隧道噴溷凝土技術現(xiàn)狀和發(fā)展ppt課件

1、隧道噴混凝土技術 現(xiàn)狀和開展n 噴混凝土支護，在地下工程中占據非常重要的位置。這是大家公認的。n 它不僅是初期支護的主要構件，也逐漸成為永久支護的重要構件。n 許多國家都把提高噴混凝土的性能、技術放在非常重要的位置。日外鄉(xiāng)木學會2019年公布的“隧道噴混凝土指南、挪威隧道學會的2019年的“噴混凝土巖石支護以及歐洲共同體的有關噴混凝土性能的規(guī)定等，都闡明了這個問題的重要性。一、對噴混凝土支護作用的認識n 噴混凝土是如何發(fā)揚其支護作用的？對此我們必需有一個明確的認識。n 首先，噴混凝土必需與圍巖密著，與圍巖成為一體才干起支護作用；因此我們要求噴混凝土的一個重要性能，就是與圍巖的附著性，或者說噴混

2、凝土與圍巖的附著強度。n 這一點在我們的設計施工中，經常是被忽略了。一、對噴混凝土支護作用的認識n 其次，隧道開挖后，我們希望能在“最短的時間內，控制住圍巖的松弛或變形，因此，我們要求以“最快的速度向圍巖放射混凝土。n 混凝土的強度是隨時間增長的。要其發(fā)揚支護作用，就必需讓噴混凝土在“短時間內到達一定的強度。也就是說，噴混凝土必需具備在短時間內到達一定強度的性能，就是我們所謂的“初期強度。n 根據圍巖條件，噴混凝土的初期強度，有的取3小時強度，有的取24小時的強度。n 這一點，我們在設計施工中也被忽略了。一、對噴混凝土支護作用的認識n 最后，具有一定厚度的噴混凝土層也具有構造作用。n 噴混凝土

3、的構造作用，是我們在設計中思索到主要作用。n 噴混凝土只需在充分思索其附著性、初期強度和構造作用的條件下，才干充分發(fā)揚其支護作用。二、噴混凝土的根本性能n 噴混凝土的根本性能，根據其功能有兩種思索。一種是有二次襯砌的場所，一種是無二次襯砌的場所。n 有二次襯砌的場所僅僅要求滿足平安性能的要求。即應具有設計基準強度、初期強度和彎曲韌性的力學性能。后者是對鋼纖維噴混凝土附加的性能要求n 無二次襯砌的場所，也就是噴混凝土作為永久支護的場所，除應具有上述力學性能外，還要滿足抗裂性、抗剝離性、美觀、及耐久性的要求。n 噴混凝土的力學性能 1、設計基準強度 2、初期強度： 3、附著強度；1、設計基準強度n

4、 噴混凝土不僅是初期支護的一個重要構件，也是永久支護的一個重要組成部分。因此在許多國家都規(guī)定噴混凝土的設計基準強度，采用與襯砌混凝土同等的強度。不僅如此，思索到資料、配比或者施工機械的技術進展，噴混凝土穩(wěn)定的高強度曾經成為能夠，因此噴混凝土的設計基準強度有向高強度方向開展的趨勢。例如，日本第二東名名神高速公路，在大斷面隧道中，采用材齡28天的抗壓強度36N/mm2作為設計基準強度。也有的國家規(guī)定在不良地質條件下采用高強度噴混凝土的建議。n 在普通地質條件下的隧道，噴混凝土設計基準強度采用與襯砌混凝土強度相當的建議是可行的。另外應該指出，在歐洲一些國家的噴混凝土規(guī)定中，很少有采用小于C25等級的

5、噴混凝土。n 在不良地質條件下的隧道，應該提高噴混凝土的強度等級，采用高強度混凝土也是適宜的。 噴混凝土抗壓強度劃分 EFNARC的規(guī)范 強度劃分C24/30C28/35C32/40C36/45C40/50C44/55C48/60圓 柱 體 試件24283236404448立 方 體 試件30354045505560 挪威的規(guī)范噴混凝土抗壓強度劃分抗壓強度(MPa)C30C35C40C45C50C55立方體試件的最小抗壓強度303540455055取樣試件的最小抗壓強度19.2 22.4 25.6 28.8 32.0 35.2 2、初期強度n普通說，噴混凝土是最先施設的，都希望它盡快地發(fā)揚作用

6、，這是我們要求噴混凝土具有一定初期強度的目的。n 設定噴混凝土初期強度時，應思索隧道開挖條件及隨掌子面進展產生的圍巖動態(tài)，以充分確保掌子面及其附近圍巖的穩(wěn)定，取24小時以內的強度為規(guī)范。n 初期強度，應根據圍巖條件和施工條件，可以取24小時以外的強度為規(guī)范，有的國家就是以3小時的強度作為基準的。n 初期強度的設定值與設計基準強度一樣，因隧道功能、斷面外形等構造條件、荷載條件及設計方法等而異。下表是日本各單位的初期強度設定事例。單位類別材齡3小時抗壓強度N/mm2材齡24小時抗壓強度N/mm2道路協(xié)會噴混凝土5鐵道建立運輸設備高質量噴混凝土1.58道路公團噴混凝土5高強度噴混凝土210高強度纖維

7、噴混凝土210n 歐洲，根據掌子面的進展，思索確保掌子面及其附近的圍巖穩(wěn)定的重要性，要求噴混凝土具有圖示的初期強度。J1 ：AB：適用于枯燥圍巖、薄層施工的場所J2： (BC)：適用于厚層施工和有涌水，遭到后續(xù)作業(yè)直接作用的場所J3： (C以上)：只適用于特殊條件的場所例如，大量涌水的場所3、附著強度n噴混凝土與圍巖及其它物體的附著，是發(fā)揚噴混凝土支護作用的關鍵目的。許多國家都有明確的規(guī)定。噴凝土的歐洲規(guī)范EFNARC)G規(guī)定的附著強度如下表所示，經過附著實驗核對。 附著強度最小值MPa)附著的劃分與混凝土的附著與巖體的附著非構造物0.50.1構造物1.00.5挪威規(guī)定附著強度在0.21.8M

8、Pa之間。附著強度測定事例巖類等礦物粒子大小附著強度 粗糙面破壞面片巖粘土礦物、綠泥石非常細0.240.180.280.11云母片巖石英、長石、云母中位0.580.190.850.35片麻巖葉狀構造石英、斜長石、云母、角閃石中位0.190.050.510.11片麻巖葉狀構造石英、斜長石、云母、角閃石中位1.53 0.281.8砂巖裂隙多石英、長石細1.1破壞面1.1破壞面砂巖石英、長石細1.81.8泥灰?guī)r方解石、粘土礦物細1.491.84石灰?guī)r方解石細1.580.121.540.30大理巖方解石中位1.380.301.520.28花崗巖、閃綠巖石英、斜長石、黑云母粗0.340.121.120.

9、20花崗巖、閃綠巖石英、斜長石、黑云母中位1.040.321.400.26花崗巖、閃綠巖石英、斜長石。黑云母細中位1.480.451.710.14輝綠巖斜長石、輝石細中位1.560.251.7木版1.71.7噴混凝土外表1.71.7三、控制噴混凝土質量的關鍵n控制噴混凝土質量的關鍵有四：n 1、附著配比；n 2、回彈率；n 3、粉塵量；n 4、放射工藝；包括放射手、放射機械等。1、放射混凝土配比 普通說、噴混凝土配比是按初期強度、設計基準強度及附著強度等，經過實驗確定的。但對工程來說，噴混凝土的附著配比是最有意義的。 附著配比指的是：噴混凝土放射后附著在圍巖上的配比。它與放射配比、放射工藝以及

10、放射工的技術熟練程度有直接的關系，不容忽視。下表是歐洲的一個規(guī)范。放射后噴混凝土強度附著配比C30C35C40C45C50C55放射前噴混凝土強度放射配比C38C43C48C54C60C652、回彈率及粉塵濃度n 回彈意味著粗骨料的損失，而粉塵那么意味著微細顆粒的損失。這兩者對附著的噴混凝土質量，具有重要的影響。n 因此，放射施工中，如何控制回彈和減少粉塵的發(fā)生是很重要的課題。也是確保噴混凝土質量的重要課題。n 在質量控制中，有的國家規(guī)定：回彈不能大于20，粉塵濃度不能大于5mg/m3，否那么，就是不合格。3、放射機械n 放射機械的性能和才干是減少噴混凝土質量離散性的重要保證。特別是，在大斷面

11、隧道中，一次放射混凝土的數量有所添加，同時為了縮短放射時間，采用大容量，高性能的放射機械，已是大勢所趨。因此許多國家都規(guī)定了放射機的要求性能。如單位時間的放射量等。有的更明確規(guī)定，放射機的消費效率應在10m3/h以上。許多施工單位也都認識到這一點，開場采用大容量的放射機，是非常英明的決策。日本在大斷面隧道施工中，規(guī)定至少配備2臺20m3/h的放射機。4、放射工藝n 大家知道，噴混凝土放射工藝，根本上分為2種。即：干噴和濕噴。n 在普通情況下，都建議采用濕噴，這是適宜的。但有些情況，采用干噴更為有利。因此，國外的放射機械都向著干噴、濕噴兩用方向開展。因此，在施工中，排斥干噴是不適宜的。n 干噴混

12、凝土的初期強度比濕噴混凝土發(fā)現(xiàn)快是一大優(yōu)點，要充分利用之。四、大斷面隧道的噴混凝土技術 在大斷面的條件下，隧道支護構造需求加強。 加強的途徑有二。其一是改動過去采用的支護構造參數，如添加噴混凝土厚度，加密鋼支撐間距等；這是我們目前采用的主要方法。另一個方法就是改動資料的規(guī)格，例如高強度噴混凝土、高承載力錨桿等。 第1種方法的后果，就是：加大了開挖斷面積，這也是在同樣凈空斷面積的條件下，我們的開挖斷面積比較大的緣由之一。 第2種方法，是其他國家采用的主要方法。結果不僅提高了支護構造的效果，也縮短了作業(yè)的時間。 日本第二東名高速公路隧道事例 凈空斷面積：約150 開挖斷面積：最大200 采用高強噴

13、混凝土：比采用普通噴混凝土的厚度，減少3； 錨桿采用高強錨桿設計承載力28kN)，錨桿數量減少30； 采用高規(guī)格鋼支撐HH154； 二次襯砌采用高強噴混凝土，設計厚度減少10cm 不設變形富余量。主要研討高強度噴混凝土和鋼纖維噴混凝土。高強度噴混凝土要求的強度列于下表。種類 要求強度（MPa）目標強度3小時1天28天28天高強度2以上10以上36以上50以上一般強度5以上18以上高強度噴混凝土的規(guī)范配比列于下表要求強度（MPa）塌落度（cm）粗骨料最大尺寸（mm）單位水泥用量（kg）單位速凝劑對水泥的用量（）見上表181045010n日本從2019年開場在日本從2019年開場在峰山隧道進展初期

14、高強度噴混凝土的施工研討，之后又在北陸新干線的魚津隧道進展了短時間高剛性噴混凝土的研討。峰山隧道采用的噴混凝土抗壓強度，材齡28天強度達52N/mm2，接近規(guī)定的強度18N/mm2的3倍以上。其初期強度，10min可到達3N/mm2，而過去的噴混凝土要到達此強度，大約需求3小時。兩者比較列于下表。 初期高強度噴混凝土普通噴混凝土塌落度cm 2022放射時142配比kg/m3水200216水泥380342硅灰2018細骨料1073966石灰石微粉末127114粗骨料530682其它高強度混合材44添加劑2.52速凝劑36 強度N/mm2初期：3.510min長期：5228d長期2728dn 在大

15、斷面隧道中，為了縮短噴混凝土的作業(yè)時間和以最短時間放射全周邊的混凝土，必需采用多臺大容量的放射機械。五、噴混凝土性能核對方法n 核對噴混凝土性能時，首先要設定噴混凝土應具有的性能。n 噴混凝土施工最重要一點是放射的混凝土在施工中不剝落，而堅持與附著面密著的形狀。同時噴混凝土施工后，要求可以立刻；支持圍巖的構造功能，所以與通常的混凝土不同，不僅需求管理28天的強度，還要管理3小時、24小時的初期強度。因此噴混凝土的性能科定義為：附著性能和恣意材齡的抗壓強度發(fā)現(xiàn)性能。1、附著性能的核對n a附著的噴混凝土不剝落的條件n 為了核對噴混凝土的附著性能，要定量地研討附著在圍巖上的噴混凝土不剝落的條件。首

16、先我們調查噴混凝土與圍巖的附著。n 圍巖外表的形狀，由于施工現(xiàn)場而不同，假設要堅持圍巖無涌水、不剝落的形狀，噴混凝土與圍巖的附著強度必需大于噴混凝土本身的抗拉強度。因此，噴混凝土的剝落，可以為是由噴混凝土自重引起的拉應力大于抗拉強度所致。普通說，噴混凝土拉應力的最大值多出如今拱頂處，因此，噴混凝土附著性能的核對，采用圖15的方式，只思索拱頂就可以了。 圖15拱頂處噴混凝土的方式圖 噴混凝土施工中，其厚度是隨時間而添加大，因此，其拉應力也隨著添加。 n設噴混凝土厚度為d，那么產生的最大拉應力為t等于n tG dn式中：t：最大拉應力MPan : 噴混凝土密度kg/m3n G：重力加速度m/s2n

17、 d：噴混凝土厚度mn這樣，噴混凝土總放射過程中不剝落的條件是n t/ft1n式中n ：有關噴混凝土抗拉強度預測值精度的系數n t：拉應力的最大值MPan ft：噴混凝土抗拉強度預測值MPan問題在于噴混凝土抗拉強度的預測值。 下表是試算式設定的條件。隧道斷面采用雙車道公路隧道斷面。 施工條件工程設定值工程設定值隧道上半斷面半徑r5m掘進長度L1m設計放射厚度d25cm吐出量16m3/h 配比條件速凝劑種類混凝土水灰比(%)速凝劑添加率(%)P145.6 3.5，5.0，6.556.9 4.9，7.0，9.1P245.6 7.0，10.0，13.056.9 L45.6 6.3，9.011.7

18、試算的結果。 各種速凝劑條件下，抗拉強度與拉應力的關系2、恣意材齡的抗壓強度發(fā)現(xiàn)性核對 噴混凝土恣意材齡的抗壓強度發(fā)現(xiàn)性核對可按下式進展。 cfck/fSC1式中：c：平安系數 fck：材齡T的噴混凝土抗壓強度設定值 fSC：材齡T的噴混凝土抗壓強度預測值 表達抗壓強度預測值精度到平安系數，可按下式求出。 c100/1001.645V V是噴混凝土抗壓強度的變動系數。 普通說噴混凝土抗壓強度的變動符合正態(tài)分布，因此按上式核對得到的抗壓強度會低于要求值。建議按11.5思索。n根據新規(guī)范，設定的材齡及抗壓強度列于表14。n表14 設定的材齡和抗壓強度MPa材齡T24小時28天抗壓強度設定值5.01

19、8.0思索平安系數的目的強度6.222.2 以下圖是試算結果。 各種速凝劑條件下抗壓強度的歷時變化及抗壓強度的設定值 n 雖然，提出來噴混凝土性能設計的原那么方法，但在運用上，還存在一些問題。實踐上，目前都是按照對噴混凝土性能的要求，來進展配比設計，使之可以滿足其性能的要求。六、新的放射系統(tǒng)n為了滿足噴混凝土性能的要求，目前開發(fā)了一些新的放射系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括：n 1、運用漿狀速凝劑的系統(tǒng)；n 2、低堿性速凝劑的放射系統(tǒng)；n 3、回轉力方式的放射系統(tǒng)；n 4、離心力方式的放射系統(tǒng)。1、運用漿狀速凝劑的系統(tǒng)；n 此放射系統(tǒng)，是采用公用的粉體速凝劑，在添加到混凝土中之前使之成漿狀的放射系統(tǒng)，由于速

20、凝劑是漿狀添加的，不僅降低了粉塵的發(fā)生，也改善了與混凝土的混合性，可以獲得降低回彈率和良好的強度特性。n 本系統(tǒng)與過去的系統(tǒng)比較，具有以下特點。n 可以獲得良好的附著、速凝特性和強度發(fā)現(xiàn)特性；n 可以降低粉塵的發(fā)生，改善了作業(yè)環(huán)境圖1；n 提高了混凝土和速凝劑的混合性，質量穩(wěn)定；n 可以降低混凝土的回彈率，減少施工期間和本錢；n 可以順應采用普通粉體速凝劑的放射系統(tǒng)。 圖1粉塵濃度測定結果例 運用漿狀速凝劑的放射系統(tǒng)概略示于圖2。圖中表示出比過去粉體速凝劑放射系統(tǒng)添加大機器、設備。即追加了粉體速凝劑漿化的水流量計及其控制盤，調整混凝土緊縮空氣量的空氣流量計和調整閥等。2、低堿性速凝劑的放射系統(tǒng)

21、n 1970年1980年間液體速凝劑多運用硫酸鹽系pH12以上的產品，但因堿性高，從放射作業(yè)時對人體的危險性和長期強度的降低觀念出發(fā)，如今幾乎沒有運用了。替代的是水溶性的硫酸鹽系低堿性，pH24，沒有使皮膚燒傷的危險，強度也能穩(wěn)定的發(fā)現(xiàn)，而得到運用。n 本系統(tǒng)與過去系統(tǒng)比較，有以下專長。n 發(fā)生的粉塵極少，可改善作業(yè)環(huán)境；n 可以降低回彈；n 由于是弱堿性，對人體和環(huán)境影響??；n 對混凝土長期強度影響??；n 外表光滑。n 用泵壓送混凝土到噴嘴，在液體速凝劑公用噴嘴內用比較少量的氣體混合液體速凝劑例示于圖。同時用緊縮空氣進展放射。需求的緊縮空氣量比粉體速凝劑，少得多，因此緊縮空氣機可以小型化。3

22、、回轉力方式的放射系統(tǒng)n 此放射系統(tǒng)，不運用緊縮空氣，而利用回轉葉輪頭的打擊力把混凝土投射的施工方式，稱為無空氣放射機。由于混凝土放射不用緊縮空氣，與過去的放射系統(tǒng)比較，發(fā)生粉塵少，電力耗費也小。在規(guī)范系統(tǒng)中，速凝劑是在按照在噴嘴外部的放射噴嘴噴霧，添加到投射中的混凝土中。n 本系統(tǒng)與過去的系統(tǒng)比較有以下專長。 n 混凝土壓送不需求緊縮空氣；n 省能；n 發(fā)生粉塵量約1/10;n 回彈率約10；n 鋼纖維的殘存率可以到達90。在通常的放射系統(tǒng)中，配合噴嘴的位置，投射混凝土的葉輪頭的構造示于圖。 n 施工時，由于葉輪頭的回轉打擊投射而吐出混凝土，視回轉數，左右著噴混凝土的附著性及回彈。到目前為止，吐出量12m3/h的場所，回轉數采用2000rpm比較適宜。n 放射施工性，與采用粉體速凝劑比較，發(fā)生