論濕噴纖維混凝土在地鐵車站單層襯砌中的應(yīng)用

肖鳳春

中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司 山東 青島 266061

引言

噴射混凝土施工作為隧道開挖支護(hù)的關(guān)鍵工藝，對結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性及經(jīng)濟(jì)性起著至關(guān)重要的作用。濕噴纖維混凝土工藝在近年的隧道開挖施工應(yīng)用得較多，將是噴射混凝土施工技術(shù)的發(fā)展方向，尤其是作為單層襯砌理念中的主要環(huán)節(jié)，有進(jìn)一步取代傳統(tǒng)掛網(wǎng)錨噴施工工藝的趨勢。

1 工程概況

青島地鐵1號線西鎮(zhèn)站站位所處地質(zhì)環(huán)境較好，整個車站均位于Ⅱ級圍巖中，圍巖自穩(wěn)性高，巖層主要以基巖裂隙水為主，富水性一般-差，局部受構(gòu)造作用破碎帶富水性好，多屬弱-微透水層，具備作為防水型單層襯砌隧道試驗段的條件，公共區(qū)+小端設(shè)備區(qū)（長113.45m）機(jī)電設(shè)備較少，主要為乘客活動區(qū)域，車站埋深較大，圍巖穩(wěn)定性較好，有條件設(shè)置單層襯砌。

2 工藝原理及特點

2.1 工藝原理

此次采用的濕噴纖維混凝土技術(shù)是在濕噴料中摻入一定量的聚烯烴纖維及外加劑，采用泵送作為濕噴料的壓送噴射動力，在濕噴機(jī)的噴嘴處摻入液狀速凝劑。聚烯烴纖維隨混凝土一起被噴射至基面，通過混凝土與聚烯烴纖維的緊密咬合，形成一種具有一定程度勻質(zhì)性，力學(xué)性能及抗?jié)B性、抗收縮性等耐久性較好的混凝土-聚烯烴纖維復(fù)合材料。首先，這種復(fù)合材料具有一定的早期強(qiáng)度，能起到傳統(tǒng)初期支護(hù)的安全性要求；其次，聚烯烴纖維能起到良好的膠連作用，混凝土-聚烯烴纖維能形成緊密咬合的整體式斷面，使得噴射混凝土-聚烯烴纖維層與層間、噴射混凝土-聚烯烴纖維與巖石基面具有較強(qiáng)的抗剪性、抗彎性和抗拉性能及抗?jié)B性，具備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的初期支護(hù)加二次襯砌的隧道結(jié)構(gòu)。

2.2 工藝特點

（1）濕噴聚烯烴纖維混凝土施工工藝具有回彈量低、污染輕（粉塵較干噴施工工藝大量減少）、施工配合比原材料稱量精確、混凝土質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。

（2）濕噴聚烯烴纖維混凝土施工工藝簡化了施工工序，無須進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨、防水板鋪貼、鋼筋綁扎及二襯混凝土澆筑等施工工序。既節(jié)省了時間，施工安全也進(jìn)一步得到保障。施工生產(chǎn)能力加大，循環(huán)作業(yè)時間減少，工效大大提高。

（3）濕噴聚烯烴纖維混凝土與普通噴射混凝土相比，成分中增加了聚烯烴纖維，在保證抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能符合要求的前提下，提高了噴射混凝土的抗裂性能和柔韌性能，有利于充分發(fā)揮圍巖的載荷能力。

（4）濕噴聚烯烴纖維混凝土抗?jié)B性能等耐久性能可以滿足設(shè)計及規(guī)范要求，適合作為永久襯砌。

3 配合比選配

3.1 原材料選用

原材料各項指標(biāo)應(yīng)符合GB 50204 《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、GB 50164《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）碎石。采用機(jī)制碎石，含泥量小于1%，泥塊含量小于0.5%，最大粒徑控制在10～15mm，且不大于噴頭直徑的1/3和聚烯烴纖維長度的2/3，并不大于噴層厚度的1/3。

（2）砂。使用天然河砂，含泥量小于3%，泥塊含量小于1%，云母含量小于2%。以平均粒徑0.4～0.6mm的中粗砂為宜，細(xì)度模數(shù)控制在2.3～3.0，含水量4%～6%，現(xiàn)場料倉做好防雨排水措施。

（4）水泥。濕噴聚烯烴纖維混凝土使用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為42.5或52.5，各項指標(biāo)均滿足GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》要求。

（5）外加劑和礦物摻合料。選用進(jìn)口高效減水劑，礦物外摻料為硅粉，摻量根據(jù)試驗確定。

（6）聚烯烴纖維。選用纖維長度48mm，等效直徑0.7mm，抗壓強(qiáng)度500～600MPa，楊氏模量7.0GPa的圓形截面聚烯烴纖維，密度為0.92g/cm3。聚烯烴纖維的摻量根據(jù)混凝土的設(shè)計強(qiáng)度等級、原材料（膠凝材料、集料及外加劑等）質(zhì)量情況、配合比及施工水平來確定，正式噴錨施工前須進(jìn)行多次試驗，選定最優(yōu)配合比。

3.2 配合比設(shè)計

濕噴聚烯烴纖維混凝土配合比設(shè)計可參照普通混凝土設(shè)計方法，首先得出基準(zhǔn)配合比，并在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上通過增加和減少水膠比，得出另外兩組配合比。施工前，要結(jié)合工程實際和施工生產(chǎn)水平，對混凝土的力學(xué)性能和耐久性能進(jìn)行驗證，確定符合設(shè)計要求、施工要求及經(jīng)濟(jì)性較高的最優(yōu)配合比。三組不同水膠比的混凝土拌合物，其配合比分別為：

A組(kg)：水泥（52.5）：水：砂：碎石：高效減水劑：硅粉：聚烯烴纖維=475:199.5:1014:676:9.5:5:/；

B組(kg)：水泥（52.5）：水：砂：碎石：高效減水劑：硅粉：聚烯烴纖維=500:210:891:594:9.5:5:6；

C組(kg)：水泥（52.5）：水：砂：碎石：高效減水劑：硅粉：聚烯烴纖維=500:200:930:620:8.5:5:6；

按三組配合比拌制混凝土坍落度和7d、28d抗壓強(qiáng)度代表值及抗?jié)B等級如下：

A組：215mm、23 MPa、46MPa、P12；B組：225mm、40 MPa、58MPa、P12；C組：220mm、49 MPa、62MPa、P12；

根據(jù)A、B、C三組配合比的試驗數(shù)據(jù)，選定C組配合比作為最優(yōu)配合比。

4 造價對比分析

經(jīng)過對西鎮(zhèn)站原設(shè)計復(fù)合式襯砌與單層襯砌進(jìn)行造價分析，包括不用斷面類型的噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)片、格柵拱架、土工布、防水板、噴涂防水材料和二襯混凝土等方面進(jìn)行分析，復(fù)合式襯砌投資1225萬元，單層襯砌投資803萬元，單層襯砌投資較復(fù)合式襯砌投資減少422萬元，節(jié)約率達(dá)到34.4%。

5 結(jié)束語

濕噴聚烯烴纖維混凝土在青島地鐵1號線西鎮(zhèn)站的應(yīng)用，大大降低了該車站土建施工安全風(fēng)險，緩解了工期壓力，生產(chǎn)投資明顯下降。在進(jìn)行了科學(xué)試驗和充分驗證的前提下，我們應(yīng)該多鼓勵將新材料、新技術(shù)及新工藝應(yīng)用到實際施工生產(chǎn)中，以進(jìn)一步提高生產(chǎn)工藝水平和社會經(jīng)濟(jì)效益。