［摘要］鋼纖維混凝土作為一種新型復合材料，已成為混凝土科學發展的一個方向，并以其良好的抗裂性、彎曲韌性、抗托與抗彎強度等性能，正廣泛應用于各類工程建設領域。本文根據某水電站引水隧洞的地質條件及施工現狀，提出對Ⅳ類圍巖洞段可用鋼纖維噴射混凝土替代網噴混凝土的支護處理方案，在實際施工過程中取得了良好的效果。 

　　［關鍵詞］Ⅳ類圍巖網噴混凝土 鋼纖維噴射混凝土 效果評價

　　1 工程概況

　　某水電站位于四川省境內的木里河（雅礱江支流）上，是木里河六個梯級電站中的第三級。該水庫采用低閘引水式發電，電站裝機4 臺，單機容量60MW，總裝機容量240 MW。電站樞紐工程由首部樞紐、引水系統、地面廠房系統等建筑物組成。引水系統由引水隧洞、調壓室、壓力管道組成。引水隧洞布置在右岸，從進水口至調壓井，全長18.7km，為有壓圓形洞，襯砌后的過水斷面為7.2m（最大開挖斷面達8.4m）。

　　2 引水隧洞區工程地質條件

　　引水隧洞沿線出露巖性主要為奧陶系下統瓦廠組（O1W）板巖夾變質石英砂巖、千枚巖，人公組（O1r）的變質石英砂巖夾板巖、千枚巖，少量三疊系下統領麥溝組（T1l）的板巖夾千枚巖、硅質板巖，志留系（S1）的板巖夾千枚巖、硅質巖，巖層總體產狀：330°～320°SW∠30°～50°。引水隧洞沿線地層巖性以板巖夾千枚巖為主，部分為中厚～厚層狀變質石英砂巖。

　　引水隧洞沿線發育4 條規模較大橫切隧洞的斷層—圓寶山斷層、尼都斷層、機落斷層、茶布朗斷層，破碎帶一般寬約20～40m，其中機落斷層寬達100～200m，由碎裂巖、糜棱巖、角礫巖、少量斷層泥組成。隧洞區層間剪切錯動帶及各類結構面均較發育，地層揉皺強烈。

　　由于該電站引水隧洞線路較長，地質條件相對較差，隧洞圍巖以Ⅳ類、Ⅴ類為主，占引水隧洞全長的65%，為確保工程進度和施工安全，根據不同的圍巖地質情況，將Ⅳ類圍巖洞段由原設計的網噴混凝土支護改為鋼纖維噴混凝土支護，取得了滿意的效果。具體內容介紹如下：

　　3 鋼纖維噴射混凝土的力學性能及噴射方法選定

　　3.1 鋼纖維噴射混凝土的力學性能

　　鋼纖維噴射混凝土是在普通噴射混凝土的拌合料中加入一定量無定向分布的鋼纖維，經噴射機和輸料管在噴頭處加入適量水（干噴法）后直接噴射到工程結構物面上的一種混凝土施工工藝。這些無定向分布的鋼纖維起到了微型配筋的作用，能增強混凝土之間的握裹力和錨固力，從而有效地阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，鋼纖維起到了代替鋼筋網或鋼筋的作用，顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。由于采用高壓噴射工藝，在水源、集料的反復連續撞擊下而使混凝土擠壓密實，同時采用的水灰比較小（0.42），因而具有較高力學強效和良好的耐久性，尤其與混凝土、巖石有較高的粘結強度，非常適用于地質條件較差的洞室和邊坡的噴射支護。

　　3.2 鋼纖維噴射混凝土方法的選定

　　噴射鋼纖維混凝土施工方法分干噴法和濕噴法兩種。干噴法施工特點：設備簡單，易于施工，但施工環境粉塵大，混凝土水灰比不易嚴格控制，且材料回彈損失稍大。

　　濕噴法是將一定級配的混合料在攪拌機中加以攪拌均勻后的濕料經噴射機及管道從噴嘴中噴出，其特點混凝土水灰比易控制，施工環境粉塵小，材料回彈損失少，但設備價格較貴。

　　經綜合比較后，針對本電站施工特點，最終采用干噴法。

　　4 鋼纖維噴射混凝土的材料選定及配合比試驗

　　4.1 材料選定

　?。?）鋼纖維：采用重慶宜筑商貿有限公司生產的普通碳鋼鋼纖維，長度20～40mm，直徑0.53～0.57mm，長徑比64，抗拉強度1 145～1 545MPa。該材料經中國水電五局中心試驗室檢測，檢測結果合格。

　?。?）骨料：采用現場紫坪公司生產的人工骨料，巖性以灰巖為主。砂的細度模數FM=3.2，含泥量1．8%，級配良好；粗骨料粒徑規格為5～20mm，針片狀含量5．8%，壓碎指標值6．8%，含泥量0.5%。 [Page]

　?。?）水泥：選用峨嵋水泥廠生產的普通硅酸鹽32.5R 水泥，規范要求鋼纖維混凝土水泥采用強度等級42.5MPa 普通硅酸鹽水泥，因峨嵋普通硅酸鹽32.5R 水泥的強度等級已經達到42.5MPa 的指標，故可以使用。

　　（4）礦物摻合料：混凝土中加入鋼纖維之后，其流動性會變差，且為泵送施工，需利用礦物摻合料的疊加效應，優化攪拌、運輸和施工工藝。粉煤灰能減少混凝上干縮和徐變；在保證混凝土強度不變的前提下減少水泥的用量，從而降低混凝土的水化熱。本工程摻用四川達竹煤電集團生產的散裝Ⅱ級粉煤灰作為摻合料，其細度不大于20%，需水量不大于105%。

　　（5）速凝劑：選用昆明聲威外加劑有限公司生產的SW 紅星一號速凝劑。

　?。?）拌合水：可飲用自然水。

　　4.2 噴射素混凝土與鋼纖維噴射混凝土的對比試驗

　　原素噴混凝土設計強度等級為C20，于現場進行了配合比及28d 抗壓強度試驗（見表1），鋼纖維混凝土配合比要考慮設計要求的抗壓、抗折等級，還要顧及施工方便。在常用的C20 泵送混凝土配合比基礎上，調整砂率，適當增加膠凝材料的總量，共試拌A、B、C 三組配合比試驗（見表2）。通過綜合比較試拌混凝土的抗壓、抗折強度、和易性、鋼纖維分布情況等，最終確定泵送鋼纖維混凝土配合比（見表3）。

　　在完成室內試驗，選定最佳配合比后，必須從原材料進場檢測，混凝土攪拌站計量上料、拌合、出料坍落度檢測、混凝土試件留取、泵送混凝土運輸、施工現場作業、以及混凝土養護等工序入手，嚴格控制各道工序，確?，F場施工質量。

　　5 鋼纖維噴射混凝土的施工方法及效果評價

　　5.1 鋼纖維噴射混凝土的施工方法 [Page]

　　施工時采用分回次進行噴射，每一段長約3m 左右，每段間搭接長30cm，每一噴層厚度3～5cm。為控制回彈率并提高混凝土與巖面的粘結強度，在噴前基巖面上噴一層約1cm 厚的水泥砂漿。噴射時，噴嘴距巖面約0.8～1.0m，噴射角度為70～90°。

　　5.2 鋼纖維噴射混凝土的效果評價

　　5.2.1 噴射質量比較

　　由于隧洞圍巖地質條件普遍較差，構造發育，層間擠壓揉皺、錯動較強，光爆效果不夠理想，開挖面起伏度較大，如果采用網噴混凝土，由于鋼筋網很難形成巖面輪廓，和巖面距離不易控制，而采用鋼纖維噴混凝土可以沿凸凹面均勻噴射，與巖面間粘結良好，支護質量較高。

　　5.2.2 進度安全比較

　　常規網噴混凝土作業，掛設鋼筋網的時間為網噴混凝土總時間的1/2，采用鋼纖維噴射混凝土，可節省掛網的時間，避免了在破碎巖體掛網的危險，縮短了施工周期和設備運轉時間，同時，由于鋼纖維噴射混凝土具有較好的抗裂性能，能較好的適應洞內的變形，特別在破碎巖體部位，爆破后的及時支護，能以最快速度起到加固作用，更能保證施工安全。

　　5.2.3 性能比較

　　隧洞鋼纖維噴射混凝土強度試驗成果表明，鋼纖維噴射混凝土相比鋼筋網噴射混凝土其性能改善和提高了許多：

　　(1)鋼纖維噴射混凝土的抗壓強度，在同等標號情況下均比普通網噴混凝土要好得多。

　　(2)抗拉、抗折變形性能得到有效改善，一旦鋼纖維混凝土出現裂縫，鋼纖維的作用更加明顯，能發揮較好的阻裂作用。

　　(3)以往采用鋼筋網噴射混凝土存在集料回彈大以及施工易出空洞，鋼纖維噴射混凝土較好地解決了這些問題。鋼纖維噴射混凝土具有較好的韌性，當結構受力達到極限強度后隨著變形的發展仍將保持一定的承載能力，它的韌性對圍巖的變形具有良好的吸收能力，有利于在與圍巖的共同變形中建立起新的平衡。

　　6 結語

　　（1）兩者僅從材料費用考慮，鋼纖維噴射混凝土費用較高，但鋼纖維噴射混凝土具有支護快速、及時，噴層混凝土力學性能優良和圍巖粘結強度高等特點，這對確保施工安全、加快施工進度都有顯著的效果；大大避免了鋼筋網對施工質量、回彈以及巖面存在空洞等不利影響；省去了鋪設鋼筋網的工序，提高了勞動效率，無論從經濟上還是技術上都具有一定的優勢。

　?。?）采用鋼纖維噴射混凝土不僅抗折強度有所提高，而且韌性好，具有良好的吸收適應變形能力，可防止巖塊的塌落，對圍巖的變形有很強的適應能力。

　?。?）由鋼纖維噴射混凝土組成的襯砌結構在防水性能和抗腐蝕能力方面有較大的提高，同時，它的施工工藝簡單，不需增添設備，在地下洞室的支護中具有明顯的優越性，值得推廣應用。