淀较少；要求掺量小于8%能满足初凝≤5min，终凝≤12min；混凝土1d强度大于5MPa，28d强度保持率在90%以上；碱含量≤1%；与胶结材和减水剂相容性较好的产品,其检测方法见附录D。

⑺硅灰

其SiO2含量不低于92%，比表面积不低于18000cm2/g，其他性能应符合现行国家标准GB/T18736的有关规定。

⑻粉煤灰

粉煤灰的等级不应低于Ⅱ级，烧失量不应大于5%，其他性能应符合现行国家标准GB/T1596的有关规定。

⑼纤维

纤维素纤维要求分散性好，长度宜为5mm。 2、排水系统材料

⑴工业草绳：具有可降解性的工业用稻草绳，直径φ20mm；

⑵土工布：具有柔性良好，透水性好的高分子纤维材质无纺布，厚度宜为1.9~2.2mm; ⑶双层打孔波纹管：材质HDPE、直径φ75mm； ⑷连接三通：塑料、φ60mm～80mm半剖；

⑸固定架：塑料材质、边长35mm等边三角形、宽度3mm； ⑹支撑套：塑料管、直径φ40mm、长度15mm； ⑺塑料扎带：长度130mm以上； 3、混凝土配合比

本工程单层衬砌C30喷射混凝土配合比通过试验段施工总结而来，施工中不断优化调整，最终通过现场验证确定了混凝土配合比，配合比详见表5。

表5 C30单层衬砌喷射混凝土配合比

委托单位 工程名称 使用部位 水泥 粗骨料 细骨料 坍落度 青岛市地下铁道公司 青岛地铁 隧道单层衬砌 山水水泥P.O42.5R 合格 崂山5～10㎜碎石 合格 大沽河河砂Mx=2.9 合格 18㎝±2㎝ 制件时间 外掺料情况 容重平均值 设计等级 养护条件 制件单位 拌和及成型 2013.07.12 越方硅粉、青岛矿粉 2350kg/m³ C30 标准养护 中铁西南院中铁岩锋实验室 机械拌和、喷射成型

配合比 kg/m³ 水泥 297 硅粉 36 矿粉 117 水 202.5 砂 923 石 725 纤维素纤维 0.9 减水剂 5.4 速凝剂 27.6 （水泥+硅粉+矿粉）：水：砂：石：纤维：减水剂：速凝剂 （0.70+0.08+0.26）：0.45：2.05：1.61：0.002：0.012：0.060 抗压强度 龄期(d) 强度代表值(Mpa) 龄期(d) 代表值(C) 抗渗等级 R1 9.6 R3 21.8 R7 34.7 56d 652 P12 ≥KS60 R28 43.6 电通量 抗水渗透性 抗硫酸盐结晶破坏等级

（二）设备

本区间单层衬砌施工按照机械手进行首层喷射施工，人工进行面层施工进行配置，主要机具配置见表6。

表6 主要施工机械设备配置表

机械设备名称 多功能作业台架 湿喷机 混凝土喷射机组 砼搅拌运输车 搅拌机 空压机 注浆机 高压堵漏灌浆机 高压清洗机 数量 3台 2台 1台 3台 1台 2台 2台 2台 2台 规格弄号 自制 YT600A TKJ-15 3m³ JS500 LG110 BW150 HJ-2099 JM-380 备注 喷射施工、铺挂排水系统及渗水人工喷射 机械喷射 配套20 m³储气罐两个 围岩注浆 喷层注浆 洒水养护

七、质量控制 （一）质量标准

《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55－2000)； 《混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005－2010)；

《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080－2002)； 《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081－2002)；

《地铁隧道单层衬砌施工技术指南与验收标准》（青岛地铁集团的企业标准）

（二）质量控制措施

（1）排水管路应与原始渗流场密贴，在喷层和围岩之间建立排水网路系统，能对裂隙渗漏水进行一定的引排，形成排水通路，对喷层不产生水压力，才能发挥喷层结构的自防水功能。

（2）围岩上存在外露钢筋头、锚杆等突出物时，如不对其进行处理，由于喷射的角度

不能完全覆盖这些突出物，在喷层施工完毕后，改变了原有的渗流场，裂隙水就会沿这外露突出物流入，产生锈蚀膨胀，对结构造成破坏，产生渗漏水、开裂等病害。

（3）单层衬砌结构喷层应采用首层、面层分层施作，两层施作时间间隔28d以上。喷射混凝土在喷射成型后，由于混凝土干缩和施工原因，不可避免的会出现收缩裂纹和施工缝，这些缝隙容易出现湿渍或渗漏水。此外，在这段时间间隔之内，有充足的时间对渗漏水严重的区域进行凿槽引排修补。

（4）拌合物装入罐车时应检测其拌合物的坍落度，与设计值的偏差不得超过2cm。拌合物要求初始坍落度（拌合站出机坍落度）宜为160～200mm，湿喷机工作坍落度≥150mm。施工时如拌合物流动性不能满足施工要求，可向罐车内增掺0.1%～0.2%的减水剂，快速旋转罐体搅拌90s恢复其工作度后再施工，严禁加水增加其流动性。

（5）喷射混凝土拌合物的停放时间不得大于30min。

（6）喷射混凝土严禁选用具有潜在碱活性骨料。喷混凝土厚度应预埋厚度控制标志，严格控制喷射砼的厚度。

（7）喷射完成后应检查喷射混凝土与岩面粘结情况，可用锤敲击检查。同时测量其平整度和断面，并将此断面与开挖断面对比，确认喷射砼厚度是否满足设计和规范要求。当有空鼓、脱壳时，应及时凿除，冲洗干净进行重喷，或采用压浆法充填。

（8）夏季高温期间，混凝土施工配合比要作适当调整，控制缓凝减水剂用量，延长终凝时间。集料及其它组份材料采用围盖和冷却，不得爆晒。喷射支护完成后，应及时对混凝土喷洒浇水湿润。

冬季施工时，拌合物与速凝剂要保持一定的温度才能正常的进行凝结化学反应。喷射施工时混凝土拌合物温度不低于10℃，速凝剂温度不低于20℃。在温度条件不具备时进行喷射作业，速凝剂用量非常大并且凝结效果很差，回弹量超标，喷射混凝土质量难以保证，所以要严格按照冬季施工要求进行喷射作业，保证拌合物和相关材料的温度。

（9）喷射混凝土的强度必须符合设计要求。用于检查喷射混凝土强度的试件，应采用大板切割法制取；当不具备切割条件时也可采用边长150mm的立方体无底试模，在其内喷射混凝土制作试件，试件成型的喷射方向应与边墙相同,喷射混凝土标准养护试件的试验龄期为28d。当对强度有怀疑时，可在混凝土喷射地点采用钻芯取样法随机抽取制作试件做抗压试验。

八、安全措施

（1）施工现场必须设置安全警示牌。

（2）施工场地内的安全设施和标志牌要齐全，有效，不得擅自拆除或移动。 （3）任何施工人员进入施工现场必须佩戴安全帽。 （4）进入施工现场要严格遵守安全生产规章制度。 （5）任何人不得酒后作业。

（6）场内运输道路确保通畅，同时加强作业区通风、照明、采取防尘措施降低粉尘浓度。

（7）施工中应经常检查输料管、接头的磨损情况，当有磨损、击穿或松脱等现象时应及时处理。

（8）施工中检修机械或设备故障时，必须在断电、停风条件下进行，检修完毕向机械设备送电送风前必须事先通知有关人员。

（9）作业人员应配防护面罩或防护眼镜、胶布雨衣、手套、防尘口罩，加速凝剂的工作人员应带胶皮手套。

（10）喷射手，控制好风压、喷射距离，避免回弹骨料伤人。 （11）严禁将喷对准施工人员，以免突然出料伤人。 （12）电线包皮应完好，开关应装在固定闸刀盒内。

（13）安全员应随时观察地质变化，发现有松动滑块现象，应立即撤离工作面。 （14）处理喷出弯管堵塞或清理料罐时，严禁在开动电机、分配盘运转的情况下将手伸入喷出弯管或工作料罐内。

（15）平行作业中处理堵管时，应通知附近工作人员避开喷出口方向 （16）喷浆结束后，应清洗喷射机及管路，避免堵管炸裂伤人。

九、节能环保措施

⑴合理安排搅拌、喷射时间。

⑵混凝土搅拌前，应做好防尘工作，最大限度的减小对居民的影响，同时取得群众的理解和支持。

⑶配备必要的劳动防护用品，如安全帽、手套、防尘口罩等。 ⑷加强隧道洞内通风，经常洒水，降低洞内粉尘，保证洞内空气新鲜。 ⑸原材料进出车辆应冲洗、加盖，防止污染路面及抛洒。

⑹优先使用国家、行业推荐的节能、高效、环保的施工设备和机具。

⑺合理配备机械设备，合理选用施工机械，提高机械化施工水平，避免资源浪费。 ⑻加强机械设备保养，制定专人负责，确保油耗不超标。注重日常保养，充分发挥设备的利用率。

⑼节约用电，节约用水，加强施工组织，减少夜间施工，确保施工用电经济合理。

十、效益分析

本工法是建立在科学理论分析和具体实践检验的基础之上，通过不断的总结创新，采用科学合理的施工方法和喷射方案，积极探索、大胆尝试改进施工施工工艺，综合引进国外技术，实现了区间隧道硬质围岩单层锚喷永久衬砌，与复合式衬砌相比大大降低工程造价。

表7 单层喷锚衬砌与复合式衬砌对比表

序号 工程 数量 综合 单价 工程造价合计 工期对比（绝对工期） 湿喷进度738.4 底板C45钢筋砼 22.98 2486.39 560.7 指标： 12410米/天/台 1241121.9 指标： 天 10米/天/湿喷进度天 按1.5的回弹系数，综合衬砌类型 项目 （万元） （万元） 177.7 备注 单层喷锚衬1 砌（1239米）(理论计算量及投标单价） 单层喷锚衬2 砌（1239米）(实际施工考

C30喷射砼 1870. 949.75 C30喷射砼 2806.34 2000.00 561.3

虑回弹数量及实际综合单价） 底板C45钢筋砼 初期支护 3 复合式衬砌（1239米） 防水及二次衬砌 4

备 注 1239.00 9842.40 1219.5 22.98 2486.39 560.7 台 单价按2000元/方 1239.00 570.90 707.3 1926.8 二衬进度指标： 2759米/2天/台 天 按II级围岩复合式衬砌进行数量计算 如采用二衬，还需增加投入2台二衬台车，约60万元 从表7中可以看出，采用单层衬砌施工可以降低工程造价，缩短工期，无形中节约了大量的人工费支出；同时单层衬砌取消了二次衬砌，不需要模板、拱架及二次衬砌等，减少了二次衬砌的相关费用，由以上计算可知工程造价相对减少8.9万元，经济效益明显优于复合式衬砌。

十一、应用实例

青岛地铁3号线一期工程人民会堂站～汇泉广场站区间，起点位于人民会堂站大里程端K1+611.659，终点位于汇泉广场站小里程端K2+747.309，左线全长1122.083m，右线全长1135.650m。左线K1+710～K2+337和右线K1+724～K2+346段为Ⅱ级围岩段，隧道拱顶埋深11m～55m，围岩较好，设计采用单层喷射混凝土作为永久支护，取消了二次模筑混凝土衬砌。单层衬砌段左右洞共1239米，正式工程于2013年10月开始施工，2014年8月全部完成。目前单层衬砌段结构稳定，无开裂、脱落等不良现象，局部渗水处按青岛地铁集团的企业标准《地铁隧道单层衬砌施工技术指南与验收标准》要求经过治理后可以满足二级防水标准，能够达到验收要求。同时单层锚喷衬砌无需模板、拱架等成型设备，降低了造价，缩短了工期，取得了较好的经济社会效益。