论文部分内容阅读
摘要阳宗隧道采用湿喷钢纤维混凝土进行初期支护,取得良好的效果。介绍其工程概况,配合比设计、施工工艺及应用效果,并总结几点经验和体会。
关键词湿喷钢纤维混凝土;大跨度隧道;应用
中图分类号U45文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0081-01
1工程概况
昆石高速公路阳宗隧道位于云南省境内澄江县和宜良县的交界处,隧道设计净宽14.8m,净高8.9m,由上下行分离的双洞单向行车三车道隧道组成,上行线隧道全长2790m,下行线隧道全长2725m。上下行隧道测中线间距离50m,最大埋深约为143m,阳宗隧道均采用正台阶法钻爆开挖,初期支护的喷混凝土用湿喷钢纤维混凝土支护,二次衬砌用模筑混凝土衬砌。
2湿喷混凝土的配合比设计
2.1原材料的选择
1)水泥。采用425R普通硅酸盐水泥,其性能指标符合现行水泥国家标准,其初凝时间为5小时01分,终凝时间为6小时41分,3天和28天的抗折强度和抗压强度分别5.3Mpa、25.0Mpa和8.2Mpa、50.2Mpa。水泥中的硅酸三钙(C3S)>44%,硅酸二钙(C2S)>20%,铝酸三钙(C3A)<10%,烧失量及不溶物质<1.5%,满足湿喷混凝土的要求。
2)砂子。技术指标符合JTJ058-2000《公路工程集料试验规程》标准,其细度模数Mx为3.00,表观密度为2.76,含泥量为3.2%。
3)石子。技术指标符合JTJ058-2000《公路工程集料试验规程》标准。粒径5～15mm,满足湿喷机要求。
4)外加剂。液体增稠剂按水泥重量掺入1%;液体速凝剂采用KR-P型液体速凝剂,呈弱碱性(pH=9),按水泥重量掺入3%～7%。与水泥适应情况:粘度6.85pas,初凝时间1～3分钟,终凝时间5～7分钟。
5)钢纤维。采用上海贝卡尔特二钢有限公司生产的佳密克丝RC6535BN型钢纤维,其规格长32mm、直径0.53mm,长径比为60.4。通过对钢纤维掺量不同(每立方米混凝土40Kg和45Kg)取样试验结果,每立方米混凝土掺入40Kg钢纤维,其湿喷钢纤维混凝土的弯曲韧度指数已达到美国规范ASTMC1018-89新规定的良好及优秀韧度指标等级。因此,钢纤维掺量采用每立方米混凝土掺入40Kg为宜。
2.2配合比
C25级湿喷钢纤维混凝土的配合比为:水泥:砂:石:水=1:2.31:1.46:0.46。
3湿喷混凝土施工
3.1施工工艺流程
图1喷射钢纤维混凝土的施工工艺流程图
3.2喷射工艺
1)湿喷机操作。启动时先送风后送料,待混凝土从喷嘴喷出后再供给液体速凝剂,停止时先关闭液体速凝剂计量泵,然后停止供料,待喷嘴残留的少量混凝土及液体速凝剂完全吹净后再停止送风。在喷射时应注意控制好风压,风压过大粗骨料易回弹,风压过小粗骨料冲不进砂浆层而脱落,影响混凝土强度;另一方面,要控制混凝土泵送的频率和压力。
2)喷射操作。喷射时按先拱后墙(拱部从拱脚开始,边墙自墙脚开始)自下而上分段分行进行。每行喷射应采取水平环形旋转叠压(一圈压半圈)移动方式,环形旋转直径约0.3m;喷第二行时,依顺序由第一行终点的上方开始喷射,行间搭接长度为2～3cm为宜。喷嘴至受喷面应基本垂直,经反复试验,喷嘴与受喷面法线的夹角为5°～15°时,效果较好。开始喷射时,个别受喷面凹洼处应先喷平。
4效果分析
4.1湿喷法与干喷法比较
根据阳宗隧道上行线出口端喷混凝土实测结果,现场采用直接拉拔法试验得出结论。
1)混凝土的回弹量少。湿喷法混凝土的回弹量比干喷法少20%~30%,因此可节约20%~30%的混凝土。湿喷混凝土回弹小的原因主要与混凝土能充分拌匀、粘度较大有关。
2)喷混凝土时洞内的粉尘浓度低。湿喷法洞内的粉尘浓度只有干喷法的1/13～1/18,这是由于湿喷法混凝土是呈充分拌匀的、粘度较大的稀薄流输送,喷射产生的粉尘较少。因此,采用湿喷法可大大减少洞内空气的污染,改善作业环境。
3)混凝土的强度与岩面的粘结力高,抗渗性能好。喷混凝土产生的回弹物质主要是石子,粉尘主要是水泥,这两种成份减少,就明显地改变了混凝土的配合比,从而使混凝土的强度与岩面的粘结力和抗渗性能降低。
4)一次喷射的厚度大。由于湿喷混凝土的粘度与围岩的粘结力度、与围岩的粘结力以及初凝、终凝后的强度较高,因此一次喷射的厚度较大,隧道拱部高达9～10cm,边墙高达18～20cm,而干喷法拱部只能达到5～7cm,边墙只能达到10～15cm。
4.2湿喷钢纤维混凝土与湿喷素混凝土、复合式衬砌的比较
1)湿喷钢纤维混凝土与湿喷素混凝土相比,其抗拉强度和弯曲韧度都较高,具有较好的柔性和吸收变形的能力,而且试验证明试件破坏后混凝土未分离解体,还能承受一定荷载。因此,在大跨度隧道中采用湿喷钢纤维混凝土进行初期支护,没有因围岩的自承力差而产生开裂和剥落破坏,效果较好。但湿喷钢纤维混凝土的成本较高,是湿喷素混凝土的3倍,因此在跨度小、围岩较稳定的隧道,采用湿喷素混凝土进行初期支护较好。
2)湿喷钢纤维混凝土衬砌与复合式衬砌相比,具有施工机械设备和施工工艺简单、速度快、成本低(其成本只有模筑混凝土衬砌的3/5)等优点。因此,在小跨度隧道、围岩条件较适合的情况下,最好采用湿喷钢纤维混凝土衬砌。但阳宗隧道是大跨度的三车道公路隧道,围岩中岩溶较发育,开挖面上爆坑较多,且规模较大,断面大而不规则、圆顺,采用湿喷钢纤维混凝土衬砌,表面平整度差;另一方面,由于湿喷钢纤维混凝土抗拉强度和弯曲韧度都较高,并具有较好的柔性和吸收变形的能力,因此在大跨度隧道的衬砌如何采用湿喷钢纤维混凝土衬砌是一个值得探讨的问题。
5结束语
阳宗隧道采用湿喷钢纤维混凝土进行初期支护取得了良好的效果。据实测分析,湿喷钢纤维混凝土的强度、厚度、密度及表面平整度均达到设计要求;与干喷法相比,其强度有明显提高,喷混凝土的回弹量和产生的粉尘浓度则大幅度减少;作为永久支护,其成本也要比复合式衬砌低得多。因此,用湿喷钢纤维混凝土作为新的支护衬砌结构型式,对实现高强度喷混凝土、简化工序、提高速度和降低综合造价都具有重要的意义。
关键词湿喷钢纤维混凝土;大跨度隧道;应用
中图分类号U45文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0081-01
1工程概况
昆石高速公路阳宗隧道位于云南省境内澄江县和宜良县的交界处,隧道设计净宽14.8m,净高8.9m,由上下行分离的双洞单向行车三车道隧道组成,上行线隧道全长2790m,下行线隧道全长2725m。上下行隧道测中线间距离50m,最大埋深约为143m,阳宗隧道均采用正台阶法钻爆开挖,初期支护的喷混凝土用湿喷钢纤维混凝土支护,二次衬砌用模筑混凝土衬砌。
2湿喷混凝土的配合比设计
2.1原材料的选择
1)水泥。采用425R普通硅酸盐水泥,其性能指标符合现行水泥国家标准,其初凝时间为5小时01分,终凝时间为6小时41分,3天和28天的抗折强度和抗压强度分别5.3Mpa、25.0Mpa和8.2Mpa、50.2Mpa。水泥中的硅酸三钙(C3S)>44%,硅酸二钙(C2S)>20%,铝酸三钙(C3A)<10%,烧失量及不溶物质<1.5%,满足湿喷混凝土的要求。
2)砂子。技术指标符合JTJ058-2000《公路工程集料试验规程》标准,其细度模数Mx为3.00,表观密度为2.76,含泥量为3.2%。
3)石子。技术指标符合JTJ058-2000《公路工程集料试验规程》标准。粒径5～15mm,满足湿喷机要求。
4)外加剂。液体增稠剂按水泥重量掺入1%;液体速凝剂采用KR-P型液体速凝剂,呈弱碱性(pH=9),按水泥重量掺入3%～7%。与水泥适应情况:粘度6.85pas,初凝时间1～3分钟,终凝时间5～7分钟。
5)钢纤维。采用上海贝卡尔特二钢有限公司生产的佳密克丝RC6535BN型钢纤维,其规格长32mm、直径0.53mm,长径比为60.4。通过对钢纤维掺量不同(每立方米混凝土40Kg和45Kg)取样试验结果,每立方米混凝土掺入40Kg钢纤维,其湿喷钢纤维混凝土的弯曲韧度指数已达到美国规范ASTMC1018-89新规定的良好及优秀韧度指标等级。因此,钢纤维掺量采用每立方米混凝土掺入40Kg为宜。
2.2配合比
C25级湿喷钢纤维混凝土的配合比为:水泥:砂:石:水=1:2.31:1.46:0.46。
3湿喷混凝土施工
3.1施工工艺流程
图1喷射钢纤维混凝土的施工工艺流程图
3.2喷射工艺
1)湿喷机操作。启动时先送风后送料,待混凝土从喷嘴喷出后再供给液体速凝剂,停止时先关闭液体速凝剂计量泵,然后停止供料,待喷嘴残留的少量混凝土及液体速凝剂完全吹净后再停止送风。在喷射时应注意控制好风压,风压过大粗骨料易回弹,风压过小粗骨料冲不进砂浆层而脱落,影响混凝土强度;另一方面,要控制混凝土泵送的频率和压力。
2)喷射操作。喷射时按先拱后墙(拱部从拱脚开始,边墙自墙脚开始)自下而上分段分行进行。每行喷射应采取水平环形旋转叠压(一圈压半圈)移动方式,环形旋转直径约0.3m;喷第二行时,依顺序由第一行终点的上方开始喷射,行间搭接长度为2～3cm为宜。喷嘴至受喷面应基本垂直,经反复试验,喷嘴与受喷面法线的夹角为5°～15°时,效果较好。开始喷射时,个别受喷面凹洼处应先喷平。
4效果分析
4.1湿喷法与干喷法比较
根据阳宗隧道上行线出口端喷混凝土实测结果,现场采用直接拉拔法试验得出结论。
1)混凝土的回弹量少。湿喷法混凝土的回弹量比干喷法少20%~30%,因此可节约20%~30%的混凝土。湿喷混凝土回弹小的原因主要与混凝土能充分拌匀、粘度较大有关。
2)喷混凝土时洞内的粉尘浓度低。湿喷法洞内的粉尘浓度只有干喷法的1/13～1/18,这是由于湿喷法混凝土是呈充分拌匀的、粘度较大的稀薄流输送,喷射产生的粉尘较少。因此,采用湿喷法可大大减少洞内空气的污染,改善作业环境。
3)混凝土的强度与岩面的粘结力高,抗渗性能好。喷混凝土产生的回弹物质主要是石子,粉尘主要是水泥,这两种成份减少,就明显地改变了混凝土的配合比,从而使混凝土的强度与岩面的粘结力和抗渗性能降低。
4)一次喷射的厚度大。由于湿喷混凝土的粘度与围岩的粘结力度、与围岩的粘结力以及初凝、终凝后的强度较高,因此一次喷射的厚度较大,隧道拱部高达9～10cm,边墙高达18～20cm,而干喷法拱部只能达到5～7cm,边墙只能达到10～15cm。
4.2湿喷钢纤维混凝土与湿喷素混凝土、复合式衬砌的比较
1)湿喷钢纤维混凝土与湿喷素混凝土相比,其抗拉强度和弯曲韧度都较高,具有较好的柔性和吸收变形的能力,而且试验证明试件破坏后混凝土未分离解体,还能承受一定荷载。因此,在大跨度隧道中采用湿喷钢纤维混凝土进行初期支护,没有因围岩的自承力差而产生开裂和剥落破坏,效果较好。但湿喷钢纤维混凝土的成本较高,是湿喷素混凝土的3倍,因此在跨度小、围岩较稳定的隧道,采用湿喷素混凝土进行初期支护较好。
2)湿喷钢纤维混凝土衬砌与复合式衬砌相比,具有施工机械设备和施工工艺简单、速度快、成本低(其成本只有模筑混凝土衬砌的3/5)等优点。因此,在小跨度隧道、围岩条件较适合的情况下,最好采用湿喷钢纤维混凝土衬砌。但阳宗隧道是大跨度的三车道公路隧道,围岩中岩溶较发育,开挖面上爆坑较多,且规模较大,断面大而不规则、圆顺,采用湿喷钢纤维混凝土衬砌,表面平整度差;另一方面,由于湿喷钢纤维混凝土抗拉强度和弯曲韧度都较高,并具有较好的柔性和吸收变形的能力,因此在大跨度隧道的衬砌如何采用湿喷钢纤维混凝土衬砌是一个值得探讨的问题。
5结束语
阳宗隧道采用湿喷钢纤维混凝土进行初期支护取得了良好的效果。据实测分析,湿喷钢纤维混凝土的强度、厚度、密度及表面平整度均达到设计要求;与干喷法相比,其强度有明显提高,喷混凝土的回弹量和产生的粉尘浓度则大幅度减少;作为永久支护,其成本也要比复合式衬砌低得多。因此,用湿喷钢纤维混凝土作为新的支护衬砌结构型式,对实现高强度喷混凝土、简化工序、提高速度和降低综合造价都具有重要的意义。