喷射钢纤混凝土支护隧道围岩的施工技术.pdf

桥 隧机械 施 工技术 Br i d g e a n d T u n n e l Ma c h i n e r y& Co n s t c t i o n T e c h n o l o g y 喷射钢纤混凝土支护隧道 围岩 的施工技术 Cons t r uc t i o n Te c hno l o g w o f Sup po r t i ng Tunne l Sur r oundi ng Roc k by St e e l Fi be r Re i nf o r c e d S ho t c r e t e 郑丹 ZHENG Dan 湖 南 交 通 职 业 技 术 学 院 路 桥 系 ， 湖 南 长 沙 4 1 0 0 0 4 De p a r t m e n t o f Roa d Br idg e ，Hun a n Com m u n i c a t i o n Po l y t e c h n i c ， Ch a n g s h a 41 0 0 0 4， Hu n a n ， Ch i n a 【 摘要 】 将钢纤维混凝土与其他混凝土的力学特性和性 能进行对比分析 ， 探讨钢纤维混凝土的技术原理 ； 以工程实 例 为依 托 ， 对 其 施 工关 键 技术 作 扼 要介 绍 ， 证 明采用 喷 射 钢 纤维 混 凝 土 支 护隧 道 围 岩 能 改善 和 提 高工 程 构 造 物 本身 的结 构参 数 、 受 力性能 、 防水 性 能 、 耐 久性 能 、 抗 腐性 能 ， 符 合 新奥 法 的要 求 ， 具 有 一 次性作 为 永 久衬砌 的应 用前 景 。 【 Ab s t r a c t】 T h e me c h a n ic a l p r o p e r t ie s a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f s t e e l f i b e r c o n c r e t e a n d o t h e r c o n c r e t e s we r e c o m p a r e d a n d a n a l y z e d，a nd t h e t e c h n o l og y t h e o r y o f s t e e l f i be r c o n c r e t e wa s d i s c u s s e d Ba s e d on p r o j e c t p r a c t i s e ， t he key cons t r uc t i on t echn ol ogies w er e i n t r oduc ed The r esult s show t h at suppor t ing t unnel sur r oundi ng r ock by s t eel f i ber r ei nf or ced s hot cr et e can i m pr ove t he s t r uct ur a l par am et er s，m echani cal pr oper t y，w at er pr oof pr oper t y， dur abi l it y and ant i cor r osi on pr oper t y， w hi ch sat i sf i es t he r equi r em ent of new Aus t r i an t unneli ng m et hod an d c an be used as one t i m e per m anent l i ni ng 【关键词 】 钢纤维混凝土； 隧道支护 ； 力学特性 ； 作用机理 【 K e y wo r d s】s t e e l f i b e r c o n c r e t e ； t u n n e l s u p p o r t ； me c h a n ic a l p r o p e r t y ； me c h a n i s m 中 图 分 类 号 ： U4 5 5 7 文 献 标 志 码 ： B 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 - 0 3 3 X( 2 0 1 1 ) 1 1 0 0 7 6 -0 3 0 引 言 在 隧道 施工 中 ， 围岩 支护 具 有 良好 的稳定 性 ， 是 保 证 开 挖 施 工 安 全 、 施 工 质 量 、 施工 效 果 和 使 用性 能 的关 键 。 然而 许 多隧 道开 挖层 处于地 下 水丰 富 、 岩 石破 碎 、 多 断层 的软 弱 围岩环 境 中 ，这 些不 良地 质 会给 隧道 施 工 带 来 困 难 ， 并 导致 施 工后 一 些病 害 的产 生 。 目前 ， 人们 对 如何 有 效克 服这 些 困难 、 防治 病 害和 保证 施 工质 量 ， 做 了大量 的 探 索 ， 总结 了多种 有效 的工程 措 施 其 中采 用 喷射 钢 纤维 混凝 土 是 国 内近年 来借 鉴 和 运用 国外 经 验发 展 起来 的 一 种技 术 经济 可 行 、 效 果理 想 的工 程措 施 复合材 料 。其技 术原理 是 ： 因钢 纤维 具有很 高 的强度和 韧 性 ， 在 喷射 混凝 土 拌和 物 中掺 入适 量 的优 质钢 纤 维 ， 经 过 特定 的投 料顺序 和一 定 的时间拌 和后 ， 可 以均 匀分布 在混 凝 土 中 ， 成 为可进行 喷射 的新 型特种 混凝 土 。 其 作用机理 ： 大量 钢 纤维 均 匀 、 等 向 分布 于混凝 土 中。 与混凝 土 形成 较 大 的接 触 面 ， 从 而使 混凝 土 在抗 拉 、 抗 剪 、 抗 弯 强度 及 耐 磨 、 抗 冲 击 、 抗 裂等 性 能 方面都 有较 大 的 改善 和提 高 。 同 时 ， 钢纤 维 的存在还 能对 混凝 土张 力裂缝 的发展 起到 阻碍 及控 制作 用 ， 防止产 生裂 缝造成 内部 钢筋 加速腐 蚀及 混凝 土劣 化等 问题 2 钢 纤 维 混 凝 土 的 力 学 特 性 与性 能 对 比 1 钢 纤 维 混 凝 土 的 技 术 原 理 由试 验 可知 在 混 凝土 中添 加 适量 的钢纤 维 ， 其 抗 压 在 现代工程 施工 中， 采 用新 型建筑材 料和 新 型复合材 强度 、 抗 剪 强度 、 抗 弯 强 度 、 抗 变形 能 力 、 抗裂 能 力均 得 到 料来 提 高工程 建筑 物 的强度 、 刚度 和耐 久性 已成 为一种 发 了较 大提 高 ， 特 别是 韧性指 数 的提高 达几 十个数 量级 。韧 展趋势 。例 如 ： 将钢纤 维 与混凝 土复合 就会 成 为一种 新型 性指 数提 高又使 得混 凝土 的残余 抗弯 拉强 度提高 ， 从 而使 RMCM 黜 。 需 的 能量 为普 通 喷 混凝 土 的1 0 5 O 倍 。喷 射 钢 纤 维 混凝 土 在 大 变形情 况 下 与挂 网 喷混 凝 土相 比较 有 同等 的性 能 而 在 初裂 小 变形 情 况下 具有 更好 的残余 承 受荷 载 能 力 这说 明 在某 种程 度 上喷 射钢 纤维 混凝 土可 以代 替 钢 筋 网 喷混凝 土 和钢 筋 混凝 土 衬砌 。在 北 美一 些 国 家修 建 的若 干隧 道 中 已采 用喷 射 钢纤 维 混凝 土作 为永 久衬 砌 从经 济和 技 术上都 体 现 了它 的优越 性 。这是 因为 采用 喷射 钢 纤维 混凝 土 衬砌 ，能够 大量 节 省钢 筋绑 扎 和 挂 网 时 间 还 可 提 高安 全 性 能 满足 隧道 支 护施 工及 时 、 快速 、 安 全 的要 求 挂 网喷 混凝 土 施工 中 有时 很难 保证 与 岩 石 密贴 而 形成 良好 的结合 往 往 要增 加 喷 射厚度 且 产 生 大 量 的 回弹 ， 否则 会 因钢 筋 网 没有 完全 被 覆盖 或 背后 有 凹 陷 ，而 使钢 筋 网很 快发 生腐 蚀 ，从 而增 加 混凝 土 的消耗 量 。混凝 土 的收缩 干 裂会 降低 与岩 石 的结合 力 ， 加 入钢 纤 维 后 收缩 裂纹 受 到纤 维 的影 响 ，从而 均 匀 分布 并且 宽 度 变小 ， 这样 能 使衬 砌 的防水 性 能 、 抗 腐蚀 能 力得 到提 高 。 4 喷 射 钢 纤 维 混 凝 土 施 工 关 键 技 术 常 德 至 吉 首 高 速 公 路 度 龙 田 隧 道 全 长 1 1 7 9 m ， 围 岩 软 弱 开挖 中顶部 、 墙 体 均 出现 漏水 ， 底部 多处有 渗水 ， 洞 口至 进 深 3 0 IT I 内 的围 岩 破 碎 自稳 性 很 差 ， 接 近 于 I类 岩 为 保证 施 工安 全和 质 量 ， 该 段初 期 支护 采 用模 喷钢 纤 维 混凝 土施 工 ，其余 洞 内围岩 初期 支 护采 用 湿 喷钢纤 维 混凝 土 ， 要 求初 期施 工要 及 时跟 进 ， 以封 闭开 挖 面 。施 工 后 ， 取 得 了 很 好 的 效 果 。 喷 射钢 纤 维 混凝 土 用作 隧道 围 岩材 料 的优 越性 是 显 而 易见 的 ， 要 充 分发 挥其 优越 性 ， 施工 工 艺和质 量 控 制是 关键 。 下面 结合 湿 喷钢 纤维 混凝 土 的 施工 实践 ， 择其 重 点 略 作 介 绍 。 ( 1 )精 心设 计全 套 工艺 流程 ， 如 图3 所 示。 受喷面清理 ( 风、水) 集料称量 集料搅拌 l 埋设检测标高 喷射设备整修 喷射设备就位 H 湿喷钢纤维； 速凝剂备料 计量泵调整 l混凝土养护 图3湿 喷 钢 纤 维 混 凝 土 工 艺 流 程 ( 2 )根 据 不 同部 位 的设 计 强度 要求 ， 按 照 钢 纤维 混 凝 土 结 构设 计 与施 工规 程 的有 关规 定 ， 科 学合 理 地选 定 喷射 物 料 的配合 比。 ( 3 )合 理选 用 适应 性 能完 好 的 喷射 机具 。 ( 4)严 格 控 制 好 水 灰 比 ( 建 议 选 用 范 围 为 0 4 0 5) 。 ( 5 )严格 检 查 所 用材 料 ( 水 泥 、 砂 、 碎 石 、 速凝 剂 、 钢 纤维 等 ) 的质量 、 规格 ， 并经 试验 验 证合 格 后 ， 才能投 入 使 用 ( 速 凝 剂 掺量 由试 验 确 定 ， 一 般 为水 泥 质 量 的3 4 ， 速凝 剂 以液 态 型 为佳 ) 。 ( 6 )钢 纤 维 采 用 机械 加 入 ， 控 制 好 添 加 顺 序 和 添 加 数 量 ， 做 到 均 匀 分 布 不成 团( 钢 纤维 掺 量 由设计 给 定 ， 多 为3 5 - 4 0 k g m ) 。 ( 7 )合理 控 制搅 拌 时间 。 ( 8 )根 据 不 同喷 射 机 机 型 正确 选 择 喷 射参 数 ， 如 喷 射 距离 、 工作 风压 、 喷 射厚 度 等 。 ( 9 )确定 和 掌握 好 初 喷与复 喷时机 。 ( 1 0 )制订好 施工作业 中 的各项 安全措施和 应急 方案。 ( 1 1 )及 时进 行质 量检 测 ， 保 证 施 工质 量 。 5 结 语 ( 1 )相 比素 混凝 土 ， 采 用 喷射 钢 纤 维 混 凝 土 这 种 新 型复 合 材料 作 为隧 道 围岩 支 护 ，能 使 工程 构造 物 本 身 的 结构 参 数 、 受 力性 能 、 耐 久性 能等 多个 方面 得 到大 幅度 的 改 善和 提 高 ， 并具 有 广 泛 的适用 范 围 。 ( 2 )采用 喷 射钢 纤 维 混凝 土 符合 新 奥 法对 围岩承 载 能 力 的要 求 ， 施 工 中能做 到 及 时 、 快速 、 安全 ； 且 施 工 工 艺 简 单 ， 成 本 低 ， 受 力 性 能 、 防水 性 能 、 抗 腐 蚀 性 能 良好 ， 具 有 一 次性 永久 衬 砌 的应 用前 景 。 ( 3 )科学 的施 工工 艺和 严 格 的质 量 控 制是 保 证 施 工 质 量 和充 分 发挥 喷射 钢 纤维 混凝 土优 越 性 的关 键 。 参考 文 献 ： 1 易 成 ， 沈世钊 ， 谢 和平 局部 高密度钢纤维混凝 土疲 劳裂 纹扩 展实验研究U 实验力学， 2 0 0 1 ， 1 6 ( 2 ) ： 1 5 0 1 5 7 2 易 成 ， 沈世钊 ， 谢 和平 局部 高密度钢纤维混凝 土弯 曲疲 劳性 能研究口 土木工程学报 ， 2 0 0 1 ， 3 4 ( 6 ) ： 2 9 3 3 3 易 成 ， 谢和平 高密度钢 纤维混凝 土疲劳裂纹扩展 的分形描 述 L J 力学与实践， 2 0 0 1 ， 2 3 ( 6 ) ： 2 6 2 8 4 高峰 ， 孙 常新 隧道开挖模拟 的支撑荷载 法研 究E J 中国公 路 学报 ， 2 0 1 0 ， 2 3 ( 4 ) ： 7 O 一 7 7 5 胡新民 ， 李世秋 ， 吴村 ， 等 浅谈 公路 隧道围岩支护湿啧钢纤维 混凝 土施工技术 1 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 1 2 ) ： 6 8 6 9 收 稿 日期 ： 2 01 1 0 ： 3 - 3 0 责 任 编 辑 ： 王 玉 玲