淺談濕噴機械手在馬東鐵龍運隧道中的應用

朱偉恒

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310）

1 工程概況

馬來西亞東海岸鐵路（簡稱ECRL）橫貫馬來西亞半島東西，線路自瓦卡巴魯引出，沿東海岸向南，途徑哥打巴魯、瓜拉登嘉樓、龍運、關丹，然后折向西南，經(jīng)文德甲、萬宜、布城，至終點站巴生港，線路長約532.6km。新建馬來西亞東部沿海鐵路項目中，采取的是客貨共線鐵路形式，道北（Tumpat）至鵝嘜（Gombak）建設有輕軌站，該段總長度530.12km，其中正線部分路基長365.99km，為整個線路總長的69%。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，沿線共設置有114 座鐵路橋，總長度114.9km，占線路總長的21.7%。施工中隧道總量36座，總長度49.12km。較特殊的是云頂隧道，此部分總長度17.69km，為典型的特長隧道。

2 機械手濕噴工藝

2.1 工藝概述

濕噴是鐵路隧道各環(huán)節(jié)有序推進的重要技術，小型濕噴機械的局限之處在于速度慢、零部件損耗大，正常情況下單臺設備的噴射量為2.5m3/h，盡管具備多臺組合作業(yè)的條件，但受礙于隧道空間的限制，無法以高效的方式展開濕噴作業(yè)。因此，大型濕噴機械手逐步被應用于隧道工程中，其具備噴射的速度相對更快，正常情況下，濕噴量可達15 ～30m3/h。當然，此設備對于技術人員提出較高要求，必須得到成熟技術水平的支持。

2.2 系統(tǒng)工作原理

做好空壓機啟動前的準備工作，要求壓縮機手動截止閥均達到開啟狀態(tài)。截止閥的使用需具有針對性，不可將其作為排放閥而使用，且不允許作為噴射供風閥，若出現(xiàn)此現(xiàn)象將對空壓機的穩(wěn)定運行造成影響，使得油氣分離濾芯處于異常狀態(tài)。若發(fā)生緊急情況，可啟動手動截止閥，在其作用下隔絕壓縮空氣，若該閥處于關閉狀態(tài)，需隨即復噴施工作業(yè)，注重壓力表的讀數(shù)，該值為0 時才具備打開截止閥的條件；反之，表明管路中存在壓力，禁止將截止閥打開。首先，要將供風完全截斷，在此基礎上，再有效打開空壓機排放閥，通過此方式確保管路壓力為0，隨后開啟截止閥。若電控系統(tǒng)運行中發(fā)生異常，在此影響下難以切斷供風，此時，空壓機應暫停運行，逐步打開排氣閥，以達到排放管路的效果。

2.3 添加劑系統(tǒng)

其結構如圖1 所示。系統(tǒng)中設置有添加劑泵，在其作用下可將添加劑轉(zhuǎn)移到噴頭處，工作狀態(tài)主要有兩種：一是吸入，需與添加劑罐保持穩(wěn)定連接的狀態(tài)；二是泵出，此時，要與噴射頭穩(wěn)定連接。

圖1 添加劑系統(tǒng)

2.4 高壓清洗水系統(tǒng)

具體結構示意圖見圖2。需要注意的是：（1）噴射機組作業(yè)前必須注滿水箱；（2）濾清器濾網(wǎng)防止固體雜物進入水泵；（3）寒冷季節(jié)施工后，應使用排放閥和濾清器的排空塞放凈系統(tǒng)剩水，防止凍裂器件。

圖2 高壓清洗水系統(tǒng)

2.5 機械手噴射混凝土工藝

（1）調(diào)整噴頭位置，該結構與巖面間距需控制在0.5～1.2m，噴射過程中調(diào)節(jié)濕噴機風壓，以0.6 ～1.2MPa 為宜。（2）噴射角度：確保噴頭位置的合理性，應與受噴面處于相垂直的狀態(tài)，若出現(xiàn)格柵遮蓋受噴面的情況，允許適當傾斜噴頭，但不可在70°以內(nèi)，從而確保噴射效果。（3）噴頭運動：本工程所用機械手的工作能力較強，覆蓋的范圍較大，采取的是分段螺旋噴射的方式，噴射過程中各段長度≤6m，同時從左右邊墻處展開噴射作業(yè)，逐步向拱部推進。整個噴頭都要處于持續(xù)運動的狀態(tài)，調(diào)節(jié)螺旋直徑使其介于20 ～30m，控制相鄰圈的重疊面積，要求達到前一圈的1/3。（4）噴射厚度：根據(jù)不同的部位確定相對應的噴射厚度，墻部至少為10cm，拱部至少為7cm。從影響因素的角度來看，混凝土坍落度會直接對噴層厚度造成影響，部分情況下還與速凝劑性能有關。

3 濕噴機械手的應用

（1）建立輸送系統(tǒng)，在其支持下完成對壓縮空氣、混凝土以及添加劑三部分材料的輸送作業(yè)，使其能夠到達各自對應的噴頭處，三者充分混合后再通過相同的噴嘴噴射。（2）設置高效拌和站，在其支持下完成混凝土拌制作業(yè)，采取的是濕噴式噴射方法，可達到控制回彈量、降低粉塵的效果，相較于傳統(tǒng)方法而言，施工效率得到了顯著提升。（3）掌子面開挖過程中兼并噴射混凝土，初噴厚度至少為4cm，設置錨桿并鋪設鋼筋網(wǎng)，隨后執(zhí)行復噴作業(yè)，經(jīng)上述流程后最終達到設計要求。（4）搭建格柵與型鋼，在足夠穩(wěn)定后，方可噴射混凝土，以便提升支護能力。圍巖完整性較好，具有較長的穩(wěn)定時間，結束開挖后需隨即展開初噴、搭設錨桿等環(huán)節(jié)的施工，下一循環(huán)支護時再對該處復噴。基于上述方式，各層間隔時間均為一個循環(huán)，每層經(jīng)爆破作業(yè)后不可避免會產(chǎn)生裂紋，在后續(xù)噴射過程中則被有效填充，新噴層若與掌子面的間距較遠，將有效控制爆破振動，明顯提升了混凝土層的支護效果。

3.1 噴射砼配合比設計

水泥：此處較為可行的是52.5 普通硅酸鹽水泥。細骨料：選擇的是足夠潔凈的中砂或粗砂，要求其細度模數(shù)＞2.5。粗骨料：選擇的是具有較大硬度的碎石，其粒徑至少為16mm，具有優(yōu)良的級配，所用的石料不允許含有活性二氧化硅。水：不可對水泥的正常凝結造成影響。速凝劑：通過試驗明確速凝劑的基本特性，經(jīng)試驗后確定合適的摻量，通常情況下以水泥總量的2%～4%為宜。

3.2 噴射砼施工

隧道初支施工作業(yè)時較為可行的是濕噴工藝，設置拌和站，將該處產(chǎn)生的混凝土轉(zhuǎn)移到攪拌車內(nèi)，沿既定線路運輸至指定區(qū)域，再利用濕噴機展開噴射施工。結束隧道開挖作業(yè)后，需優(yōu)先完成封閉巖面的噴射作業(yè)，在此基礎上，再設置鋼架、掛鋼筋網(wǎng)、搭設錨桿，確保無誤后全面清理，隨后復噴施工。

3.3 噴射砼前施工準備

做好噴射前的準備工作，即在高壓風的作用下有效清理巖面。為確保噴射混凝土厚度的合理性，有必要設置相應標志。實際施工中，應全面檢查機具、水電等相關工程因素，將濕噴機轉(zhuǎn)移到指定施工區(qū)域。

3.4 混凝土攪拌、運輸

引入了強制式自動計量攪拌機，該設備的特點在于精確控制材料用量。經(jīng)試驗后可確定合適的攪拌時間，根據(jù)工程要求，至少要達到120s。根據(jù)拌和站的實際情況選擇合適的砼運輸車，實現(xiàn)對運輸設備的有效調(diào)度，為現(xiàn)場噴射作業(yè)提供充足的原料支持。

3.5 噴射作業(yè)

噴射施工遵循分段、分片的基本原則，要求各個分段的長度≤6m。優(yōu)先完成低洼處的噴射作業(yè)，隨后，再通過由下至上的方式依次分層噴射。邊墻噴射施工時，需要從墻腳處開始逐步向上延展；分層噴射過程中，只有在前一層達到終凝狀態(tài)后方可噴射施工，若已經(jīng)終凝且經(jīng)過1h 后，則要利用高壓水做好清表工作。關于單次噴射厚度的控制，需確保混凝土不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，若厚度過大，則會降低材料黏結力，反之，若過薄則會提升回彈量。關于邊墻的噴射施工，各處都要足夠均勻。嚴格控制噴射速度，以便提升混凝土的壓實效果。

3.6 養(yǎng)護

混凝土達到終凝狀態(tài)且經(jīng)過2h 后，需隨即采取養(yǎng)護措施，此處為濕水養(yǎng)護的方法，持續(xù)時間至少為14d。若現(xiàn)場溫度在+5℃以內(nèi)，則轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)護液養(yǎng)護的方式。

4 結語

機械手在現(xiàn)代工程領域取得了廣泛的應用，其具備機械化程度高、回彈量少等多重特點，但施工中對技術水平提出了較高要求，因此，要從實際情況出發(fā)選擇合適的技術方案，針對各項生產(chǎn)要素采取有效控制措施，此舉對濕噴機械手運行效率而言尤為關鍵。