纳米混凝土在引水隧洞工程中的应用研究

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1、纳米混凝土在引水隧洞工程中的应用研究：纳米喷射混凝土具有一次喷射厚度大、与围岩粘结强度大,一般渗水岩面均可正常喷射，混凝土回弹率低、终凝速度快等优点,能安全快速解决隧道岩爆、富水、塌方、破碎带等不良地质洞段的施工，在引水隧洞中具有广阔的应用前景，但目前鲜见有关应用报道。本文结合在锦屏二级水电站引水隧洞支护施工实体工程，详细介绍了纳米钢纤维混凝土配合比设计和施工，实践结果表明，喷射纳米混凝土能有效预防隧洞的塌方、岩爆,提高隧洞开挖进度，保证施工安全。　　关键词：纳米混凝土；施工；引水隧洞　　1工程概

2、况　　锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上,利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差，通过长约l6．67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，引水隧洞沿线地层岩性主要为三迭系中、上统的大理岩、灰岩及砂岩、板岩，从东到西分别经过盐塘组（T2y）、白山组（T2b）、三迭系上统（T3）、杂谷脑组（T2z）、三迭系下统（T1）等地层。东端4#引水隧洞，断面为马蹄形

3、，底宽13.4m、高13.4m，全长约11918.175m，全洞采取钻爆和锚喷支护相结合的新奥法施工。根据地质预测成果及现场开挖所揭示的围岩情况，在引水隧洞的实际施工中，经常存在以下几种特殊情况：（1）引水隧洞由于埋深较大，掌子面附近经常发生岩爆。采用普通混凝土喷射，混凝土与围岩粘结强度不高，一次喷层厚度较薄，强度增长较慢。同时由于施工进度需要，掌子面在前一循环喷射混凝土后3～4小时放炮，经常发生混凝土被震塌的现象。严重影响开挖进度和人员设备的安全。（2）对于开挖中遇到的富水地段，普通混凝土很难进

4、行喷射，与围岩的粘结情况得不到保证，喷射厚度也十分不理想。经常发生喷射后立即掉落的现象。（3）对于断层和破碎带，在开挖后需要对围岩及时喷射混凝土进行封闭，才能在相对安全的条件下进行锚杆和X片等的施工。这就要求喷射混凝土一次喷层厚度不小于5～8cm，短期强度增长快，而普通喷射混凝土很难达到要求。无形中增加了支护抢险的时间，影响了应有的施工进度。对于以上种种特殊地质条件，采用普通喷射混凝土已经难于满足施工进度、安全方面的要求。而采用喷射纳米钢纤维混凝土是应对大跨度地下洞室施工中的岩爆、渗水洞段的初期支

5、护中一种先进有效的方法。因此，引水洞工程施工时根据纳米混凝土粘结强度较高，终凝时间快，短时间强度增长快的特点，纳米钢纤维混凝土主要集中在岩爆、渗水和破碎洞段，以及为满足开挖进度需要进行的掌子面初喷。对一般富水区，采取先选择性地对局部集中渗漏岩体结构面出水点进行封堵，使用化学浆液、超细水泥等封堵细小裂隙，然后使用掺入XPM纳米湿喷砼进行全断面喷射30~40cm厚，对围岩破碎带及塌方抢险地段改普通喷射混凝土为纳米喷射混凝土，岩爆段采用钢纤维纳米混凝土。　　2纳米混凝土的配合比设计　　根据工程需要，通过

6、联合中心试验室进行硅粉钢纤维、纳米钢纤维的配合比选配和工艺性试验来最终选定纳米混凝土施工配合比。喷射混凝土配合比设计技术要求见表1。水泥采用四川乃托水泥厂生产的P.O42.5R水泥，检测结果见表2，砂子、碎石由水电七局砂石加工场生产，检测结果见表3，速凝剂采用巩义市宏超建材有限公司生产的无减速凝剂，纳米采用巩义市宏超建材有限公司生产的纳米特种外加剂，钢纤维采用上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的钢纤维，经检验均符合有关规定要求。纳米（钢纤维纳米）混凝土的配合比为水泥：砂：米石：水：纳米：速凝剂：(钢

7、纤维)=1：2.4：1.6：0.48：0.1：0.07：（每立方40kg），混凝土性能试验结果见表4。根据引水隧洞进行的两次工艺性试验试验结果发现，在洞内岩爆段进行纳米钢纤维混凝土的喷射，完全避免了喷射混凝土放炮后因喷射自重承受不了掉下来的现象，喷层厚度也得到了保障，有效保证了工期。在富水区喷射，由于终凝时间快，能及时封堵，避免了水冲塌现象。通过对喷层厚度的测试，在同一区域一次喷射厚度达到32cm以上时，喷层混凝土均未出现坍塌现象。混凝土终凝时间小于2min，混凝土的综合回弹率小于8%，满足规范要

8、求。　　表1配合比要求　　　　　　　　表2水泥检测结果　　　　　　　　表3骨料检测结果　　　　　　　　表4混凝土试验结果　　　　　　　　3纳米混凝土施工　　纳米混凝土施工采用湿喷法，施工工艺流程见图1。根据喷射纳米混凝土的特殊要求，为满足施工需要，采用湿喷机二台，每班次配备主副操作手共三人，以保证现场喷射混凝土施工的连续性。为保证喷射质量，控制喷射距离在0.6～1.0m范围内，喷射角度应尽量和喷射面垂直，喷射时自下而上，喷嘴做小圆圈运动，喷混凝土风压要比喷普通混凝土高，一般为1.5