淺談隧道混凝土噴射的機(jī)械化施工

邵合卯

廈門(mén)市交通綜合行政執(zhí)法支隊(duì)（361000）

淺談隧道混凝土噴射的機(jī)械化施工

邵合卯

廈門(mén)市交通綜合行政執(zhí)法支隊(duì)（361000）

隧道混凝土噴射施工中機(jī)械的使用會(huì)影響到混凝土支護(hù)的工程質(zhì)量。通過(guò)介紹混凝土噴射技術(shù)和施工機(jī)械，探討了混凝土噴射施工要點(diǎn)，為隧道混凝土噴射施工提供參考。

混凝土；噴射；設(shè)備

0 前言

噴射混凝土是使用混凝土噴射機(jī)，按一定的混合程序?qū)接兴倌齽┑募?xì)石混凝土拌和料與高壓水混合，經(jīng)過(guò)噴嘴噴射到巖壁表面，并迅速凝固結(jié)成一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而對(duì)圍巖起到支護(hù)作用。噴射混凝土是一種新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，又是一種新的施工工藝與技術(shù)，它可以根據(jù)需要分次追加厚度，也可以與各種類(lèi)型的錨桿、鋼纖維、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)等構(gòu)成復(fù)合式支護(hù)，具有支護(hù)及時(shí)、強(qiáng)度高、密實(shí)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，特別是在軟弱圍巖地質(zhì)條件下,配合鋼拱架和系統(tǒng)錨桿作為聯(lián)合支護(hù)，優(yōu)點(diǎn)更為明顯。

1 混凝土噴射技術(shù)

1.1 濕噴技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)

混凝土噴射是指利用壓縮空氣或其他動(dòng)力，將按一定比例配合的拌和料通過(guò)管道輸送并高速?lài)娚涞绞車(chē)娒嫔夏Y(jié)硬化,從而形成混凝土支護(hù)層。混凝土噴射按噴射工藝可分為干噴和濕噴兩種方式，隨著濕噴設(shè)備及工藝的日趨完善及施工要求的不斷提高,濕噴技術(shù)已成為世界各國(guó)噴射技術(shù)的發(fā)展主流。和干噴工藝相比，濕噴技術(shù)具有以下四個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)。

1）可大大降低施工粉塵濃度，消除對(duì)工人健康的危害。2）生產(chǎn)率高。3）回彈度低。4）施工質(zhì)量高。

1.2 稠密流輸送的特點(diǎn)

噴射技術(shù)按照混凝土在噴射機(jī)輸送方式的不同又可分為稠密流輸送（見(jiàn)圖1）和稀薄流輸送（見(jiàn)圖2）。稠密流輸送是把拌和好的濕混凝土通過(guò)專(zhuān)用混凝土泵擠壓物料，并在壓力差作用下將混凝土料輸送到噴頭,在噴頭處添加壓縮空氣和速凝劑，將混凝土高速?lài)娚涞绞車(chē)娒嫔稀Ｏ”×鬏斔褪前寻韬秃玫幕炷撂砑拥交炷羾娚錂C(jī)的料斗內(nèi)，噴射機(jī)把物料均勻分配至下料口處，壓縮空氣懸浮著物料在管道中被輸送到噴頭,在噴頭處加入速凝劑，使混凝土被高速?lài)娚涞绞車(chē)娒嫔稀：拖”×鬏斔拖啾龋砻芰鬏斔途哂幸韵挛鍌€(gè)特點(diǎn):1）輸送壓力高,可達(dá)70 Bar,而稀薄流輸送壓力僅有6 Bar。2）輸送距離遠(yuǎn)。最大距離100 m，最大輸送高度40 m；稀薄流輸送距離小于20 m。3）耗氣量小(耗氣量3～4 m3/min)。4）噴射回彈小，一般反彈率小于8%。5）混凝土可泵送性要求高，管道易堵塞，對(duì)管壁磨損大。

圖1 稠密流輸送

圖2 稀薄流輸送

1.3 生產(chǎn)效率、施工質(zhì)量和施工成本

生產(chǎn)效率主要取決于混凝土噴射機(jī)械設(shè)備性能與機(jī)械化配套水平、施工組織與管理、操作手的熟練程度；施工質(zhì)量包含混凝土強(qiáng)度指標(biāo)和耐久性指標(biāo)，而強(qiáng)度指標(biāo)包括早期強(qiáng)度、黏結(jié)強(qiáng)度和基準(zhǔn)強(qiáng)度，耐久性能指標(biāo)包括密實(shí)性、抗?jié)B性、電通量和抗凍標(biāo)號(hào);施工質(zhì)量的好壞取決于噴射工藝、噴射設(shè)備、混凝土噴射施工材料及配合比。施工成本主要取決于施工材料、工藝及施工設(shè)備的選用。

1.4 影響混凝土噴射質(zhì)量的主要因素

噴射工藝、設(shè)備、混凝土噴射施工材料及配合比是影響混凝土噴射質(zhì)量的主要因素。隧道混凝土噴射施工設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求一般為C20～C30，隧道初期支護(hù)噴射混凝土設(shè)計(jì)厚度10～35 cm，噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)需滿足強(qiáng)度要求和噴射設(shè)備要求，應(yīng)先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作配合比試驗(yàn),并選出最優(yōu)數(shù)據(jù)。混凝土噴射材料主要包括水泥、砂子、卵石、水和添加劑。混凝土材料要求見(jiàn)表1。配合比為各材料之間的配比，其中膠骨比、砂石比是影響混凝土密實(shí)性和強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。水灰比將影響混凝土滲透性和強(qiáng)度，而滲透性又是評(píng)價(jià)混凝土耐久性最重要的指標(biāo)。

1.5 最優(yōu)配合比

混合料配合比在施工前由實(shí)驗(yàn)室作配比試驗(yàn)而決定。確定配比在滿足強(qiáng)度、滲水性及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的同時(shí)，還要兼顧混凝土混合料在噴射設(shè)備內(nèi)的流動(dòng)性要求。國(guó)內(nèi)混凝土噴射施工無(wú)統(tǒng)一的國(guó)家規(guī)范，一般根據(jù)施工地區(qū)和工況采取內(nèi)部施工規(guī)范或施工指南。

2 混凝土施工機(jī)械

噴射混凝土施工機(jī)械主要有攪拌設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、噴射機(jī)等。實(shí)現(xiàn)機(jī)械化配套可加快支護(hù)速度，提高施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

1）混凝土攪拌設(shè)備。混凝土攪拌設(shè)備主要為混凝土攪拌車(chē)。施工單位可根據(jù)每小時(shí)需用混凝土施工用量來(lái)確定組合攪拌車(chē)的大小。

2）混凝土輸送設(shè)備。混凝土輸送設(shè)備主要為混凝土攪拌運(yùn)輸罐車(chē)。施工單位可根據(jù)隧道尺寸及混凝土用量來(lái)確定混凝土運(yùn)輸罐車(chē)的運(yùn)輸量大小。

3）混凝土噴射機(jī)。混凝土噴射機(jī)根據(jù)噴射工藝不同可分為干式噴射機(jī)和濕式噴射機(jī)兩大類(lèi)型。根據(jù)濕式混凝土噴射機(jī)的工作原理，又可分為轉(zhuǎn)子式及柱塞泵送式兩大類(lèi)。

轉(zhuǎn)子式濕噴機(jī)為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置，負(fù)荷變量泵通過(guò)液壓馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，從而使噴射量可調(diào)。同時(shí)采用液壓式轉(zhuǎn)子壓緊機(jī)構(gòu)，壓緊力可調(diào)。工作時(shí)料斗中的濕拌和料落入轉(zhuǎn)子料孔，經(jīng)旋轉(zhuǎn)180°后料孔與壓縮空氣進(jìn)氣口相通，濕拌和料以懸浮狀態(tài)被壓至出料管，在噴嘴混合室與液體速凝劑快速充分混合后，從噴嘴高速?lài)姵觥Ｖ盟褪綕駠姍C(jī)是利用柱塞式混凝土泵作為濕式混凝土噴射機(jī)的基體，在輸送管出口裝以噴嘴并在噴頭處通入壓縮空氣，將混凝土噴射出去。

由于濕噴技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，濕式混凝土噴射機(jī)特別是濕式噴射混凝土機(jī)械手越來(lái)越多地取代了干式混凝土噴射機(jī)而成為噴射混凝土作業(yè)的主要機(jī)具。

3 混凝土噴射施工

混凝土噴射作業(yè)的好壞對(duì)混凝土強(qiáng)度、回彈率、生產(chǎn)效率等均有影響，為確保混凝土的噴射質(zhì)量，混凝土噴射施工應(yīng)掌握以下四個(gè)要點(diǎn)。

1）做好噴射前準(zhǔn)備工作。①檢查設(shè)備所需要的通風(fēng)、照明條件，水、電等管線路等能否滿足施工條件；②噴射作業(yè)的環(huán)境溫度不得低于5℃；③噴射前應(yīng)使用高壓水或高壓風(fēng)對(duì)受?chē)妿r面浮塵和巖屑進(jìn)行處理；④若圍巖較差時(shí)應(yīng)掛設(shè)鋼筋網(wǎng)或使用鋼拱架固定，并使其密貼受?chē)娒妗?/p>

2）混凝土攪拌、運(yùn)輸。濕噴混凝土攪拌應(yīng)采取全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)，施工配料應(yīng)嚴(yán)格按配合比進(jìn)行操作；鋼纖維混凝土的攪拌工藝應(yīng)確保鋼纖維在拌和物中分散均勻，不產(chǎn)生結(jié)團(tuán)。攪拌時(shí)間應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攪拌試驗(yàn)確定，攪拌時(shí)間不宜小于3 min（摻有合成纖維混凝土的攪拌時(shí)間宜為4～5 min）。運(yùn)輸采用混凝土運(yùn)輸罐車(chē)，多臺(tái)運(yùn)輸車(chē)應(yīng)交替運(yùn)料，以滿足連續(xù)濕噴混凝土的供應(yīng)。在運(yùn)輸過(guò)程中，要防止混凝土離析、水泥漿流失、坍落度變化以及產(chǎn)生初凝等現(xiàn)象。

3）噴射作業(yè)。噴射混凝土作業(yè)應(yīng)采用分段、分片、分層依次進(jìn)行，分段長(zhǎng)度不宜大于6 m。噴射時(shí)先將低洼處大致噴平，再自下而上順序分層、往復(fù)噴射。有鋼筋網(wǎng)或鋼拱架時(shí)，應(yīng)先噴鋼拱架與壁面間的混凝土，再?lài)妰射摷苤g混凝土。邊墻噴混凝土應(yīng)從墻腳開(kāi)始向上噴射，使回彈不致裹入最后噴層。分層噴射時(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7～10 cm，拱部控制在5～6 cm，并保持噴層厚度均勻。

4）噴射后的養(yǎng)護(hù)。噴射混凝土終凝2 h后,應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14 d。石質(zhì)隧道采用噴霧養(yǎng)護(hù)，黃土隧道采用養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)。當(dāng)氣溫低于5℃時(shí)，不得灑水養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

噴射工藝、噴射配套設(shè)備的選擇和使用、施工材料及配合比是影響混凝土噴射施工質(zhì)量的主要因素。混凝土噴射施工不僅要滿足混凝土強(qiáng)度、噴射均勻性和抗?jié)B性等設(shè)計(jì)要求，同時(shí)要保證設(shè)備的可泵送性、施工的連續(xù)性等諸多條件。混凝土噴射施工不僅需要對(duì)噴射技術(shù)和泵送機(jī)械有較全面的了解，而且要具有一定的與泵送混凝土相關(guān)的知識(shí)。