《钢纤维喷射混凝土在某水电站引水隧洞工程施工中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢纤维喷射混凝土在某水电站引水隧洞工程施工中的应用（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、钢纤维喷射混凝土在某水电站引水隧洞工程施工中的应用2009-11-20 09:21:06 黄河规划设计2009 年第 3 期 作者：高旭辉 周延国 王建功 微博评论 浏览次数：0字号：T|T摘要钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，已成为混凝土科学发展的一个方向，并以其良好的抗裂性、弯曲韧性、抗托与抗弯强度等性能，正广泛应用于各类工程建设领域。本文根据某水电站引水隧洞的地质条件及施工现状，提出对类围岩洞段可用钢纤维喷射混凝土替代网喷混凝土的支护处理方案，在实际施工过程中取得了良好的效果。 关键词类围岩网喷混凝土 钢纤维喷射混凝土 效果评价1 工程概况某水电站位于四川省境内的木里河（雅砻江支流）上，
2、是木里河六个梯级电站中的第三级。该水库采用低闸引水式发电，电站装机 4 台，单机容量 60MW，总装机容量 240 MW。电站枢纽工程由首部枢纽、引水系统、地面厂房系统等建筑物组成。引水系统由引水隧洞、调压室、压力管道组成。引水隧洞布置在右岸，从进水口至调压井，全长 18.7km，为有压圆形洞，衬砌后的过水断面为7.2m（最大开挖断面达 8.4m）。2 引水隧洞区工程地质条件引水隧洞沿线出露岩性主要为奥陶系下统瓦厂组（O1W）板岩夹变质石英砂岩、千枚岩，人公组（O1r）的变质石英砂岩夹板岩、千枚岩，少量三叠系下统领麦沟组（T1l）的板岩夹千枚岩、硅质板岩，志留系（S1）的板岩夹千枚岩、硅质岩，
3、岩层总体产状：330320SW 3050。引水隧洞沿线地层岩性以板岩夹千枚岩为主，部分为中厚厚层状变质石英砂岩。引水隧洞沿线发育 4 条规模较大横切隧洞的断层圆宝山断层、尼都断层、机落断层、茶布朗断层，破碎带一般宽约 2040m，其中机落断层宽达100200m，由碎裂岩、糜棱岩、角砾岩、少量断层泥组成。隧洞区层间剪切错动带及各类结构面均较发育，地层揉皱强烈。由于该电站引水隧洞线路较长，地质条件相对较差，隧洞围岩以类、类为主，占引水隧洞全长的 65%，为确保工程进度和施工安全，根据不同的围岩地质情况，将类围岩洞段由原设计的网喷混凝土支护改为钢纤维喷混凝土支护，取得了满意的效果。具体内容介绍如下：
4、3 钢纤维喷射混凝土的力学性能及喷射方法选定3.1 钢纤维喷射混凝土的力学性能钢纤维喷射混凝土是在普通喷射混凝土的拌合料中加入一定量无定向分布的钢纤维，经喷射机和输料管在喷头处加入适量水（干喷法）后直接喷射到工程结构物面上的一种混凝土施工工艺。这些无定向分布的钢纤维起到了微型配筋的作用，能增强混凝土之间的握裹力和锚固力，从而有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，钢纤维起到了代替钢筋网或钢筋的作用，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。由于采用高压喷射工艺，在水源、集料的反复连续撞击下而使混凝土挤压密实，同时采用的水灰比较小（0.42），因而具有较高力学
5、强效和良好的耐久性，尤其与混凝土、岩石有较高的粘结强度，非常适用于地质条件较差的洞室和边坡的喷射支护。3.2 钢纤维喷射混凝土方法的选定喷射钢纤维混凝土施工方法分干喷法和湿喷法两种。干喷法施工特点：设备简单，易于施工，但施工环境粉尘大，混凝土水灰比不易严格控制，且材料回弹损失稍大。湿喷法是将一定级配的混合料在搅拌机中加以搅拌均匀后的湿料经喷射机及管道从喷嘴中喷出，其特点混凝土水灰比易控制，施工环境粉尘小，材料回弹损失少，但设备价格较贵。经综合比较后，针对本电站施工特点，最终采用干喷法。4 钢纤维喷射混凝土的材料选定及配合比试验4.1 材料选定（1）钢纤维：采用重庆宜筑商贸有限公司生产的普通碳钢
6、钢纤维，长度2040mm，直径 0.530.57mm，长径比 64，抗拉强度 1 1451 545MPa 。该材料经中国水电五局中心试验室检测，检测结果合格。（2）骨料：采用现场紫坪公司生产的人工骨料，岩性以灰岩为主。砂的细度模数 FM=3.2，含泥量 18%，级配良好；粗骨料粒径规格为 520mm，针片状含量 58% ，压碎指标值 68%，含泥量 0.5%。（3）水泥：选用峨嵋水泥厂生产的普通硅酸盐 32.5R 水泥，规范要求钢纤维混凝土水泥采用强度等级 42.5MPa 普通硅酸盐水泥，因峨嵋普通硅酸盐 32.5R 水泥的强度等级已经达到 42.5MPa 的指标，故可以使用。（4）矿物掺合料
7、：混凝土中加入钢纤维之后，其流动性会变差，且为泵送施工，需利用矿物掺合料的叠加效应，优化搅拌、运输和施工工艺。粉煤灰能减少混凝上干缩和徐变；在保证混凝土强度不变的前提下减少水泥的用量，从而降低混凝土的水化热。本工程掺用四川达竹煤电集团生产的散装级粉煤灰作为掺合料，其细度不大于 20%，需水量不大于 105%。（5）速凝剂：选用昆明声威外加剂有限公司生产的 SW 红星一号速凝剂。（6）拌合水：可饮用自然水。4.2 喷射素混凝土与钢纤维喷射混凝土的对比试验原素喷混凝土设计强度等级为 C20，于现场进行了配合比及 28d 抗压强度试验（见表 1），钢纤维混凝土配合比要考虑设计要求的抗压、抗折等级，还
8、要顾及施工方便。在常用的 C20 泵送混凝土配合比基础上，调整砂率，适当增加胶凝材料的总量，共试拌 A、B、C 三组配合比试验（见表 2）。通过综合比较试拌混凝土的抗压、抗折强度、和易性、钢纤维分布情况等，最终确定泵送钢纤维混凝土配合比（见表 3）。在完成室内试验，选定最佳配合比后，必须从原材料进场检测，混凝土搅拌站计量上料、拌合、出料坍落度检测、混凝土试件留取、泵送混凝土运输、施工现场作业、以及混凝土养护等工序入手，严格控制各道工序，确保现场施工质量。5 钢纤维喷射混凝土的施工方法及效果评价5.1 钢纤维喷射混凝土的施工方法施工时采用分回次进行喷射，每一段长约 3m 左右，每段间搭接长 30
9、cm，每一喷层厚度 35cm。为控制回弹率并提高混凝土与岩面的粘结强度，在喷前基岩面上喷一层约 1cm 厚的水泥砂浆。喷射时，喷嘴距岩面约 0.81.0m ，喷射角度为 7090 。5.2 钢纤维喷射混凝土的效果评价5.2.1 喷射质量比较由于隧洞围岩地质条件普遍较差，构造发育，层间挤压揉皱、错动较强，光爆效果不够理想，开挖面起伏度较大，如果采用网喷混凝土，由于钢筋网很难形成岩面轮廓，和岩面距离不易控制，而采用钢纤维喷混凝土可以沿凸凹面均匀喷射，与岩面间粘结良好，支护质量较高。5.2.2 进度安全比较常规网喷混凝土作业，挂设钢筋网的时间为网喷混凝土总时间的 1/2，采用钢纤维喷射混凝土，可节省
10、挂网的时间，避免了在破碎岩体挂网的危险，缩短了施工周期和设备运转时间，同时，由于钢纤维喷射混凝土具有较好的抗裂性能，能较好的适应洞内的变形，特别在破碎岩体部位，爆破后的及时支护，能以最快速度起到加固作用，更能保证施工安全。5.2.3 性能比较隧洞钢纤维喷射混凝土强度试验成果表明，钢纤维喷射混凝土相比钢筋网喷射混凝土其性能改善和提高了许多：(1)钢纤维喷射混凝土的抗压强度，在同等标号情况下均比普通网喷混凝土要好得多。(2)抗拉、抗折变形性能得到有效改善，一旦钢纤维混凝土出现裂缝，钢纤维的作用更加明显，能发挥较好的阻裂作用。(3)以往采用钢筋网喷射混凝土存在集料回弹大以及施工易出空洞，钢纤维喷射混
11、凝土较好地解决了这些问题。钢纤维喷射混凝土具有较好的韧性，当结构受力达到极限强度后随着变形的发展仍将保持一定的承载能力，它的韧性对围岩的变形具有良好的吸收能力，有利于在与围岩的共同变形中建立起新的平衡。6 结语（1）两者仅从材料费用考虑，钢纤维喷射混凝土费用较高，但钢纤维喷射混凝土具有支护快速、及时，喷层混凝土力学性能优良和围岩粘结强度高等特点，这对确保施工安全、加快施工进度都有显著的效果；大大避免了钢筋网对施工质量、回弹以及岩面存在空洞等不利影响；省去了铺设钢筋网的工序，提高了劳动效率，无论从经济上还是技术上都具有一定的优势。（2）采用钢纤维喷射混凝土不仅抗折强度有所提高，而且韧性好，具有良
12、好的吸收适应变形能力，可防止岩块的塌落，对围岩的变形有很强的适应能力。（3）由钢纤维喷射混凝土组成的衬砌结构在防水性能和抗腐蚀能力方面有较大的提高，同时，它的施工工艺简单，不需增添设备，在地下洞室的支护中具有明显的优越性，值得推广应用。隧道钢纤维喷射混凝土性能试验及其工程应用 隧道网 (2008-7-6) 来源：重庆高速公路发展有限公司摘 要：根据钢纤维喷射混凝土结构力学原理，为了研究钢纤维混凝土喷层在隧道单层永久衬砌支护中适用性，先分析钢纤维在混凝土中的增强力学作用机制，然后完成钢纤维喷射混凝土合理配比、抗拉、抗压、抗折及抗折初裂强度和弯曲性能等指标的室内试验；并结合具体的隧道现场喷射试验，
13、以及围岩应力、钢纤维混凝土喷层应力及洞周附加水平收敛等监测数据进行分析。研究结果表明，钢纤维喷混凝土抗拉、抗折强度高，韧性好，喷层中的应力分布较均匀，具有较好的让压能力，喷射作业回弹损失量减少，说明钢纤维喷射混凝土是一种理想的单层衬砌支护材料，具有较好的推广应用价值。关键词：隧道工程；试验；力学性能；单层衬砌；钢纤维喷射混凝土1 引 言钢纤维混凝土作为一种新型建筑材料，近年来在国内外得到了迅速发展。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土不仅能明显改善抗拉、抗剪、抗折以及抗渗能力，而且能大大增强断裂韧性和抗冲击等多项性能，所以在道路路面、桥梁结构、隧道衬砌支护等工程中广泛应用。钢纤维喷射混凝土是由均匀散
14、布有钢纤维的混凝土拌和料，借助压缩空气高速喷射成型的新型复合材料，随着其在隧道和地下工程新奥法施工中的推广使用，已越来越引起学术及工程界的重视，并在实际工程中取得了良好的应用效果。高尔新等通过钢纤维在喷射混凝土中的受力特性，研究了钢纤维在混凝土中的分布规律；严少华等采用刚性压力试验机，对不同钢纤维掺量的混凝土进行了单轴压缩荷载作用下的应力一应变全过程试验；范新等运用拉应力累积损伤破坏准则，通过对钢纤维喷射混凝土支护坑道与其他支护类型的对比，研究了钢纤维喷射混凝土支护抗爆炸振塌能力；丁琳基于湿喷钢纤维混凝土的力学性质，分析了湿喷混凝土的特点及其在公路隧道中临时与永久支护中的应用。随着纤维喷射混凝
15、土在地下及隧道工程中的应用日愈增多，对其喷射技术，如材料、增强机制、力学试验、早期强度、应用与设计等方面的研显得愈加重要。本文采用理论研究、室内试验和现场应用相结合的方法，研究钢纤维喷射混凝土的室内力学性能实验，并通过渝宜高速公路摩天岭隧道通风斜井现场喷射试验及其监控量测结果分析，为钢纤维喷射混凝土在隧道单层永久衬砌中的推广应用提供参考依据。2 钢纤维混凝土的增强作用机制普通混凝土基体本身就是一种多相、多组分、非匀质的颗粒型脆性复合材料，其拉压比低(8%13%)、极限延伸率小(0.0l%0.02%)，故在动载和静载作用下，往往过早引起破坏，并全面影响其他性能。在混凝土结构形成过程中，因失水等原
16、因引起收缩，只要收缩应力达到混凝土的抗拉强度，在其内部即出现不同尺度的微细裂纹，加之施工期间带来的毛细孔、气孔等缺陷，气孔直径为 0.011mm，毛细孔尺度约为气孔的 1/1000，其中连通孔对混凝土的物理力学、化学性能产生很不利的影响，在受力过程中，这些孔缝和缺陷都是裂缝源，在裂缝尖端出现应力集中 (见图 l(a)。从图 1 可以看出，只要裂缝尖端有应力集中，裂缝则急剧扩展，降低了混凝土的承载能力，导致其突然的脆性破坏，从而混凝土的固有理论抗拉强度远远不能发挥，普通混凝土的理论抗压强度可达 1000MPa 数量级，而实际抗压强度仅有 10MPa 数量级。但是，如果在混凝土基体中掺入不同数量的钢纤维，因钢纤维的阻裂效应，则产生如图 1(b)，(c)所示的情况，跨越裂缝和靠近裂缝尖端的纤维，使得混凝土的断裂能量提高 50200 倍，应力传递给裂缝的上、下表面，随着纤维体积掺率的增大裂缝尖端应力集中程度不仅能缓和，且有消失的可能，
