鋼纖維噴射混凝土在隧道支護中的應(yīng)用分析

王警衛(wèi)

摘要：本文介紹在隧道襯砌施工中噴射鋼纖維混凝土過程中對鋼纖維的技術(shù)要求和具體的施工工藝，供大家參考。

關(guān)鍵詞：鋼纖維 隧道 襯砌支護 韌性

0 引言

鋼纖維混凝土和鋼纖維噴射混凝土作為一種新型建筑材料，近年來在國內(nèi)外得到了迅速發(fā)展。和普通混凝土相比，鋼纖維混凝土不僅能明顯改善抗拉、抗剪、抗彎、抗磨和抗裂能力，而且能大大增強斷裂韌性和抗沖擊等多項性能，加之施工簡便，價格相對低廉，所以在道路路面、橋梁結(jié)構(gòu)、隧道襯砌支護等工程中的應(yīng)用日益廣泛。其中，鋼纖維噴射混凝土是由均勻散布有鋼纖維的混凝土拌和料，借助壓縮空氣高速噴射至受噴面而成的新型復(fù)合材料，它隨著在隧道和地下工程中新奧法的推廣和使用，已引起人們的高度重視，并在實際工程中取得了良好的效果。

1 噴射鋼纖維混凝土

1.1 對鋼纖維的基本要求 為了達到最佳施工質(zhì)量及相關(guān)要求，在進行噴射鋼纖維混凝土施工時，對鋼纖維的幾何參數(shù)及體積率都有具體的要求。

1.1.1 鋼纖維的幾何參數(shù) 鋼纖維混凝土的增強效果與鋼纖維的長度、直徑、長徑比有關(guān)。鋼纖維增強作用隨長徑比增大而提高。鋼纖維長度太短起不到增強作用，太長施工困難，影響拌和質(zhì)量，直徑過細在拌和時易彎折，過粗則在同體積率時，其增強效果差。試驗表明，鋼纖維長度在15～60mm、直徑或等效直徑在0.3～1.2mm、長徑比在30～100的范圍內(nèi)選用，其增強效果和施工性能可滿足要求。不同的鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)中選用的鋼纖維不同。

1.1.2 鋼纖維的體積率選用范圍 鋼纖維混凝土中鋼纖維的體積率過小，其增強作用較差，國內(nèi)外一般以0.59／5為最小體積率。鋼纖維體積率超過2時，拌和物的和易性變差，施工困難，質(zhì)量難以保證。確定鋼纖維摻入量時根據(jù)鋼纖維的性能、混凝土結(jié)構(gòu)對增強效果的要求及經(jīng)濟合理的原則選定。結(jié)構(gòu)對增強要求低時可選用低值，結(jié)構(gòu)對增強要求較高時可選用高值。

1.2 配合比設(shè)計及要求 槎路隧道因噴射鋼纖維混凝土地段相對分散，同時受機具設(shè)備和開挖方法的限制，在施工時均采用干噴法施工。在此就干噴法施工的主要問題進行論述。

1.2.1 配合比設(shè)計 槎路隧道初期支護混凝土設(shè)計強度為C20混凝土，其理論配合比為：42.5MPa普通硅酸鹽水泥，400kg；中粗砂(河道中)，835kg；粗骨料(河卵石)5～15mm，835kg；耐腐蝕劑，32kg；鋼纖維，80kg。

1.2.2 有關(guān)要求：①鋼纖維參數(shù)及摻量：根據(jù)采用的噴射機型號，本隧道選用鋼纖維類型為ZH一06凸痕型，長度為20ram，等效直徑0.4mm，長徑比為50，鋼纖維體積率為1.0，約每立方混凝土80kg。②水泥：鋼纖維混凝土中常用強度等級為42.5MPa或52.5MPa的普通硅酸鹽水泥，鋼纖維混凝土中水泥用量較大，一般為360～450kg/m。③細骨料：采用硬質(zhì)、潔凈的中砂為宜，細度模數(shù)M一2.5～3.3。據(jù)經(jīng)驗，天然含水率在59/5～7為宜。④粗骨料：天然河卵石或質(zhì)地堅硬的人工碎石均可，平均粒徑在5-15mm為宜。⑤水：只要不含影響水泥正常凝結(jié)硬化及對纖維和基體有腐蝕作用(pH<4的酸性水和含硫量(按SO。計)超過水量的1)的有害物質(zhì)的水均可。⑥外加劑：槎路隧道整體處于膨脹泥巖和粉砂質(zhì)泥巖中，泥巖中的水具有侵蝕性和腐蝕性，需加6～8 的耐腐蝕劑。隧道開挖中滲水較大時，為盡快提高混凝土的早期強度，一般按2～49／5的摻量加入速凝劑。在滲水量不大時，為避免混凝土的后期強度損失過大，速凝劑盡可能少加或不加。

1.3 噴射鋼纖維混凝土施工

1.3.1 工藝流程

具體步驟見圖1。

1.3.2 關(guān)鍵技術(shù)

①混凝土拌制、存放和運輸。鋼纖維在拌和料中的分布均勻性，不僅與原材料和攪拌工藝有關(guān)，而且受攪拌機械和投料方法影響更大。試驗表明：采用強制攪拌機比自落式攪拌機效果好。本隧道施工中因受機械設(shè)備影響而采用自落式攪拌機。投料時采用先投水泥、砂和碎石，在拌和過程中分散加入鋼纖維的方法進行拌和，拌和時間不少于2min。鋼纖維混凝土施工時，噴錨料應(yīng)盡量隨拌隨用，摻入速凝劑時存放時間不得超過20min，不摻入速凝劑時干混合料存放時間不超過2h，否則被視為廢料，不可再行使用。在運輸和存放過程中不得淋雨、流入水或混合雜物。②噴射作業(yè)。混合料通過膠管長距離的高速輸送，在噴頭處已稍有分離，水在距受噴面lm左右處加入，噴射應(yīng)根據(jù)其當前標定的給水速度調(diào)整水閥，按混凝土配合比設(shè)計確定的水灰比供水。噴射混凝土?xí)r，噴槍要垂直正對工作面，連續(xù)平穩(wěn)地自下而上水平橫向移動，噴頭一圈壓半圈的旋轉(zhuǎn)噴射。在施工時還應(yīng)注意風壓對噴射鋼纖維混凝土的影響。在混合料輸送時，采用適當?shù)娘L壓是鋼纖維均勻分布、減少回彈損失的主要條件。風壓太大鋼纖維的分布就不均勻。試驗表明，鋼纖維混凝土噴射堆中心的鋼纖維含量為噴堆周邊的85.3，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是由于料流噴出后，分布在料束外緣的鋼纖維在接近受噴面前被橫向氣流吹至周圍(其中部分鋼纖維落地，部分鋼纖維滯留在噴堆周邊)，因此，降低風壓則橫向氣流的壓力和流速也會降低，這樣不僅會減少鋼纖維的回彈損失，也會改善鋼纖維分布的不均勻性。一般混合料輸送距離在100m以內(nèi)時，噴射風壓控制在0.15～0.2MPa為宜。③養(yǎng)護。混凝土施工質(zhì)量的好壞，受養(yǎng)護的影響相當明顯。因此在混凝土噴射完畢后要及時灑水或噴水霧養(yǎng)護。避免因養(yǎng)護不及時而導(dǎo)致噴射鋼纖維混凝土的質(zhì)量不合格。

2 濕噴效果分析

2.1 綜合效益 主要體現(xiàn)在提高效率、加快進度、保證施工安全等宏觀綜合效益方面，采用濕噴強化初期支護，可在軟弱地層條件下采用大斷面開挖技術(shù)。

2.2 社會效益 粉塵濃度大幅度降低，機房幾乎沒有粉塵，保護了環(huán)境。

2.3 速度效益 ①濕噴機本身生產(chǎn)率提高；②回彈率降低相當于問接地提高了生產(chǎn)率；③一次完成濕噴厚度大，提高了施工進度。

2.4 質(zhì)量和安全效益 噴射混凝土強度取決了水灰比控制是否準確，拌和及水化作用是否充分以及速凝劑按比例添加的準確度等方面。同時由于一次噴層厚度比干噴大幅度提高，容易達到設(shè)計噴層厚度要求。由于噴射混凝土強度及噴層厚度得到保證，提高了支護質(zhì)量，施工安全有了保障。

3 結(jié)束語

實踐表明，鋼纖維應(yīng)用廣泛，不僅在初期支護中應(yīng)用，在二次襯砌中及其它的地下工程防護、公路路面、水利工程、房屋工程及局部受壓構(gòu)件等均可使用鋼纖維混凝土增強，并能提高效益。

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