桥隧机械＆施工技术 Ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｃｏｎｓｔ￣ｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 喷射钢纤混凝土支护隧道围岩的施工技术 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｗ ｏｆ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｏｃｋ ｂｙ Ｓｔｅｅｌ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ 郑丹 ＺＨＥＮＧ Ｄａｎ 湖南交通职业技术学院路桥系，湖南长沙４１０００４ Ｄｅｐａ ｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ，Ｈｕｎａｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１ ０００４，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ 【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。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｈａ ｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍ— ｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｐｒａｃｔｉｓｅ， ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｂｙ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｐｒｏｐｅｒｔｙ， ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｗｈｉｃｈ ｓａｔｉｓｆｉｅｓ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｏｎｅ—ｔｉｍｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｌｉｎｉｎｇ． 【关键词】钢纤维混凝土；隧道支护；力学特性；作用机理 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｔｕｎｎｅｌ ｓｕｐｐｏｒｔ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 中图分类号：Ｕ４５５．７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００－０３３Ｘ（２０１１）１１—００７６－０３ ０引言 在隧道施工中，围岩支护具有良好的稳定性，是保证 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 开挖施工安全、施工质量、施工效果和使用性能的关键。 凝土中，成为可进行喷射的新型特种混凝土。其作用机理： 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 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 难，并导致施工后一些病害的产生。目前，人们对如何有 磨、抗冲击、抗裂等性能方面都有较大的改善和提高。同 效克服这些困难、防治病害和保证施工质量，做了大量的 时，钢纤维的存在还能对混凝土张力裂缝的发展起到阻碍 探索，总结了多种有效的工程措施．其中采用喷射钢纤维 及控制作用，防止产生裂缝造成内部钢筋加速腐蚀及混凝 混凝土是国内近年来借鉴和运用国外经验发展起来的一 土劣化等问题［ 种技术经济可行、效果理想的工程措施 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 料来提高工程建筑物的强度、刚度和耐久性已成为一种发 强度、抗剪强度、抗弯强度、抗变形能力、抗裂能力均得到 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 。 … … ～ （４）严格控制好水灰比（建议选用范围为０．４～０．５）。 需的能量为普通喷混凝土的１０～５Ｏ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 （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 力 一般为水泥质量的３％～４％， 这说明．在某种程度上喷射钢纤维混凝土可以代替 用（速凝剂掺量由试验确定，钢筋网喷混凝土和钢筋混凝土衬砌。在北美一些国家修 速凝剂以液态型为佳）。 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 （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３５－４０ ｋｇ・ｍ ）。 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１ １７９ 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３０ ＩＴＩ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。 （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。 （１０）制订好施工作业中的各项安全措施和应急方案。 （１１）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，２００１，１６（２）：１５０—１５７ ［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，２００１，３４（６）：２９～３３ ［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 ＬＪ］力学与实践，２００１，２３（６）：２６—２８． ［４］高峰，孙常新．隧道开挖模拟的支撑荷载法研究ＥＪ］中国公路 学报，２０１０，２３（４）：７Ｏ一７７． ［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，２００４（１２）：６８—６９． 收稿日期：２０１１—０：３－－３０ ［责任编辑：王玉玲］
