钢纤维喷射混凝土在垭口山隧道施工的应用

第11卷第12期中国水运V ol.12

N o.11

2011年12月Chi na W at er Trans port D ecem ber 2011

收稿日期：2011-09-15作者简介：霍

营，男，吉林省公路工程监理有限责任公司工程师。

魏健民，男，吉林市交通局工程师。

钢纤维喷射混凝土在垭口山隧道施工的应用

霍

营，魏健民

（吉林省公路工程监理有限责任公司，吉林长春130000；2吉林市交通局，吉林吉林132001）摘

要：介绍钢纤维喷射混凝土在隧道施工中的应用。

关键词：钢纤维喷射混凝土；隧道施工；应用中图分类号：U 452.1文献标识码：A

文章编号：1006-7973（2011）12-0192-02

一、引言

钢纤维喷射混凝土是由水泥、水、中粗砂、骨料、钢纤维、速凝剂及必要时掺入的外加剂或掺合料按一定比例配置而成，可显著改善喷射混凝土的抗裂性、延性、韧性以及抗冲击性，钢纤维喷射混凝土即使出现裂缝，结构仍能保持其整体稳定性（维持持续承载的能力，即“裂后效应”）。因其具有高抗冲击、抗震、抗裂性能以及高韧性、吸收变形能力

强，相对于普通喷射混凝土，钢纤维喷射混凝土更适合于在

恶劣地质条件下的使用，近年来，流化剂应用于喷射混凝土后，钢纤维湿喷混凝土施工工艺得到极大的发展，钢纤维喷射混凝土技术在隧道和地下工程中的衬砌支护、矿山巷道的软岩支护、建筑物与桥梁的修补加固、水工建筑的面板防渗加固处理等很多工程项目上得到应用。

钢纤维湿喷混凝土主要是由标准水泥、最大粒径8~10m m 的骨料、硅粉、流化剂、超流化剂及速凝剂等构成，用于隧道衬砌时，可配出C35~C45强度的喷射混凝土，用于修复时，可达到C55强度。

本文结合吉林援建垭口山隧道项目，对钢纤维喷射混凝土在隧道衬砌方面的应用进行研究介绍。

二、工程简介

四川省黑水县省道302线吉林援建垭口山隧道是一座单线双车道对向行车二级公路标准的隧道。隧道穿越南北向的分水岭，进口侧为“U ”形沟谷，隧道总长度为2,302m ，隧址区海拔3,700~4,500m ，属于深切高山区，年平均气温3.5℃，岩体主要由青灰色糜棱岩、青灰色强风化变质砂岩构成，其中V 级围岩952m 、IV 级围岩1,350m ；共穿越7个断层，地下水丰富、开挖过程中涌水量大，掌子面最大涌水量达275m 3/h ，为目前我国在建最高公路隧道，施工难度极大，在穿越断层、涌水地段采用钢纤维喷射混凝土。

三、钢纤维喷射混凝土配合比1．钢纤维选用参数

钢纤维喷射混凝土配合比的核心在于钢纤维的掺量、砂率和最大骨料粒径，砂率和最大骨料粒径考虑的主要因素是减小喷射管道的输送阻力，而钢纤维喷射混凝土的增强效果与钢纤维的长度、直径和长径比息息相关。钢纤维的增强作用随长径比增大而提高，长度太短起不到增强作用，太长则

施工困难、影响拌合质量，直径过细在拌合时容易弯折；过粗，在同体积率时，其增强效果差。

试验表明：钢纤维长度在15~60m m 、直径或等效直径在0.3~1.2mm 、长径比在30~100的范围内，其施工性能和增强效果能达到使用要求，最大骨料粒径10mm ，砂率50%~70%。

2．钢纤维的体积率选用范围

钢纤维喷射混凝土中钢纤维的体积率过小，其增强作用差，国外一般以0.5%为最小体积率；而钢纤维体积率过大，超过2%体积率时，拌合物和易性变差，施工困难，难以保证施工质量，在吉林援建垭口山隧道建设项目中，采用1.1%体积率。

3．其它材料参数

砂：中粗砂（河砂），模度系数大于2.5，用5m m 筛网过筛；

粗骨料：5~10mm 连续级配机制碎石，使用前用5m m 和10mm 筛网筛去石粉和大粒径骨料；

水泥：425号普通硅酸盐水泥；水：饮用水（雪水）；

速凝剂：水灰比0.4的净浆试验满足初凝小于5m in ，终凝小于10min ，掺量小于水泥重量的5%；

硅粉：普通硅粉，硅粉按水泥量的8%~10%使用，加入硅粉主要是为了加强喷射混凝土与岩体表面的粘附性。

4．配合比

吉林援建垭口山隧道初期支护采用C25喷射混凝土，其理论配合比为：425普通硅酸盐水泥468k g ；中粗砂942k g ；5~10m m 级配碎石770kg ；水220k g ；速凝剂18.5k g ；硅粉45kg ；钢纤维85k g ；坍落度：15~20cm ；

四、钢纤维喷射混凝土的施工工艺1．混凝土的拌制与运输

施工用钢纤维喷射混凝土采用搅拌站集中拌制；投入搅拌机的每盘拌合料严格按施工配合比配料；开工第一盘拌合料用适量砂浆搅拌，拌后废弃；搅拌机装料顺序为砂、水泥、硅粉、速凝剂、碎石，进料后，边搅拌边加水，再加入钢纤维搅拌2~3m in 即可；搅拌均匀后，采用混凝土搅拌运输车进行运输。

2．混凝土喷射作业

第12期霍营等：钢纤维喷射混凝土在垭口山隧道施工的应用

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本工程钢纤维喷射混凝土采用湿喷法进行施工，主要作业过程为：

①打开湿喷机电源，调试、运转喷射机，同时检查各管路是否畅通；

②打开风阀开始送风，由于钢纤维喷射混凝土运送阻力大，要求系统风压必须大于0.5MPa，控制在0.5~0.7MPa 之间；

③上料：上料时经料斗过筛，保证料斗中混凝土拌合物不少于料斗容积的一半，密闭气料混和仓进料；

④喷射混凝土：喷头移动分部、分段、分片进行，按由下而上，先边墙、后拱部，最后喷射拱顶的顺序进行，喷头移动轨迹呈螺旋形均匀、缓慢移动，喷头与喷射面尽量垂直，保持在70°~90°之间为佳；

⑤应急处理：喷射作业时，最常见问题为堵管，发生堵管时，先停主机电源，再停高压风，排除故障时，严禁将喷头或出料口对着自己或旁人，防止突然通畅，管内残余混凝土射出伤人。

五、钢纤维喷射混凝土施工质量控制

影响钢纤维喷射混凝土施工质量的因素主要在于原材料和施工工艺以及现场管理，主要从以下几个方面控制。

1、需保证施工所用材料均为合格材料，且能满足施工配合比相关级配要求；

2、控制好搅拌质量，控制好搅拌时间，杜绝钢纤维搅拌过程中出现结团现象；

3、混凝土运输过程中振动不应太大，混凝土运输车尽量匀速行驶，混凝土运输过程中混凝土搅拌罐应缓慢转动；

4、养护：隧道施工过程中，因洞内潮湿多水，一般采用自然养生即可；

总之，施工钢纤维喷射混凝土时，须做到：喷射混凝土厚度满足设计要求、表面无干斑、裂缝、脱落现象，且必须做到无空洞、无杂物。

六、钢纤维喷射混凝土与普通喷射混凝土相比的优点

钢纤维喷射混凝土主要是通过韧性发挥其作用，可在隧道洞口段和断层破碎带或膨胀性围岩的围岩恶劣的场合、大土压力作用的地点和隧道交叉段、扩大段等构造上产生很大应力的地段使用，与普通喷射混凝土相比，具有以下优点：

1、钢纤维喷射混凝土可有效防止剥落；

2、回弹较小，回弹率在5%~10%左右，较普通喷砼相比，回弹率大大降低；

3、湿喷钢纤维喷射混凝土时，产生的粉尘很少，可以大大改善工人施工作业环境；

4、水灰比小，透水性低，可在一定程度上防止渗漏水；

5、无需做防腐蚀处理，可防止电解。

七、总结

钢纤维喷射混凝土可以极大地改善普通喷射混凝土的物性，在发生很大荷载和变形的隧道洞口和断层破碎带、膨胀性围岩、弯曲应力大的扁平断面、隧道分叉地段、发生复杂应力的地段等，使用后所取得的效果非常明显。

采用钢纤维喷射混凝土，可以有效防止混凝土的开裂，即使发生开裂，横切开裂面的纤维也可负担一部分压力，使开裂的发展受到控制，不会产生急剧的承载力降低，从而防止喷射混凝土的剥离和剥落。

（上接第165页）

表3标贯击数与粘性土液性指数I L的关系

N63.5<22~44~77~1818~35>35

I

L

>11~0.750.75~0.50.5~0.250.25~0<0

土的状态流塑软塑软可塑硬可塑硬塑坚硬表4用单桥触探参数判别粘性土的塑性状态

I

L

00.250.500.75 1.0

p

s

（MPa）（5~6）（2.7~3.3） 1.2~1.50.7~0.9<0.5

图3苏州薄层状粘性土锥尖阻力与比贯入阻力相关关系曲线目前国内双桥静力触探使用广泛。《静力触探击数规则》（TBJ37-93）[5]指出单桥触探试验确定的比贯入阻力和双桥

静力触探试验测定的锥尖阻力比值（p

s /q

c

）多在1.0~1.3

之间，推荐比值系数为。苏州地区该土层的比贯入阻力和锥尖阻力拟合关系为=q，相关性系数R=6，与规范推荐值相当。

综上分析，苏州薄层状粘性土的压缩模量与标贯击数、比贯入阻力（或锥尖阻力）、的拟合曲线，及表2和表3推荐的取值。对苏州地区该种土按表5中的压缩模量范围来判断其状态，经验证，判定结果与现场实际情况相符。

表5基于压缩模量的状态判别

压缩模量（MPa）<3.5 3.5~4.4 4.4~5.7 5.7~10.5状态流塑软塑软可塑硬可塑

四、结论

苏州滆湖组粉质粘土夹砂由于其层状结构，导致其稠度指标试验误差过大，不能正确指示土的状态，利用压缩模量与标贯和静探指标的关系，可准确判定土体的状态。

参考文献

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200189212.

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