鋼纖維噴射混凝土在隧道初期支護中的應用

摘要：結(jié)合槎路隧道工程實例，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要求和具體的施工工藝以及所具有的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：鋼纖維；韌性；干噴；體積率

1引言

鋼纖維混凝土是由水泥、水、中粗砂、骨料、鋼纖維及必要時摻入外加劑或摻和料按一定比例配制而成。鋼纖維混凝土具有良好的綜合力學性能，鋼纖維的加入可提高混凝土的強度、韌性及抗裂性，使混凝土的特性由脆性向彈塑性過渡，是目前國內(nèi)外比較先進的外摻料。鋼纖維按材質(zhì)分為普通碳素鋼和不銹鋼兩種類型，一般多用普通碳素鋼鋼纖維。鋼纖維混凝土自1963年進入實用化階段以來，在高層建筑、公路路面和橋面機場等工程中得到廣泛的應用，不僅提高了結(jié)構(gòu)的使用壽命，而且節(jié)約了大量投資。但其在隧道襯砌方面的應用卻不多。本文結(jié)合黎南復線槎路隧道的施工工藝，對鋼纖維混凝土在隧道襯砌方面的應用進行研究介紹。

2工程概況

黎南復線槎路隧道位于廣西壯族自治區(qū)南寧市南郊區(qū)，隧道起訖里程為DK2+070～DK44-290，全長2220m。該隧道屬于淺埋暗挖隧道，大部分埋深在5～10m左右，且要穿越超過400m的公路及房屋建筑。地質(zhì)為膨脹泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，圓礫土及煤層等；地下水豐富，開挖過程中涌水量較大，且具有溶出型侵蝕性和腐蝕性，施工難度較大。根據(jù)工程地質(zhì)情況及相關要求，在施工時，全隧采用“新奧法”施工工藝，暗洞段采用復合襯砌和復合加強襯砌兩種方法。在穿越公路、樓房等建筑物段采用復合加強襯砌，即在初期支護中噴射鋼纖維混凝土。

3噴射鋼纖維混凝土

3．1對鋼纖維的基本要求

為了達到最佳施工質(zhì)量及相關要求，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。

3．1．1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。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。詳見表1(表中數(shù)據(jù)由廠家通過大量試驗提供)。

3．1．2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0．5%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。詳見表2(表中數(shù)據(jù)由廠家通過大量試驗提供)。

3．2配合比設計及要求

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。

3．2．1配合比設計
槎路隧道初期支護混凝土設計強度為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。

3．2．2有關要求

(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20mm，等效直徑0．4mm，長徑比為50，鋼纖維體積率為1%，約每立方混凝土8Okg。

(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36O～450kg／m。

(3)細骨料：采用硬質(zhì)、潔凈的中砂為宜，細度模數(shù)Mk=2．5～3．3。據(jù)經(jīng)驗，天然含水率在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SO3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%～4%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。