濕噴鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)

賈舒程

（山西富路工貿(mào)有限公司，山西 太原 030006）

1 隧道支護(hù)技術(shù)

噴（混凝土）錨（桿）襯砌及復(fù)合式襯砌：噴錨支護(hù)是一種組合支護(hù)，它是將噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、鋼拱架噴射混凝土結(jié)構(gòu)組合起來的支護(hù)形式?？梢愿鶕?jù)不同圍巖的穩(wěn)定狀況，采用錨噴支護(hù)中的一種或幾種結(jié)構(gòu)的組合。噴錨支護(hù)是現(xiàn)代支護(hù)理論的物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)代巖石力學(xué)是現(xiàn)代支護(hù)理論的理論支柱。如果以噴錨防護(hù)結(jié)構(gòu)的一種或幾種組合作為初期支護(hù)，對(duì)圍巖進(jìn)行加固，維護(hù)圍巖穩(wěn)定，抑制有害松動(dòng)，待初期支護(hù)的變形基本穩(wěn)定后，進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土二次襯砌，二者合稱為復(fù)合式襯砌。

隧道初期支護(hù)是以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架為主的聯(lián)合支護(hù)，它是以大量的噴錨支護(hù)工程實(shí)踐和巖體力學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的一門獨(dú)立的學(xué)科。隧道初期支護(hù)中的噴錨支護(hù)以及時(shí)性、緊貼性、柔韌性、深入圍巖內(nèi)部加固、支護(hù)組合和設(shè)置時(shí)間的靈活性、密封性充分發(fā)揮了NATM工法隧道修建理念。隧道中的噴錨支護(hù)的設(shè)計(jì)方法有工程類比法、監(jiān)控測(cè)量法、理論驗(yàn)算法、典型類比監(jiān)控反演法、特征線法等。

2 濕噴鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)

2.1 機(jī)械設(shè)備選型配套

（1）混凝土制備，鋼纖維混凝土的制備在洞外集中拌和站進(jìn)行。

（2）混凝土運(yùn)輸設(shè)備，MR45（6 m3）混凝土攪拌運(yùn)輸車。

（3）濕噴機(jī)，選用成都巖峰科技開發(fā)公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的TK-961型濕噴機(jī)。

（4）配套方案，一個(gè)工作面配備TK-961型濕噴機(jī)3臺(tái)，6 m3砼攪拌運(yùn)輸車2輛，噴砼作業(yè)臺(tái)架2個(gè)。

2.2 原材料的選擇

（1）水泥，采用42.5普通硅酸鹽水泥，使用前做復(fù)查試驗(yàn)。（2）砂，選用天然中粗砂，細(xì)度模數(shù)大于2.5，含水率5%～7%，使用前一律用5 mm篩網(wǎng)過篩。

（3）碎石，選用5～10 mm機(jī)制碎石，級(jí)配良好，含泥量小于1%，針片狀含量小于10%。碎石由小型錘擊破碎石機(jī)軋制，使用前用5 mm和10 mm篩網(wǎng)分別篩去石粉和超徑骨料。

（4）減水劑，為滿足砼坍落度及品質(zhì)要求，選用高效減水劑，減水劑摻量一般為水泥重量0.4%～1.0%。

（5）特種速凝劑，選用TX-1型液態(tài)速凝劑。使用前做速凝效果試驗(yàn)，其初凝時(shí)間不超過5 min、終凝時(shí)間不超過10 min方可使用。該種速凝劑摻量一般為3%～6%，具體根據(jù)噴射試驗(yàn)決定，墻部用量略少于拱部。

（6）鋼纖維，按設(shè)計(jì)選用鋼纖維單根抗拉強(qiáng)度不低于600 MPa，直徑D=0.55 mm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)=35 mm，長(zhǎng)徑比L/D=64。其彎曲韌度系數(shù)為Re3>67%，摻量為35～40 kg/m3，使用前檢查鋼纖維不得有油污和明顯銹蝕。

（7）水，水質(zhì)經(jīng)檢驗(yàn)符合工程用水標(biāo)準(zhǔn)，不含對(duì)砼有腐蝕作用、影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)。

2.3 配合比設(shè)計(jì)

鋼纖維混凝土的配比要滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和噴射工藝的要求。

初配按下列數(shù)據(jù)選擇：水泥:集料=1∶3～1∶4，含砂率45%～60%，水灰比0.4～0.5。為增大混凝土與巖石的黏結(jié)力和減少回彈，初噴時(shí)，水泥∶砂∶碎石=1∶2∶（1.5～2）。

施工前至少要設(shè)計(jì)2～4種配比，經(jīng)過試噴、試驗(yàn)，優(yōu)選回彈量低、物理力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)的一組作為應(yīng)用配比，并根據(jù)施工中材料、氣候的變化相應(yīng)調(diào)整。

2.4 施工工藝及質(zhì)量控制措施

2.4.1 施工程序

濕噴鋼纖維混凝土施工程序見圖1。

圖1 濕噴砼施工程序圖

2.4.2 施工程序的說明

（1）混凝土制備。混凝土在洞外拌和站由強(qiáng)制式拌和機(jī)集中生產(chǎn)，自動(dòng)計(jì)量。

坍落度控制在12～15 cm之間。

具體投料順序及攪拌時(shí)間是：先將砂、石、少量水與鋼纖維投入攪拌90 s，再投入水泥和補(bǔ)充水?dāng)嚢?0 s。

（2）混凝土運(yùn)輸。成品混凝土采用6 m3砼攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至TK-961型濕噴機(jī)轉(zhuǎn)子活塞凸輪喂料斗，速凝劑在濕噴機(jī)專用入口添加，由計(jì)量泵將速凝劑通過膠管壓入噴嘴，依靠噴射管中壓縮空氣將速凝劑霧化與物料充分混合后噴出。濕噴機(jī)工作時(shí)要求系統(tǒng)風(fēng)壓不小于0.5 MPa，風(fēng)量不小于10 m3/min，工作風(fēng)壓一般控制在0.4～0.5 MPa。

（3）噴射作業(yè)。①噴射順序：自下而上，先墻后拱，分區(qū)、分段“S”形進(jìn)行，分段長(zhǎng)度不大于6 m。②最佳噴射距離與角度：噴頭距巖面距離以0.6～1.2 m為宜，噴射料束與受噴面基本垂直，與受噴面垂線成5°～15°夾角時(shí)最佳。③噴射料束運(yùn)動(dòng)軌跡：環(huán)形旋轉(zhuǎn)水平移動(dòng)并一圈壓半圈，環(huán)形旋轉(zhuǎn)直徑約為0.3 m。噴射第2行時(shí)，依次序由第一行起點(diǎn)上方開始，行間搭接2～3 cm。④一次噴射厚度：根據(jù)設(shè)計(jì)厚度和噴射部位確定，初噴厚度不小于4～6 cm。首層噴混凝土?xí)r，要著重填平補(bǔ)齊，將小的凹坑噴圓順。

（4）混凝土厚度控制和平整度控制。選擇巖面凸出部位，用電鉆鉆孔，埋設(shè)Φ6鋼筋頭，其外露長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)噴混凝土厚度相等，噴混凝土后無鋼筋頭外露即可。表面平整度以目測(cè)平順為宜，否則需補(bǔ)噴。

（5）混凝土養(yǎng)生?；炷两K凝2 h后，開始噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d。

（6）噴射混凝土緊跟掌子面，初噴與爆破時(shí)間間隔不大于8 h，對(duì)Ⅱ、Ⅲ類圍巖在爆破后即初噴并盡快噴至初噴厚度。鋼纖維混凝土噴射施工后，將噴漿面混凝土的鋼纖維完全去掉，以保護(hù)防水層不受損傷。

（7）施工注意事項(xiàng)。①噴射前，認(rèn)真檢查隧道斷面尺寸，對(duì)欠挖部分及所有開裂、破碎、出水點(diǎn)、崩解的破損巖石進(jìn)行清理和處理，清除浮石和墻角虛碴，并用高壓水或風(fēng)沖洗巖面，保證良好接觸。②當(dāng)巖面普遍滲水時(shí)，可先噴砂漿，并加大速凝劑摻量，在保證初噴后，按原配比施工。當(dāng)局部出水量較大時(shí)采用埋管、鑿槽、樹枝狀排水盲溝等措施，將水引導(dǎo)疏出后，再噴混凝土。③噴射手操作：?jiǎn)?dòng)時(shí)，先送風(fēng)，后送料，待混凝土從噴嘴噴出后，再供給速凝劑；停止時(shí)，先關(guān)閉速凝劑計(jì)量泵，之后停止供料，待噴嘴殘留的少量混凝土和速凝劑完全吹凈后，再停風(fēng)。要控制好風(fēng)壓，風(fēng)壓過大，會(huì)增加回彈，甚至把未完全凝固的混凝土吹落；風(fēng)壓小，粗骨料沖不進(jìn)砂漿層而脫落，影響噴混凝土品質(zhì)，風(fēng)壓過小時(shí)甚至?xí)斐啥鹿?；現(xiàn)場(chǎng)以噴混凝土回彈量小、表面有光澤、易黏著為度掌握風(fēng)壓。當(dāng)受噴面較潮濕或有滴水時(shí)，速凝劑的摻量適當(dāng)加大到水泥用量的6%～8%。④噴射混凝土要保證供料的連續(xù)性，避免堵塞管路。⑤回彈料不得再利用于噴混凝土材料。

2.5 噴砼質(zhì)量檢測(cè)方法、標(biāo)準(zhǔn)及處理措施

2.5.1 砼抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

（1）割取。采用直接從施工現(xiàn)場(chǎng)噴射的混凝土大板割取100×100×100 mm立方體試件，標(biāo)養(yǎng)至28 d進(jìn)行試驗(yàn)，其強(qiáng)度須滿足設(shè)計(jì)要求，每10 m至少在拱部和邊墻制作一組試件，材料或配合比變化時(shí)增加一組。不合格時(shí)，查找原因，鑿除重噴。

（2）鉆取。采用直接從噴層鉆取的直徑為50mm，高度為100mm圓柱形試件。

采用鉆取圓柱體試件，用式（1）計(jì)算強(qiáng)度：

式中：R：混凝土強(qiáng)度；

Rc：鉆取圓柱體試件單軸抗壓試驗(yàn)結(jié)果；

k1為現(xiàn)場(chǎng)取樣條件系數(shù)，可取0.85；

k2為園柱形試件形狀系數(shù)，可取0.8。

（3）鋼纖維噴混凝土的早期強(qiáng)度也可用貫入法和拔出法測(cè)定。

2.5.2 噴砼厚度檢測(cè)

噴層厚度用激光斷面儀或鑿孔方法檢查，每10延m至少檢查一個(gè)斷面，再?gòu)墓绊斊鹈扛? m鑿孔檢查一個(gè)點(diǎn)，檢查孔處的厚度應(yīng)有60%以上不小于設(shè)計(jì)厚度，平均厚度不小于設(shè)計(jì)厚度，最小厚度不小于設(shè)計(jì)厚度的50%。厚度不滿足須補(bǔ)噴，發(fā)現(xiàn)有裂縫、脫落或滲漏水時(shí)，須整治以后再補(bǔ)噴。

2.5.3 噴砼粉塵和回彈量檢查

回彈率拱部不超過20%，邊墻不超過15%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用濕噴砼施工工藝回彈率可控制在5%～20%以下，否則從施工工藝、設(shè)備是否完好、風(fēng)壓、骨料粒徑和級(jí)配、配合比等方面查明原因，制定對(duì)策。

3 初支質(zhì)量控制

除了II類圍巖地段，初期支護(hù)是隧道的主要承力結(jié)構(gòu)。因此，初期支護(hù)對(duì)隧道質(zhì)量和施工安全至關(guān)重要。為此，提出以下措施：①據(jù)有關(guān)試驗(yàn)研和計(jì)算分析表明，在對(duì)全長(zhǎng)錨固型錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn)時(shí)，拉拔力沿桿體衰減很快，只能在口部1/3長(zhǎng)度范圍內(nèi)傳遞。眼孔深部的漿體得不到檢驗(yàn)。因此，在錨桿施工中必須加強(qiáng)施工組織管理，加強(qiáng)過程監(jiān)控，確保錨桿灌漿密實(shí)。堅(jiān)決杜絕錨桿“長(zhǎng)桿短打”、錨固長(zhǎng)度不足的現(xiàn)象，確保灌漿飽滿密實(shí)。因?qū)τ谟裳貤U長(zhǎng)分布的剪應(yīng)力（軟巖）或桿體的橫向抗剪起到支護(hù)作用全長(zhǎng)錨固型的灌漿錨桿，錨桿孔內(nèi)漿體的品質(zhì)和飽滿程度是質(zhì)量的關(guān)鍵。②采用濕噴工藝，噴射砼厚度必須滿足設(shè)計(jì)要求。③決不允許鋼支撐后回填石頭等行為，超挖部分全部用同級(jí)砼填平或噴砼補(bǔ)平。④嚴(yán)格控制鋼纖維質(zhì)量、摻量，謹(jǐn)防減料。⑤嚴(yán)格控制鋼支撐間距。⑥組建專業(yè)拌和隊(duì)伍，嚴(yán)格按規(guī)定的配合比配備噴射料。⑦嚴(yán)格按規(guī)定的參數(shù)（角度、距離、軌跡、厚度、空壓等）噴射混凝土。