高碥沟隧道湿喷钢纤维混凝土技术的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 科学之友　Ｆｒｉｅｎｄ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｍａｔｅｕｒｓ　２００７￣ｏ７ｌｆ国　高碥沟隧道湿喷钢纤维混凝土技术的应用　李书明　（中铁三局铁科公司，河北霸州０６５７００）　摘要：文章通过分析高碥沟隧道湿喷钢纤维混凝土衬砌的施工，总结出一些经验和工　艺流程，为今后类似铁路隧道工程设计与施工提供借鉴依据。　关键词：高碥沟隧道；湿喷钢纤维混凝土；钢纤维　中图分类号：ＴＵ３７５　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—８１３６（２００７）０７—００１卜Ｏ２　喷混凝土技术的形成和发展已经历了整整一个ｌ世纪。目前，　泥、钢纤维、水及减水剂，各种材料均以重量计。配料偏差（按重　人们在隧道工程中运用这种技术已经达到了相当灵活和娴熟的　量计），骨料、水泥的计量误差应不大于２％，钢纤维及减水剂、水　程度。湿喷钢纤维混凝土作为隧道永久衬砌，在国外已被广泛采　的计量误差应不大于１％。　用，而在西安安康线高碥沟隧道采用湿喷钢纤维混凝土作为永　（２）佳密克丝钢纤维（ＺＰ３０５）。佳密克丝钢纤维，每３０－５０根　久衬砌在国内铁路隧道中尚属首次。　用水溶性胶合剂黏结成一束钢纤维束，使得其尺寸几乎和其他　骨料一样。无论是采用于拌法还是湿拌法，只是将其视为一种外　１　工程概况　加骨料且不需要特殊设备。这种钢纤维束可掺人拌和的干骨料　西康线高碥沟隧道，位于西康线营盘站至塔尔坪站之间，为Ｉ　中或已拌和的混凝土中。一旦拌和开始，钢纤维遇水后即迅速均　级单线电气化铁路隧道。全长１　００９ｍ，（ＩＤＫ８７＋４３　１－ＩＤＫ８８＋４４０）　匀分散至整个拌和物中，并在水和摩擦力的作用下，分解为单根　隧道内坡度为１．０８％的下坡，且有一条完整曲线（ＩＤＫ８７＋４３２．　钢纤维。　７３　ＩＤＫ８８＋２６７．８５）。隧道穿越南秦岭中低山区，通过地层主要为　（３）国产钢纤维。浙江嘉兴生产的ＺＨ一０２、ＺＨ一０７型钢纤维，　印支期花岗岩，灰褐色，矿物成分为长石、石英、角闪石及少量黑云　必须先和粗骨料拌和均匀，然后加入水泥、砂子，最后加入水拌和　母，属粗粒斑状结构，块状构造，节理、裂隙较发育。产状为Ｎ３０。　至均匀。否则拌和过程中，钢纤维与水泥、细骨料易结扎成团。　Ｗ／８０。Ｎ．ＥＷ／８０。Ｓ。洞身地段岩体较完整，地下水不发育。试验段　（４）搅拌时间。湿喷钢纤维混凝土的拌和宜采用强制式搅拌　为Ｖ类围岩（ＩＤＫ８８＋３００　ＩＤＫ８８＋３６０）。　机，为避免超载，要求一次搅拌量不宜大于搅拌机额定搅拌量的　８０％。搅拌时间根据钢纤维和减水剂的特性确定不少于５　ａｒｉｎ。　２设计情况　３．２拌和物输送　钢纤维喷射混凝土按预设计、现场试验及施工过程中的动　运输过程中要保证钢纤维混凝土不发生离析、钢纤维沉淀、　态设计进行，围岩评价用Ｑ值分级，施工中用岩体地震波速进行　漏浆、严重泌水及塌落度损失过多等现象，采用混凝土输送罐　Ｑ值验证及校核。　车，可以确保混凝土的品质不受影响。　（１）围岩评价（Ｑ值分级）：Ｑ值围岩评价法，由岩芯完整率　３．３基底表面处理　ＲＱＤ，节理组数Ｊｎ，节理粗糙度Ｊｒ，节理蚀变度Ｊａ，节理水压力　基底表面的附着物直接影响混凝土与围岩的黏结力，因此　Ｊ＾ｗ和岩石应力状态ＳＲＦ共６个指标综合计算确定。　在喷射混凝土之前，应对基底表面进行清理。爆破开挖后，用湿　（２）钢纤维喷射混凝土设计标号为Ｃ３０，设计指标见表１。　喷机喷水，用高压水对围岩进行清理，这样松动围岩和松散物质　以及因爆破等作业产生的粉尘就会被彻底清理。清洗顺序自上　表１设计指标　而下，为防止松动岩块砸坏机械危及安全，应从掌子面开始逐步　设计指标　钢纤维掺量４０～５０ｋｇ　后退，并保持喷嘴向掌子面倾斜一定角度。对分层喷射的混凝　抗压强度ｆｅｍ（ＭＰａ）　１７．２　土，每次喷射前都要清晰基面以保证各层之间的黏结力。　抗拉强度ｆｕ（ＭＰａ）　２．Ｏ３　３．４喷射混凝土工作原理　抗弯强度Ｆｅ（ＭＰａ）　＞４　当混凝土从喷枪喷到粗糙的岩石表面时，先是填充裂隙、裂　韧度系数Ｒ３０／１０　＞６０　缝和发育的节理面，将松散的岩体黏合在一起或是局部支护破　碎的岩体，从而避免岩石裸露面进一步损坏。混凝土和岩石表面　其中　变曲韧度系数Ｒ３０／１０＝５（Ｉ３０一Ｉ１０）。　的黏结力来自于两者分子晶格间的作用力。开始时形成一层水　（３）设计工艺要求：先用Ｃ２０素喷混凝土填平补齐，然后喷　泥砂浆层，这层细料渗入岩石的孑Ｌ隙中，为下一步喷射到要求厚　钢纤维混凝土，先喷５　ｃｍ，留５　ｃｍ厚待上层钢纤维混凝土达到　度提供了基础。　稳定收敛后，再喷一次达到设计厚度。　３．５喷射作业　３湿喷钢纤维混凝土施工工艺情况　（１）自动操作。斯塔比雷特混凝土湿喷机带有遥控装置。这　种遥控装置可以自由放在任何一处，也可佩带在操作人员的颈　３．１配料拌和　项上，使操作手选择观测点更为方便。　（１）配料计量。按试验确定的配合比准确计量砂、石料、水　（２）喷枪距离。喷枪到工作面的距离取１．０　ｍ一１．８　ｍ，这样可　维普资讯 http://www.cqvip.com 李书明：高碥沟隧道湿喷钢纤维混凝土技术的应用　达到工作要求的回弹量最低，压实最好的最佳效果。　（３）喷枪角度。喷嘴与受喷面应保持垂直，夹角不宜小于７０。。　纤维掺量４０　ｋｇ／ｍ３。　第三试验段落：段落ＩＤＫ８８＋３２０一＋３３０，喷层厚度５　ｃｍ，钢纤　维掺量４５　ｋｇ／ｍ　。　第四试验段落：段落ＩＤＫ８８＋３３０　＋３４０，喷层厚度１０　ｃｍ，钢　纤维掺量４５　ｋｇ／ｍ３。　第五试验段落：段落ＩＤＫ８８＋３４０一＋３５０，喷层厚度５　ｃｍ，钢纤　维掺量５０　ｋｇ／ｍ３。　第六试验段落：段落ＩＤＫ８８＋３５０　＋３６０，喷层厚度１０　ｃｍ，钢　纤维掺量５０　ｋｇ／ｍ３。　在每个段落选一个量测断面，进行监控量测，并取大板试件　喷嘴与受喷面的夹角太小，喷射？昆凝土将会在工作面上产生滚动　或不断重叠，这种技术不仅浪费材料，并且所喷的混凝土多孔、不　均匀。　（４）回弹。损失的喷射混凝土＝回弹量＋超挖回填量＋耗费　量。总的喷射？昆凝土量经常可达到设计定额的１５０％－２００％，这是　影响喷射混凝土单价的—个很可观的因素，回弹量往往是很重要　的一部分。喷射混凝土其喷射材料都高速喷到洞壁上，而在喷射材　料中，水泥、砂子和钢纤维等轻质微粒到达的速度比粗骨料要快。　最初喷射到坚硬洞壁上的小颗粒会全部被回弹或吹掉。如果喷射　混凝土分层施工，在较硬的喷射混凝土上会再次产生上述回弹。为　减少回弹量，只能使喷射层较厚并尽可能一次喷到设计厚度。　采取以下措施可减少回弹：高水泥含量、增加配料中细粒含　量、大骨料粒径量小、精确的颗粒级配等级、加人硅粉或粉煤灰。　根据现场回弹测量分析，采用斯塔比雷特湿喷机，拱部回弹可控　制在２０％以下，边墙可控制在１０％以下。　（５）工作压力。湿喷混凝土必须有一个易于操作、功率强大的　空压机。空压机必须能持续提供干净、干燥、无油、稳定的空气。　斯塔比雷特湿喷机要求工作压力为０．５　ＭＰａ￣０．７　ＭＰａ，国产空压　机压力范围为０．３　ＭＰａ　０－８　ＭＰａ就可以满足工作需要。在施工中　根据回弹情况及时调节风量，才能获得良好的喷射效果。　（６）喷射工艺。喷射作业应分段、分片、分层，由下而上，依次　进行。无水地段，湿喷混凝土可一次达到设计厚度（１０ｃｍ）。斯塔　比雷特湿喷机，边墙一次喷射厚度可达２０　ｃｍ，拱部可达１０　ｃｍ。　有水地段，第一次喷射厚度要保持要５　ｃｍ左右，厚度要均匀。　（７）养护。对普通混凝土养护的原则同样适用于湿喷混凝土　进行强度试验。　（３）开挖断面。根据设计图纸，隧道湿喷钢纤维混凝土后预留　２Ｏｃｍ补强层，因此开挖断面宽度＝净空（４．９ｍ）＋补强层厚度　（０．２ｍ　Ｘ　２）＋钢纤维混凝土厚度（０．１ｍ　Ｘ　２）＋施工误差（０．１　ｍ）＋曲线　断面加宽。　（４）素喷找平。设计素喷找平混凝土量为５ｃｍ厚，根据现场　施喷情况，用普通钻爆法施工，光面爆破效果达不到湿喷钢纤维　混凝土要求的理想程度，另外为满足１，６矢跨比的平整度要求，　实际找平混凝土量达到了１０ｃｍ厚。　（５）防水处理。根据试验大纲，钢纤维喷射混凝土的抗渗性要　求用０．５ＭＰａ水压加压１４天，透水深度不大于２０ｍｍ。试验结果　符合设计要求，但实际水的作用与试验有很大区别。试验室待试　件达到２８天强度后加压试验，而现场从混凝土喷射开始，水即开　始作用于混凝土，在混凝土凝固过程中，由于水压作用，即形成一　些透水通道。因此，今后设计施工中要充分考虑防水问题。　４湿喷钢纤维混凝土机械设备选用　４．１搅拌机械　的养护。与普通混凝土一样，对喷射混凝土必须认真养护，这样才　能充分发挥其内在的强度和耐久性。对较薄的部位、有纹理的表　面，养护尤须加强。最好的养护方法是使湿喷混凝土保持湿润。如　果相对湿度大于９０％，可采用自然养护。当隧道贯通以后，应加　大洒水频率，避免喷射混凝土快速干燥。　３．６现场试验情况及分析　（１）钢纤维湿喷混凝土原材料配合比的选择。在高碥沟隧道　试验段我们采用了“贝卡尔特”钢纤维＝ＺＰ３０／５和上海“麦斯特”　速凝剂作为掺加剂，选用普硅４２５Ｒ和不大于１０　ｍｍ的粗骨料碎　石及经过筛选的河砂作为原料。水泥用量３８０ｋｇ／ｍ３－４５０ｋｍ／ｍ　，水　灰比不宜大于０．３６，含砂率６４％为宜。根据初拟配合比通过现场　试验后确定其施工配合比。　（２）试验段位置及分析。试验段位置选定在高碥沟隧道　ＩＤＫ８８＋３００一ＩＤＫ８８＋３６０段，按钢纤维掺量４０ｋｇ／ｍ３、４５ｋｇ／ｍ　，，５０ｋｇ／ｍ　和喷层厚度５ｃｍ、１０ｃｍ分六个段落进行了试验。　第一试验段落：段落ＩＤＫ８８＋３００～＋３１０，喷层厚度１０　ｃｍ，钢　纤维掺量０ｋｇ／ｍ３。　第二试验段落：段落ＩＤＫ８８＋３１０～＋３２０，喷层厚度１０　ｃｍ，钢　本次现场试验采用两台ＪＺＣ５００强制式搅拌机，实践证明强　制式搅拌机的搅拌效果较好。　４．２运输机械　运输机械应尽量缩短运送钢纤维混凝土的时间，确保混凝土　的品质，避免运输中的震动使钢纤维下沉、离析，影响混凝土的均　匀性。本次现场施工采用ＳＣＧＹ型混凝土搅拌输送车。　４．３湿喷混凝土设备　本次采用ＳＴＡＢＩＬＡＴＯＲ湿式喷浆机，该机属当今最先进的　湿喷混凝土设备，不足之处：一次投人大约２５０万，且该机对集料　的级配和塌落度要求很高。　４．４机械配套分析　单线长大隧道，采用湿喷钢纤维混凝土衬砌时，机械配套可　采用一台进口湿喷机，一台ＴＫ－９６１湿喷机，搅拌、运输、上料机　械与进口湿喷机相应配套。开挖后，先用ＴＫ一９６１湿喷机作施工　支护，加快开挖速度，开挖２０　ｍ左右，用进口湿喷机工作一次。　对于双线或多线隧道，可以只采用一台进口湿喷机，因为作　业面大，各工序互不干扰，可平行作业。　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗｅｔ　Ｓｐｒａｙ　Ｓｔｅｅｌ　Ｆｉｂｒｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｇａｏｂｉａｎｇｏｕ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｌｉ　Ｓｈｕｍｉｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｌｉｎｉｎｇ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　ｗｅｔ　ｓｐｒａｙ　ｓｌｅｅｌ　ｆｉｂｒｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎ　Ｇａｏｂｉａｎｇｏｕ　Ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｎｕｎａｒｉｚｅｓ　ｓｏｍｅ　ｅｘｐｅ—　ｒｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｌｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｒａｉｌｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｇａｏｂｉａｎｇｏｕ　Ｔｕｎｎｅｌ，ｗｅｔ　ｓｐｒａｙ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｒｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｒｅ　一１２—