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湿法喷射钢纤维混凝土作为永久支护的运用

摘 要： 本文介绍了湿法喷射钢纤维混凝土作为永久支护在××辅助洞中的应用，并根据××辅助洞的实际情况总结出湿法喷射钢纤维混凝土的施工方法、措施以及施工注意事项，为以后规模使用湿法喷射钢纤维混凝土取代模注混凝土作为隧道永久支护施工提供参考。

1 工程背景
××水电枢纽工程辅助洞为全长17.5公里的特长公路隧道，一般埋深1500～2000米，最大2375米，具有洞线长、埋深大、突水突泥、高地应力、独头掘进长特点。洞身走向
N58°W，近似垂直横穿××山脉，分别穿越三迭系上统、中统、下统，其中又以中统的T2b（白山组）、T2z（杂谷脑组）和T2y（盐塘组）为主（大约占全洞段的90%），并以T3、T1等相互交叉间隔其间。辅助洞西端断层密布，段内地层支离破碎。钢纤维混凝土具有改善混凝土的脆性，增加韧性，提高混凝土抗拉、抗剪和抗冲击力的性能。全洞段工程除了1857.9m进行模注混凝土支护以外，其余洞段均以喷射钢纤维混凝土为主进行永久支护，占全洞段的89.4%。
2 喷射混凝土支护参数
在××辅助洞的支护中，喷射混凝土支护参数如表1：
表1 喷射混凝土支护参数
围岩类别
强度等级
厚度（cm）
模筑厚度（cm）
备注
II
CF25
10

III
CF25
15

IV
CF25
15
60
全洞合计1857.9m
V
CF25
18（4cm素砼）
60
3 喷射钢纤维混凝土施工工艺
3.1 喷射混凝土组分选用
① 速凝剂:选用跨越2000砼液体速凝剂，在环境温度为20℃时，掺有速凝剂的水泥浆初凝时间<3分钟，终凝时间<10分钟。
② 减水剂:跨越2000掺高效减水剂，减水率≥15%。
③ 水泥:采用峨胜牌P.O42.5R水泥
④ 钢纤维:采用砼盾切断型钢纤维，长度30mm，直径0.6mm，抗拉强度＞1000Mpa。
⑤ 骨料:粒径以5～10mm为宜，最大粒径不超过15mm。
3.2 配合比确定
湿法喷射钢纤维砼配合比如表2:
表2 喷射钢纤维砼配合
设计
强度
水灰比
坍落度
（mm）
材料用量
kg/m3
水泥
骨料
水
速凝剂
减水剂
钢纤维
湿C25
0.47
120～160
459
1528
215
13.77
3.21
60
3.3 主要施工设备及劳动力安排
3.3.1 主要施工设备如表3：
表3 主要施工设备
序
设备名称
型号
生产能力
生产厂家
1
MEYCO Potenza砼喷射机
MEYCO
Robojet 04/EH
30m3/h
瑞士
2
配料机(电子秤)
HPL-1200型
35 m3/h
成都金瑞建工机械厂
3
强制式砼拌合机
JDY500BH型
23～28 m3/h
新都核工业机械厂
4
砼输送罐车
GTB—Ⅱ
6 m3
成都勤宏工程机械厂
5
开挖台车
TAMROCK SUPER315

6
挖掘机
DH130W-V

山东烟台
3.3.2 核心设备介绍
整个喷射作业的核心设备是MEYCO Potenza砼喷射机，其由行走及支撑系统、液压驱动单元、电控单元、泵送系统（自带空压机）、配料系统、机械手、遥控系统和照明系统组成，喷射能力为 30m3/h，行走速度为最大可达35 km/h，外部尺寸为6630×2340×2880（mm），定点作业高度13m，左右宽度10m，前后12m。

3.3.3 劳动安排：
序号
工作内容
人数
1
供应砂
2
2
供碎石
3
供水泥
2
4
供钢纤维
1
5
拌合砼(机械)
1
6
砼运输
3
7
喷射机司机
1
8
喷射机械操作手
1
9
进料
2
10
管线路维护
1
11
混凝土养护
1
12
合计
15
3.4 工艺流程：
喷射钢纤维混凝土施工工艺流程见下图：
养 护
钢纤维、水泥、骨料等
拌合机
运 输
喷射机
受喷面
电力、水
速凝剂
图1 喷射混凝土施工工艺流程

3.5 钢纤维混凝土喷射作业
3.5.1 施工准备
① 用DH130W-V型轮胎式挖掘机清除受喷面大块松散石块；
② 用高压水或风（绿泥岩等不良地质）清洗受喷面，把小块松散、破碎岩石、碎屑或粉尘和泥浆清除干净；
③ 有明显渗水地段应事先作好树枝状排水导管或泄水孔处理；

④ 埋设控制混凝土厚度的标志；
⑤ 检查MEYCO Potenza砼喷射机液压驱动单元、电控单元、泵送系统（自带空压机）、配料系统、机械手、遥控系统是否完好，并进行试运行。
3.5.2 喷射作业技术要点
① 严格称量，砂、石称量允许偏差±3%，水泥和添加剂允许偏差±2%；
② 搅拌时间不得低于60s，由于钢纤维是纤维状，搅拌时间宜在80～90s间，保证搅拌均匀；
③ 作为永久支护的喷射钢纤维混凝土在施工时通常分两步：
第一步：开挖后对岩面的即时封闭，厚度5cm；
第二步：在围岩变形趋于稳定后，喷够设计厚度，一般不一次喷够厚度。
④ 开始操作时，按以下顺序进行，启动主电机和液压泵——启动混凝土泵——启动配料泵——向料斗加料，混凝土泵在启动7S后才具有泵料能力；
⑤ 喷头与受喷面尽量垂直，距离保持1.5～2.0m为宜，对挂有钢筋网的受喷面，应减少喷头到受喷面的距离，并灵活调整喷射角度，保证钢筋内侧喷护密实；
⑥ 喷射作业应分段分片依次进行，自下而上，缓慢移动，若受喷面不平，应先喷凹坑找平；
⑦ 在有水地段进行喷射作业时，先从远离渗水出水处开始，逐渐向渗漏处逼近，将散水集中，安设导管把水引出，在向导管逼近喷射；
⑧ 喷射时，先喷一层加大速凝剂的水泥沙浆，并适当减小工作风压，待水泥沙浆形成薄壳后在进行喷射；
⑨ 喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间不少于7个昼夜，放炮在终凝3h后进行；
⑩ 工作完毕进行以下操作：
关闭压缩机——关闭外加剂筒出口处的球阀——清洁混凝土喷射机及附件——将机械手移到停放或行走位置，完全收回滑臂和大臂——关闭主开关——断开外接电源——从主电源上拆下电缆并卷起——行走、停放在合理位置。
4 经济技术效果
4.1 效率高
以上的设备配备在考虑了各种不利因素后，工作效率仍然很高，可达到10～15m3的喷射能力，即连续工作1小时，可以完成辅助洞5～7m长的支护量，效率极高；

4.2 回弹量
喷射现场混凝土回弹较少，无成块掉落现象，在多次试验和检测中，通过回收掉落混凝土过秤测定，隧道内综合回弹率在7%～8%之间。
4.3 粉尘测定
通过对施工检测，粉尘含量在6～7mg/m3之间。
4.4 强度
钢纤维混凝土的强度完全符合设计强度要求。
4.5 监控量测成果
通过对多个已喷断面进行监控量测，其围岩变形均在规范允许范围内，对围岩的保护和支撑效果良好。
5 几点体会
在××已施工的3km范围内，90%以上的洞段是以喷射钢纤维混凝土进行永久支护的，在整个施工过程中和模筑混凝土相比较，以下几点较深体会：
① 施工方便、灵活，整个工作均在不影响掌子面工序的间隔时间内完成；
② 免去气泡、爆模、施工缝等在模注混凝土施工中常见的病害；
③ 施工时间自由调整；
④ 节约了大量的模板购置费用，
⑤ 节省了因关模、养护、拆模所需的大量时间和人力物力。
⑥ 工作效率高，有利于工期较紧张的施工项目。