鋼纖維噴射混凝土在隧道初期支護中的應(yīng)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(shù)要求和具體的施工工藝以及所具有的經(jīng)濟效益。

關(guān)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(xué)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(yīng)用卻不多。本文結(jié)合黎南復(fù)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(yīng)用進(jìn)行研究介紹。

2工程概況

黎南復(fù)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(guān)要求，在施工時，全隧采用“新奧法”施工工藝，暗洞段采用復(fù)合襯砌和復(fù)合加強襯砌兩種方法。在穿越公路、樓房等建筑物段采用復(fù)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(dá)到最佳施工質(zhì)量及相關(guān)要求，在進(jìn)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(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(xì)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(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(jìn)行論述。

3．2．1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。

3．2．2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(xì)骨料：采用硬質(zhì)、潔凈的中砂為宜，細(xì)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。