大型噴射混凝土機械手濕噴工藝施工技術(shù)

閆高文

（中交第二公路工程局有限公司隧道工程公司，陜西西安 710000）

0 引言

近年來，大型噴射混凝土機械手濕噴工藝，已經(jīng)成為混凝土施工的一種新型方法，在隧道施工過程中，得到了廣泛應用。該技術(shù)的應用，不僅大大提高了混凝土施工的工作效率和施工質(zhì)量，同時改善了施工作業(yè)環(huán)境，施工成本降低。以銅懷高速金斗量隧道為例，給出大型噴射混凝土機械手濕噴工藝的相關(guān)特點和具體施工細節(jié)。以便在實際施工過程中，保證有效應用該施工技術(shù)，確保混凝土達到相關(guān)要求。

1 工程概況

工程涉及的金斗量隧道為分離式小凈距隧道，該標段起訖里程DK691 km+361.53 m～DK716 km+850.00 m，全長25.488 km，包括隧道2座、渡槽1座、框架涵1座，路基土石方21 975.95 m3，無砟道床50.921 km。右側(cè)有G209國道通過，部分山區(qū)有鄉(xiāng)間水泥路通過，僅局部地段交通較為便利，其余地方通行仍較困難。本隧道起止里程為DK694 km+053 m（YDK694 km+045 m）～DK716 km+804 m（YDK716 km+816 m），為 2條單線隧道，左線隧道全長22 751 m，右線隧道全長22 771 m，隧道內(nèi)除出口約2 km段為下坡外，其余為上坡。隧道最大埋深約510 m。隧道地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件復雜，屬控制性重點隧道工程。左洞全長2358 m，右洞全長2506 m，是全線控制性工程，隧道地質(zhì)情況復雜，巖溶、溶蝕現(xiàn)象集中分布，隧道通過時往往與地下發(fā)育、分布的各類規(guī)模巖溶、洞穴、溶蝕現(xiàn)象不期而遇，存在較大突水突泥的可能性。隧道右側(cè)有G209國道通過，進出口距G209較近，交通較方便。左線隧道進出口里程為DK691 km+361.6 m、DK694 km+029 m，長度為2667.4 m；右線隧道以燕尾段小間距YDK693 km-530.1 m為起點，出口里程YDK693 km+994 m，長度463.9 m。隧道所處地區(qū)內(nèi)屬溫暖帶大陸性半濕潤季風性氣候，氣候溫和，四季分明，氣候具有南北過度的特點，屬于地溫涼濕潤區(qū)，地勢較高，氣候溫涼。多年平均氣溫12.6℃左右，最高氣溫 ℃，最低氣溫-19.1℃，歷年平均降水量647.8 mm，年最大降水量1011.7 mm，由于受地形和氣候帶的影響，降水量季節(jié)性變化明顯，降水主要集中在7～9月。

2 工藝操作要點分析

噴射混凝土機械手在進行作業(yè)的過程中，混凝土的配比、速凝劑的選用、噴射距離、作業(yè)風壓以及操作人員技術(shù)水平等，都將影響混凝土噴射質(zhì)量以及回彈率。所以采用大型噴射混凝土機械手對以上相關(guān)要求較高，混凝土配比必須通過試驗確定并滿足設(shè)計強度和濕噴工藝的要求，速凝劑的選用必須與混凝土的性能相對應，操作人員必須經(jīng)過相應的培訓方可進行作業(yè)，施工設(shè)備在施工前，必須對所有的機械設(shè)備進行適當調(diào)試，確保設(shè)備可以達到實際的使用要求。在施工過程中，所有施工人員必須按規(guī)定的工藝細則進行操作，保證所有的施工都規(guī)范進行，為該項技術(shù)的開展提供良好的基礎(chǔ)[1]。

3 使用大型噴射混凝土機械手的優(yōu)勢

隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對施工成本和作業(yè)環(huán)境的要求也越來越高。在傳統(tǒng)的噴射混凝土施工過程中，噴射混凝土回彈量大、空氣粉塵含量高、作業(yè)人員多、安全風險大。采用大型噴射混凝土機械手進行施工，能有效降低施工過程中的粉塵含量，改善施工作業(yè)環(huán)境，大大提高工作效率，降低施工成本，降低作業(yè)風險。應用大型噴射混凝土機械手，使得長大隧道施工邁進了一個新時代[2]。

4 HPS3016S濕噴臺車技術(shù)優(yōu)點

通過前期市場進行調(diào)查和研究，確定應用HPS3016S混凝土噴射臺車用于混凝土噴射施工。該設(shè)備具有生產(chǎn)率高、噴射砼密實、性能穩(wěn)定、方便快捷、操作簡單、噴射無死角、節(jié)能減排并改善勞動條件、降低施工安全風險等特點。

HPS3016S濕噴機械手設(shè)備技術(shù)參數(shù)：整機重量19.5 t；外形尺寸11234 mm×2500 mm×3198 mm；作業(yè)范圍（寬×高）31 400 mm×17 500 mm；作業(yè)深度在停放平面以下7.6 m；作業(yè)距離≤15.3 m；最大理論方量30 m3/h；爬坡能力≤34%；控制方式為機控+無線遙控，最大遙控距離100 m。

HPS3016S濕噴機械手是集行走、泵送和噴射于一體，通過噴射機泵將稠密流料泵送至噴頭處與電腦全自動配比摻量控制的液體速凝劑混合，再用高壓空氣進行混凝土噴射的設(shè)備，可在狹長的隧道中靈活操作，添加劑的流量采用手動調(diào)速與變頻調(diào)速相結(jié)合，使添加劑流量控制范圍更寬，實時無級調(diào)節(jié)[3]。

5 HPS3016S濕噴臺車噴射混凝土施工

（1）施工工藝。圖1為HPS3016S濕噴臺車噴射混凝土施工流程。施工過程中，為了保證最佳的混凝土噴射質(zhì)量，應嚴格按施工流程進行施工。

圖1 HPS3016S濕噴臺車噴射混凝土施工流程

（2）濕噴配合比的選定。以往在對噴射混凝土配合比進行設(shè)計的過程中，人們更注重混凝土的保水性、流動性、黏聚性，忽略了混凝土配比是否可以適應濕噴機。對比國外，國內(nèi)對于濕噴機的研究水平以及應用水平都不及國外，但是國內(nèi)的濕噴機生產(chǎn)廠家積極學習國外的濕噴機生產(chǎn)工藝，同時融入自己的設(shè)計思路。不管哪一種濕噴機，其噴射能力都不盡相同，在對配合比進行設(shè)計的過程中，不僅要充分考慮混凝土的性能，還需要考慮濕噴機的性能[4]。

在正式施工之前，必須通過試驗室試驗確定最佳的混凝土配合比，試驗開始之前，先配制經(jīng)濟性較好，性能更穩(wěn)定的基礎(chǔ)配合比，然后進行試噴試驗，邊進行試驗邊對配合比進行調(diào)整，最終得出既可以滿足混凝土性能要求；又可以適應現(xiàn)場濕噴機機械性能要求的配合比。

控制坍落度處于（160～200）mm，有效解決了堵管、表面平整度不佳以及回彈量較大的問題。具體的原材料配比用量見表1。

表1 原材料配比用量kg

（3）HPS3016S濕噴臺車噴射混凝土施工。噴射混凝土施工按照分段、分片，自下而上、先墻后拱順序進行，分層噴射，邊墻每層厚度按照（6～8）cm 控制，拱部厚度按照（4～6）cm 控制，后一層在前一層混凝土終凝后進行，直至復噴到設(shè)計厚度。控制混凝土速凝劑的添加量≤6%。控制混凝土的坍落度處于（16～20）cm。嚴格控制細集料含量，控制風壓為0.6 MPa左右。

（4）減少回彈的方法與措施。①提高噴射手的操作技能。只有正確操作機械，使理機械可以發(fā)揮足夠的優(yōu)勢，才能有效保證回彈量。必須對操作人員進行適宜的培訓，選擇更為專業(yè)技術(shù)人員對HPS3016S濕噴臺車進行操作，技術(shù)人員必須充分掌握HPS3016S濕噴臺車操作性能，給降低回彈量打好基礎(chǔ)。②正確的噴射方式。減少回彈另外一個關(guān)鍵步驟就是調(diào)整噴頭，使噴頭形成螺旋狀，后一圈大約壓前一圈1/3進行噴射。③試驗指導施工。正式施工開始前，必須對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件和施工環(huán)境進行仔細調(diào)查，確定最佳的配合比以及速凝劑的摻量，控制風壓處于最佳狀態(tài)，提高噴射效率。④選用與混凝土相匹配的速凝劑，該隧道在濕噴臺車使用過程中發(fā)現(xiàn)市場采購液體速凝劑普遍存在質(zhì)保期短易結(jié)晶失效問題，容易造成噴射混凝土回彈量大，噴漿效果不理想。項目通過認真總結(jié)，并組織速凝劑廠家對項目濕噴砼特點進行分析論證后，確定了現(xiàn)場加工液體速凝劑方案，可根據(jù)砼需求變化靈活調(diào)整液體速凝劑生產(chǎn)，即產(chǎn)即用，有效避免速凝劑存放時間過長出現(xiàn)結(jié)晶情況，噴射砼回彈損耗明顯降低，砼質(zhì)量也得到了保證[5]。

（5）HPS3016S濕噴臺車噴射混凝土工效分析。通過濕噴臺車施工，隧道單洞噴漿作業(yè)僅需2人（1名操作手，1名普工），較傳統(tǒng)施工（8～10）人節(jié)省人員（6～8）人，由此可大大降低拱頂落石直接打擊造成人員傷亡等安全風險，安全性能大大提高，使用濕噴設(shè)備較傳統(tǒng)工藝效果及綜合延米成本對比見表2。

表2 工藝效果及綜合延米成本對比

6 結(jié)束語

實際工程驗證，HPS3016S濕噴臺車不僅可保證初凝混凝土的質(zhì)量，而且可以保證混凝土的結(jié)構(gòu)強度、表面平整度以及混凝土密實性。大型噴射混凝土機械手的應用，可降低人力投入，混凝土回彈量更加合理，有效節(jié)省施工材料。濕噴工藝對液體速凝劑質(zhì)量要求較高，必須保證液體速凝劑質(zhì)量，建議采用自加工液體速凝劑，根據(jù)水泥情況動態(tài)調(diào)整速凝劑參數(shù)。濕噴機械手適合上臺階或全斷面施工，不適合下導施工。臺階法施工時，下臺階施工受到工作面限制及二襯安全步距等因素影響，操作空間不足。