喷射钢纤维混凝土在隧道施工中的应用

喷射钢纤维混凝土在隧道施工中的应用

      摘要：钢纤维喷射混凝土由于和其他混凝土相比具有其独特的优点而被广泛的研究使用,具有强度高、韧性好、施工方便、节省工程造价等优点。本文结合某隧道施工的成功实践，详细阐述了喷射钢纤维混凝土施工材料要求、施工方法、施工要点和注意事项，可供同类工程施工参考。

      关键词：隧道；施工；喷射钢纤维混凝土   

 中图分类号： U445 文献标识码： A 文章编号：

    1工程概况 

    某隧道为双线小净距隧道形式，隧道双洞轴线间距为17.519m，中间岩柱最小净宽为5.079m。隧道起讫桩号K147+600～K147+805，全长205m。整座隧道的平面位于R=2000m的圆曲线和R=10000m的竖曲线上。隧道处于丘陵地区，路线横切一小山脊，地形波状起伏，呈驼峰型，植被发育，覆盖较薄，洞口位于小山谷旁。隧道所处地区未见地下水露头，地下水主要源于基岩裂隙水，赋存于基岩裂隙和破碎带中，受大气降水补给，水量不大，季节影响小。隧道穿过的岩性单一，为燕山早期侵入花岗岩，未见有断层，仅在进口处见有一隐伏辉绿岩脉，对隧道无影响。隧道的围岩情况：Ⅲ类围岩41m，Ⅳ类围岩164m。支护与衬砌形式分三种：S12型33m（Ⅲ类围岩浅埋段）、S3型18m（Ⅲ类围岩深埋段）、S4型144m（Ⅳ类围岩深埋段）、削竹式洞门结构10m。Ⅲ类围岩采用台阶分步开挖法，上台阶保留核心环形开挖，每循环进尺控制在1.5～2.0m，台阶长度控制在5~15m，采用弱爆破，初期支护及封闭。下半断面采用左右对称交错开挖，并及时完成初期支护。隧道喷射作业包括喷素砼、喷钢纤维砼二种类型，此处仅对喷钢纤维砼的施工方法和施工工艺进行详细论述，素砼喷射作业参照网喷钢纤维砼。湿喷砼采用TK-961湿喷机施喷，喷射砼分段、分片由下而上顺序进行。

    2施工方法 

（1）材料要求。①选用符合国家标准的普通硅酸盐水泥；细骨料选用细度模数大于2.5的硬质洁净中粗砂，使用时含水率不大于6%；粗骨料选用粒径不大于10mm的连续级配碎石或卵石，喷射砼的骨料级配符合规定要求；化验合格的拌和用水；外加剂的选用须经监理工程师批准，其初凝时间不大于5min，终凝时间不大于10min。②钢纤维长度方向两端带钩，以快速水溶黏结成排；选用冷拉型钢纤维，其抗拉强度不低于1000MPa；钢纤维长度基本一致，不得含有其它杂物，且不得有明显的锈蚀和油渍。钢纤维砼配合比通过室内试验和现场试验选定，在保证喷层性能指标的前提下，尽量减少水泥和水的用量，配合比试验结果报送监理人。

     （2)施工方法。喷射砼混合料由强制式拌和机搅拌均匀后，经砼搅拌运输车运至工作面，再经湿喷机二次拌和，以高压风为动力，经喷头射至受喷面，喷射机采用成都岩锋科技开发公司设计生产的TK-961型湿喷机。该法具有粉尘少、回弹小的优点。喷砼分二次进行，第一次喷射厚度为5cm，按设计要求施作锚杆、架立钢支撑，再进行第二次喷射至设计厚度。考虑施工进度、安全等因素，结合本隧道工程的地质特点，喷射砼在开挖爆破出碴前或后(根据围岩开挖后自稳时间长短确定)立即施作一层，在确保施工作业面安全的情况下，剩余部分待与开挖断面拉开一段距离后(以不与开挖作业相干扰为度)再行施作。具体施工工艺见图1。

     （3）施工要点。①混合料在运输、存放过程中，严防雨淋及大块石等杂物混入，装入喷射机前过筛。②喷射前认真检查受喷面，做好以下几项工作：检查受喷面尺寸、几何形状是否符合设计要求；清除开挖面的浮石、坡脚的石渣和堆积物；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；用高压水或风冲洗、清扫岩面；埋设喷射厚度检查钎；对施工机械设备、风、水管路和电线等进行全面检查和试运行。③喷射砼作业分段分片一次进行，按先墙后拱、自下而上的顺序进行。喷射时，喷嘴垂直受喷面做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约20～30cm，若受喷面被钢筋网或钢支撑覆盖时，可将喷头稍加倾斜，但不小于70°，以保证砼喷射密实,见图2。④20cm厚喷钢钎维砼分二次施喷完成，在第一次喷射5cm砼后，施作系统锚杆、钢支撑，再复喷至设计厚度。后一层在前一层砼终凝后进行，若终凝1h后再喷射时，先用风水清洗喷层面。⑤喷射作业紧跟开挖工作面，砼终凝至下一循环放炮时间不小于3h。⑥严格执行喷射机操作规程：连续向喷射机供料；保持喷射机工作风压稳定；完成或因故中断喷射作业时，将喷射机和输料管内的积料清除干净。⑦喷射砼终凝2小时后，进行喷水养护(气温低于5℃时，不得喷水养护)，养护时间不少于7天。当周围的空气湿度达到或超过85%时，经监理人同意，可自然养护。⑧有水地段喷射砼采取下列措施。洞壁设置泄水孔，边排水边喷砼。同时增加水泥用量，改变配合比，喷砼由远而近逐渐向涌水点逼近，然后在涌水点安设导管，将水引出，再向导管附近喷砼。当岩面普遍渗水，可先喷砂浆，并加大速凝剂掺量，保证初喷后，再按原配比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟措施，将水引导疏出后，再喷砼。⑨严格控制喷嘴与岩面的距离和角度。喷嘴与岩面应垂直，有钢筋时角度适当放偏，喷嘴与岩面距离控制在0.6～1.2m范围以内。

     （4）钢纤维砼喷射注意事项。钢纤维喷射砼中的钢纤维容易造成堵管、结团等，为了减少堵管和回弹、防止钢纤维结团，施工中除采取控制钢纤维的长径比和采用较小的集料(粒径小于10mm)等方法外，还采取如下措施：①为了减少堵管，取消砼喷射机90°的弯头；在管路突变处，采用加长的锥形变径器；采用直径是钢纤维长度2倍以上的输料管。②通过振动装置使纤维分散后加入搅拌机内，与该处正在搅拌的混合料混合；控制钢纤维的加入速度不要太快，以免纤维相互叠合。③采用较低的空气压力或较少的空气

图1湿喷混凝土施工工艺          

  图2 湿喷混凝土施工工序   

 3结语    

 采用上述方面，顺利安全的完成了该隧道的施工，表明该喷射钢纤维混凝土施工是成功的，为喷射钢纤维混凝土在隧道中的应用积累了新的技术资料。      

  参考文献：    

 [1]黄戈. 钢纤维混凝土在公路隧道路面中的探讨[J]. 四川建材, 2007,(04). 

    [2]杜国平,李晓红,宋战平. 纤维喷射混凝土单层衬砌施工技术探讨[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2010,(09).  

  [3]祝云华. 钢纤维喷射混凝土力学特性及其在隧道单层衬砌中的应用研究[D]. 重庆大学, 2009 .  

       作者简介：     李继伟，（1982――），专科，助理工程师，主要从事工程施工与管理。