隧道工程施工中濕噴機械手的應用技術要點

王慧敏

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

1 工程概況

當金山隧道位于甘肅省阿克塞縣境內，北側為阿克塞盆地，南側為柴達木盆地，其中南側屬于高原地區，常年干燥少雨，風力強盛，地表巖石裸露，植被稀少，缺氧嚴重。中鐵十七局集團有限公司敦格項目經理部二分部負責2#斜井工區施工，施工駐地位于當金山南側，海拔3 300 m。主要施工內容為2#斜井XK0+000～XK2+624,長度2 624 m；平行導坑PDK202+618～PDK207+500，長度4 882 m；正洞DK202+618～DK209+293段，長度6 675 m；2#豎井442 m。當金山隧道2#斜井工區目前以進入平導、正洞施工，截至2015年10月底平導已完成1 700 m，正洞完成1 100 m。施工中全部采用濕噴機械手方法進行初期支護，通過2015年10個月的施工，初支施工質量、施工效率、回彈量等方面效果明顯，大大加快了施工速度。

2 濕噴機械手工藝設備選擇和材料制備

2.1 濕噴機械手設備選型

在當金山隧道2#斜井工區施工過程中，初期濕噴過程中采用的是小型濕噴機械設備進行混凝土噴射施工，但是在實際施工當中發現這種小型的試噴機設備，對周圍的環境影響相對較大、工作人員的工作強度較高同時工作人員容易產生缺氧，外加劑材料的使用量控制不精確，濕噴工作進度比較緩慢，因此無法滿足本次隧道工程項目施工要求。隨后工程施工單位引進湖南五新濕噴機械手(CHP20B車載式混凝土噴漿車)，最高混凝土噴射速率可以達到25 m3/h，這種機械手主要是通過混凝土泵、噴射臂、液壓系統、空氣-水-添加系統、空壓機、高壓清洗水泵、電纜盤以及底盤等多個部分所構成，如圖1所示。

圖1 濕噴機械手

2.2 混凝土配合比

噴射混凝土配合比和混凝土的實際噴射速度、回彈率、混凝土材料的初噴厚度大小之間有著直接的關聯。基于標準的設計工作強度，對水灰比進行進行有效設計和優化，在配合比設計工作方面，需要將重點放在混凝土材料的和易性以及速凝劑材料的選擇方面，需要保證混凝土材料的坍落度大小在9～13 cm，同時要保證具有更高的粘聚性效果，將混凝土的回彈率大小控制在15%之內，當金山隧道2#斜井工區噴射混凝土的配合比見表1。

表1 高原當金山隧道機械手噴射混凝土配合比 單位：kg

濕噴混凝土施工過程中，所使用的原材料主要包含水、泥沙、碎石以及水，本次項目工程施工中，水泥材料選用的是標號42.5水泥材料，在正式開始使用之前需要有效做好強度實驗工作。砂材料細度模數需要超過2.5以上，碎石材料選用的是質地比較堅硬，同時顆粒直徑不超過15 mm進行壓制，要保證材料的級配符合混凝土的噴射施工要求和標準，需要對混凝土原材料的噴射施工質量進行有效控制，有效降低混凝土材料的基礎回彈量，同時避免大量粉塵對其產生嚴重的影響。但因為噴射的混凝土施工工藝特點，對于不同的混凝土噴射部位以及噴射環境條件，混凝土原材料的配比參數也需要進行適當的調整，以此來滿足混凝土材料符合實際施工條件。

2.3 添加速凝劑

在隧道工程項目正式開始施工之前，需要在濕噴混凝土材料當中加入一定量的速凝劑，然后再使用機械手將材料均勻地噴射到隧道工程項目的內表面，以此來有效提高對隧道表面保護工作效果。濕噴混凝土施工原理和普通的混凝土施工原理存在很多的差異性，不但具有施工效率更快、穩定性更強以及成本更低等多方面施工優勢，而且可以省略一些復雜的模板支設工作環節，噴射完成之后材料的密實程度更強、穩定性更高[2]。

3 機械手濕噴工藝流程

3.1 前期準備工作

在混凝土濕噴工作正式開始之前，相關施工人員需要檢查巖體表面的濕潤程度，需要保證噴射面存在嚴重的開裂等情況，然后才能進行后續的混凝土濕噴工作。如果混凝土材料表面出現比較嚴重的破損問題，必須要對表面進行徹底清理，需要保證巖體表面的廢渣和碎石完全被清理之后，才可以充分保證混凝土材料和被噴射的巖體結構，表面形成更強的粘接性和穩定性[3]。

3.2 濕噴機械手濕噴工藝流程作業要點

濕噴機械手在噴射施工過程中需要保證混凝土材料顆粒直徑不超過1 cm，同時混凝土材料的坍落度需要控制在9～13 cm。在混凝土噴射工作當中，需要有效控制工作風壓外接工作，風壓需要控制在0.4～0.6 MPa，與此同時，在工作過程中風壓大小與混凝土材料的和易性有著直接的關聯，混凝土材料的和易性越高則所需要的工作風壓強度越小。在混凝土噴射施工之前需要保證在機械手達到作業區域之后，通過使用自帶的高壓風對巖體表面進行充分清理，通過清理受噴表面的浮渣、碎石，有效保證混凝土噴射完成之后和巖體結構表面形成充分粘接，以此來全面提高混凝土材料的附著效果。在混凝土噴射施工過程中，要求機械手操作人員必須具有足夠的工作經驗，要保證機械手的噴頭和巖體表面之間形成垂直。

噴射過程中的距離控制在0.8～1.2 m，混凝土噴射施工過程中需要保證分層分段由下而上進行噴射，先進行第1次噴射厚度大小為3～5 cm，然后再進行第2次噴射。直到達到標準的混凝土噴射施工厚度。相關操作人員需要根據不同的噴射位置，合理調整混凝土的噴射速率以及速凝劑材料的使用量，邊墻位置噴射混凝土速率控制在18～20 m3/h，拱部位置混凝土噴射速率為15 m3/h，邊墻噴射混凝土速凝劑材料的實際摻入量為3%～5%，鞏固混凝土噴射速凝劑的實際參數量為7%。混凝土材料的供應需要保證連續不間斷，如果在混凝土噴射工作中經常發生停機問題，很容易出現噴頭位置產生堵管情況，后續的清理工作比較困難會直接影響到整個作業效率，混凝土噴射完成之后需要對機械手進行及時清理，同時要有效做好外部保養處理工作。如圖2所示。

圖2 濕噴機械手工作原理

在針對本次隧道工程項目內部混凝土噴射過程中，要求成型之后的混凝土材料厚度范圍需要控制在5 cm以上，并且需要分為兩次進行噴射。首次噴射工作結束之后，需要對被噴射面部位進行徹底沖洗，然后再進行后續的二次噴射施工作業。其次，必須要有效控制噴射工作過程中的分體壓力、水體壓力以及混凝土材料的實際回彈量大小，噴射過度完成之后需要經過2 h以上的終凝時間，然后對其進行有效養護處理，養護工作時間需要達到7 d以上。如果在混凝土材料噴射工作過程中，被噴射邊結構的表面存在比較嚴重的凹凸不平問題，或者是不符合風壓和水壓的工作要求，必須要對其進行及時補充噴射，如果需要開挖已經完成的噴射混凝土，需要將實際開挖工作時間控制在噴射工作結束后4 h左右[5]。

4 濕噴機械手施工質量控制要點

4.1 噴射混凝土平整度控制

因為濕噴混凝土施工過程中，采用的是分層噴射施工方法，混凝土材料自身的附著效果相對較強，混凝土噴射完成之后表面的平整度以及材料的密實度，可以得到有效保證達到混凝土表面充分平順同時密實度符合施工標準。通過實踐工作分析得出，濕噴機械手在使用過程中，通過動大臂與小臂的操作方法，需要有效做到大小臂相互之間的協調旋轉，同時還需要有效控制小臂的位移速度，有效保證混凝土材料噴射的平整程度。如圖3所示。

圖3 濕噴機械手現場作業

4.2 混凝土強度與厚度

在混凝土噴射工作過程中，噴射混凝土的強度需要從材料的配比設計、水灰比控制以及速凝劑材料的選擇等各個方面著手，有效保證混凝土的使用質量。混凝土噴射過程中，噴射機械手需要通過混凝土泵以及外加劑添加設備，將預先制備好的混凝土材料在噴頭位置進行速凝劑材料的準確添加，保證不同位置混凝土噴射速度和速凝工作時間相符合，有效提高噴射完成之后混凝土材料的成型強度和穩定性。通過現場的驗證保證混凝土的抗壓強度達到標準的設計工作要求，在混凝土噴射工作過程中，可以通過采取現場預埋鋼筋頭分層噴射方法，保證混凝土材料的噴射使用厚度。混凝土噴射結束之后需要進行后續的養護處理工作，在實際養護工作當中需要滿足以下工作要求：①需要保證混凝土噴射凝固2 h之后，通過使用養護臺架對表面進行充分濕潤處理，并且實際養護工作時間不能小于14 d；②當隧道工程項目內部的氣溫低于15℃的情況下，禁止進行噴水養護處理。

5 結 語

在本次項目工程施工過程中，工程施工單位通過采用濕噴機械手進行混凝土噴射，在整體的施工效率施工質量以及成型之后的穩定性上都得到了全面提升，有效控制不必要的施工原材料浪費問題，整體的施工經濟效益和社會效益相對較高，因此，該項技術在后續的發展過程中，將會得到更加廣泛的應用，可以推動我國鐵路交通事業不斷朝著更高目標和方向上發展。

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