張欲晗

（中鐵十二局集團 山西 太原 030032）

0 引言

在歐洲、日本等國，鋼纖維噴射混凝土已成為隧道支護的主要結(jié)構(gòu)形式和施工方法，我國干噴法鋼纖維混凝土近年來發(fā)展的也較快。但是相比歐美、日本等國，我國目前的相應(yīng)的研究、技術(shù)指導(dǎo)文件、行業(yè)標準還是有些滯后，有關(guān)的試驗和檢驗的細節(jié)國內(nèi)尚無相應(yīng)的標準，雖然大量引用國外標準內(nèi)容，仍缺乏大量工程應(yīng)用的借鑒。

1 工程概況

卡邁爾公路隧道位于以色列海法市中心，是由東、西隧道組成，為雙向分離式隧道，共4座單洞，全長9495m。該隧道屬于暗挖隧道，洞身穿越礫巖 （Conglomerate）、白堊巖（Chalk）、石灰?guī)r（Limestone）、凝灰?guī)r（Tuff）、白云巖（Dolomite）等，地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度大，其中西隧道穿越的890米火山凝灰?guī)r段地段尤為復(fù)雜。隧道不設(shè)二次襯砌，采用C30/37干噴鋼纖維混凝土、格柵鋼架、砂漿錨桿組成的聯(lián)合錨噴支護體系作為永久支護；該隧道采用新奧法施工，安全質(zhì)量控制采用歐洲及以色列等國家相關(guān)安全技術(shù)質(zhì)量控制標準。

2 原材料要求及配合比

該隧道襯砌全部采用C30/37鋼纖維噴射混凝土作為永久支護，大部分噴射混凝土厚度為400mm，其中凝灰?guī)r地段設(shè)計厚度為800mm，鋼纖維摻量設(shè)計要求不低于50kg/m3，采用干噴法施工工藝。

2.1 為了達到最佳施工質(zhì)量及相關(guān)要求，在進行噴射鋼纖維混凝土配合比設(shè)計前，對混凝土原材料都有具體的要求。

2.1.1 鋼纖維

根據(jù)國內(nèi)大量的實驗研究和工程應(yīng)用，在選取鋼纖維幾何參數(shù)和摻量時，要兼顧鋼纖維混凝土強度和韌性以及拌合物的施工性能，對于隧道襯砌而言，混凝土的阻裂、增強、增韌效果以及工程的成本是非常重要的，對于施工有特殊要求的干噴法噴射混凝土，不僅僅韌性要求較高，而且還要承受爆破、圍巖荷載的情形，所以選擇鋼纖維宜細長些、摻量宜高些。本工程選用性能優(yōu)良的新型高強鋼絲切斷端鉤型纖維，選用鋼纖維長度33mm，長徑比為60，鋼纖維摻量50kg/m3，體積率約為0.62%。

經(jīng)試驗試配和現(xiàn)場試噴表明，其增強效果和施工性能以均可滿足要求。

2.1.2 水泥

采用CEMI52.5R水泥，早期強度高，增長快，后期強度有保障，鋼纖維混凝土中水泥用量較大，為360kg/m3～480kg/m3。

2.1.3 細骨料

采用硬質(zhì)、潔凈的中砂為宜。

2.1.4 粗骨料

質(zhì)地堅硬的人工碎石均可，噴射混凝土最大粒徑不宜過大，選用粒徑為5mm～10mm的碎石。我國噴射混凝土骨料最大粒徑通常為15mm，砂率45%～50%，但考慮到減少噴射管道輸送阻力減少堵管和減少回彈，及參考當?shù)貒乙?guī)范，確定最大骨料粒徑為10mm，砂率為50%～70%。

2.1.5 水

選用飲用水。

2.1.6 速凝劑

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。使用前先做與水泥的相容性試驗及水泥凈漿凝結(jié)效果試驗，初凝時間不應(yīng)大于5min，終凝時間不應(yīng)大于10min。經(jīng)試驗選定摻量為水泥質(zhì)量的3%。

2.2 配合比

根據(jù)鐵道科學(xué)研究院的試驗證明，決定抗壓強度的主要因素仍然是噴射混凝土的配合比設(shè)計。通過對C30/37干噴鋼纖維混凝土強度、抗?jié)B性和抗氯離子滲透性等耐久性特性要求的綜合分析，結(jié)合以色列當?shù)卦牧咸匦?，通過計算及試驗室反復(fù)比選，C30/37噴混凝土理論配合比設(shè)計如下所示：

CEMI52.5R 水泥，477kg；機制砂 0.15-5mm，822kg；粗骨料（碎石）5-10mm，803kg；鋼纖維，50kg；速凝劑：MEYCO SA 162(液態(tài))；水，238kg。

3 施工工藝與控制

3.1 混凝土拌制、存放和運輸

圖1 混凝土施工工藝流程圖

鋼纖維在拌和料中的分布均勻性，不僅與原材料和攪拌工藝有關(guān)，而且受攪拌機械和投料方法影響更大。本工程施工中采用雙階式攪拌站和雙臥軸強制式攪拌機。

干噴法施工時，噴錨料應(yīng)盡量隨拌隨用，摻入速凝劑時存放時間不得超過20分鐘，不摻入速凝劑時干混合料存放時間不超過1小時，否則被視為廢料，廢料不可以再使用。在運輸和存放過程中不得淋雨、流入水或其他雜質(zhì)。

表1 噴射混凝土試驗項目檢驗標準

3.2 人員配備

噴射手兩人輪換及輔助工作，兼任工班長；上料四人，兩人一組輪換工作，每組一人兼任噴射機司機；攪拌3人，1人為攪拌機司機，兩人輪換兼任運料車司機；另需當值電工1人。

3.3 現(xiàn)場噴射作業(yè)

3.3.1 在施工時還應(yīng)注意風(fēng)壓對噴射鋼纖維混凝土的影響。采用適當?shù)娘L(fēng)壓是減少回彈損失、鋼纖維均勻分布的必要條件。若風(fēng)壓過大，粗骨料碰圍巖后會回彈，降低風(fēng)壓則橫向氣流的壓力和流速也會降低，這樣不僅會減少鋼纖維的回彈損失，也會改善鋼纖維分布的不均勻性；若風(fēng)壓小，噴射動能小，粗骨料沖不進砂漿層而脫落，都將導(dǎo)致回彈量增大。以混凝土回彈量小、表面濕潤有光澤、易粘著為度來控制噴射壓力。送風(fēng)之前先打開計量泵，送風(fēng)后調(diào)整風(fēng)壓，噴射風(fēng)壓控制在0.45～0.7MPa為宜。

3.3.2 混合料經(jīng)過10mm的篩后進入混凝土噴射機通過膠管長距離的高速輸送，在噴頭處已稍有分離，水在按比例混合液體速凝劑后在噴頭處加入，噴射應(yīng)根據(jù)當前標定的給水速度和水壓調(diào)整噴頭處的水閥，按混凝土配合比設(shè)計確定的水灰比供水（扣除拌和時降塵用水）。

噴射混凝土?xí)r，噴槍要盡量垂直地正對工作面，噴射方向與受噴面垂直等距噴射，噴頭與受噴面距離1.0～1.5m。若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時，可將噴嘴稍加偏斜，但不宜小于70°，噴頭連續(xù)平穩(wěn)地自下而上水平橫向移動，成一圈壓半圈的螺旋緩慢移動，保證混凝土層面平順光滑。

3.3.3 分層噴射混凝土到設(shè)計厚度，每層厚8～20cm；格柵鋼架保護層不小于5cm。整個噴射混凝土表面要平順。噴射作業(yè)分段分片依次進行，噴射順序自下而上，分段長度不大于6m。分層噴射時，后一層噴射在前一層混凝土終凝后進行，若終凝1h后再進行噴射時，先用高壓風(fēng)水清洗噴層表面。在噴射下臺階及仰拱時，需首先將噴射面清理干凈，禁止回彈料混入下部噴層中形成“蜂窩”，降低支護體系的強度。噴射過程中必須注意回彈物對工作人員的傷害，應(yīng)加強防護，特別是對眼睛的防護。

3.3.4 養(yǎng)護

混凝土施工質(zhì)量的好壞，受養(yǎng)護的影響相當明顯。因此在混凝土噴射完畢后要及時灑水養(yǎng)護，其養(yǎng)護時間不應(yīng)小于14d。

4 試驗控制指標及性能研究

測試方法及控制指標

4.1 鋼纖維含量

噴射混凝土鋼纖維含量測定時為鋼纖維與混凝土干拌料比值的百分數(shù)。

4.2 抗壓強度

混凝土試驗檢測為實體鉆心取樣檢測，根據(jù)檢驗頻率隨機選取取芯位置，由第三方試驗室進行取芯試驗檢測。如取樣不合格，則加倍取樣，若仍有不合格試樣，則判定此檢驗批混凝土為不合格。C30/37混凝土的標準立方體抗壓強度為37MPa，其標準圓柱體軸心抗壓強度為30MPa，經(jīng)計算后對比試驗驗證，試驗芯樣28d的抗壓強度不小于42MPa，且單個芯樣的強度值不小于90%設(shè)計強度。

4.3 粘結(jié)強度

混凝土的粘結(jié)強度即為噴射混凝土與巖石的粘結(jié)強度。

4.4 缺陷等級

混凝土的缺陷等級通過鉆芯所取試樣的來評價其外觀缺陷等級，其結(jié)果與鋼纖維混凝土攪拌的均勻性和噴射混凝土的噴射水平有很大關(guān)系。

噴射混凝土的各試驗項目控制指標見表1。

5 結(jié)束語

卡邁爾隧道工程實踐證明，鋼纖維噴射混凝土本身施工快捷、方便，有利于工程質(zhì)量安全和進度，在適應(yīng)隧道施工空間有限、隧道斷面多變，橫通道避車洞多等作業(yè)施工條件等方面具有明顯的優(yōu)越性。同時，混凝土質(zhì)量及施工進度對配合比的選擇和施工工藝有較高的要求，所以在施工前的精心比對選取配合比和施工前的試噴非常重要；另外，鋼纖維的摻量對混凝土的工作性也有很大的影響，應(yīng)引起重視。

［1］STATE OF ISRAEL.CHAPTER 54:General Specification[M].2nd edition.Updated,1997.

［2］懷平生.以色列卡邁爾隧道凝灰?guī)r段設(shè)計施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2009（11）：30-33.

［3］程慶國，等.鋼纖維噴射混凝土理論及應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

［4］BRITISH STANDARDS INSTITUTION.BS EN 206-1:2000 Concrete–Part 1:Specification,performance,production and conformity.

［5］中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準:CECS38:2004纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程及條文說明[S].北京：中國計劃出版社，2004.

［6］EFNARC 1996.European specification for sprayed concrete[OL].www.cfnarc.org.

［7］ASTM CI116-02 standard specification for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete[S].Philadelphia.P.A.:American society for testing and Materials(ASTM).