淺談混凝土濕噴機械手 在昆楚高速大坪地隧道中的應(yīng)用

劉佳

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

隧道的施工難度隨著長度、斷面等方面的增加而持續(xù)增加，對于施工工藝的要求也全面提升。經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，目前混凝土濕噴機械手在施工安全、效率、進度以及環(huán)保等方面都取得了長足的進展，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，仍然存在一些不容忽視的問題。基于此，加強混凝土濕噴機械手應(yīng)用方面的研究，便成為一個必須面對的重要課題。

1 工程概況

大坪地隧道進口位于祿豐縣金山鎮(zhèn)外柏木箐村北約900m附近，出口位于祿豐縣城北偏東約5.2km附近。大坪地隧道為一座分離式隧道，該隧道左幅全長3625m，最大埋深約為247.80m；右幅全長3600m，最大埋深約為242.48m。隧道所在區(qū)域地貌較為特殊，呈現(xiàn)構(gòu)造剝蝕低中山地貌。隧道的進口、出口處沒有可供通行的道路，施工車輛運輸較為困難；隧道施工處的山體上植物茂盛，以喬木林居多。

2 工程原理

在隧道施工的過程中，濕噴機械手是至關(guān)重要的裝備之一，其主要作用是進行濕噴混凝土支護。濕噴機械手工程原理為利用高壓空氣流體這一動力，使液體速凝劑與已經(jīng)預(yù)拌制的混凝土實現(xiàn)混合，與此同時液體速凝劑進行全自動配比、摻量，通過高速噴射，將混凝土附著于受噴面，進而通過在噴射時骨料和水泥等的連續(xù)撞擊構(gòu)成混凝土層。

3 工藝流程

在昆楚高速大坪地隧道的建設(shè)過程中，混凝土濕噴機械手的工藝流程如圖1所示。

圖1 濕噴混凝土工藝流程圖

同時，另一個作業(yè)面依次開展原材料進場檢查、混凝土配合比選定等工序，為機械手作業(yè)提前準(zhǔn)備好混凝土等施工材料。

4 質(zhì)量要點

在昆楚高速大坪地隧道建設(shè)的過程中，從平整度、密實度等4個方面加強了混凝土的質(zhì)量控制，有效確保了施工的順利推進。

4.1 平整度

平整度是混凝土噴射效果最為直觀的反映，也是控制混凝土噴射效果的首要標(biāo)準(zhǔn)。良好的平整度是隧道建設(shè)過程中后續(xù)順利開展防排水鋪設(shè)等作業(yè)的前提保障，有利于施工進程的按時完成，有效保障襯砌施工的水平和質(zhì)量。

4.2 密實度

這一指標(biāo)和混凝土噴射的強度質(zhì)量直接相關(guān)。一般情況下，較強密實度有利于避免混凝土在質(zhì)量方面的缺陷，比如，強度不足、初支滲水等。

4.3 強度

強度是衡量噴射混凝土質(zhì)量最為核心的指標(biāo)之一。噴射的強度和多個方面緊密相關(guān)，包括混凝土原材料、配合比等。

4.4 厚度

在噴射混凝土的過程中，厚度是衡量質(zhì)量非常重要的一個量化指標(biāo)。首先，確保符合設(shè)計規(guī)范中關(guān)于厚度方面的要求，才能夠為初支結(jié)構(gòu)強度創(chuàng)造必要的前提條件。

5 濕噴機型號及人員配備

結(jié)合昆楚高速大坪地隧道的施工條件等實際情況，選用鐵建重工HPS3016S這一機型，尺寸11234mm×2500mm×3198mm、電機功率55kW、柴油機功率75kW、理論輸送量30m3/h。配3名人員，分別為噴射手、助手兼前臺指揮。

6 C25濕噴混凝土配合比

6.1 原料選用

根據(jù)昆楚高速大坪地隧道的施工條件等實際情況，在噴射混凝土的原材料選用方面，選取水泥、細骨料、水、速凝劑、粉煤灰、粗骨料、減水劑。

6.2 噴射混凝土的配合比選定

首先，優(yōu)化確定理論上噴射混凝土的配合比，然后到施工現(xiàn)場實施，通過對混凝土回彈率、強度以及機械手的適應(yīng)性等一系列指標(biāo)的論證，進行局部的微調(diào)，進而最后確定更為理想的配合比數(shù)據(jù)。

（1）噴射混凝土配合比設(shè)計要求。具體來看，主要包括以下3個方面。

①密實度、強度及混凝土和受噴面之間的黏結(jié)力符合有關(guān)設(shè)計要求與作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

②噴射達到預(yù)期厚度，同時保證回彈損失控制在較小范圍。

③和機器達到良好的適應(yīng)性，實現(xiàn)對堵管、噴射面塌落等有效控制。

（2）配合比設(shè)計。

①膠骨比。按照各型材料配比、用量不同給單位體積混凝土性能造成的影響，科學(xué)選定膠骨比，以利于順利施工。

②砂率。根據(jù)不同砂率對噴射混凝土性能的影響，科學(xué)選定砂率，確保混凝土機械手操作順利。

③水灰比。根據(jù)不同水灰比對混凝土性能的影響，選定水灰比，利于科學(xué)施工。

④速凝劑摻量。在混凝土噴射的過程中，必須對速凝劑摻量指標(biāo)進行嚴格掌控，按照施工結(jié)構(gòu)對于混凝土強度的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時采取試驗、現(xiàn)場驗證等方式，超力液態(tài)低堿型速凝劑摻量≤水泥摻量6%。通過對上述因素的全面考量，并根據(jù)施工試驗噴射情況，確定如下混凝土配合比。詳見表1。

表1 施工配合比

7 施工工藝及質(zhì)量控制

（1）拌合與運輸。按照濕噴混凝土預(yù)定的配合比，利用全自動攪拌機攪拌2min，然后，機械手開始自動加入速凝劑，利用罐車進行混凝土的運輸，與此同時，注意掌控與濕噴混凝土速度實現(xiàn)科學(xué)匹配，以避免發(fā)生較大的坍落度損失問題。

（2）巖面整潔度。首先，使用高壓風(fēng)將受噴巖面上可能存在的巖屑、浮塵等徹底清理干凈，以確保混凝土、巖面黏結(jié)力的構(gòu)成。與此同時，有關(guān)可能出現(xiàn)的巖面滲水問題，如果一般滲水巖面，則通過濕噴方式把滲水處進行封堵；如果出現(xiàn)小股水或者裂隙滲漏水，則先通過導(dǎo)管進行引排，然后實施混凝土的噴射作業(yè)；如果出現(xiàn)大股涌水的問題，則通過徑向小導(dǎo)管實施注漿作業(yè)，先將涌水處堵塞，然后實施混凝土的噴射作業(yè)。

（3）噴射順序及噴層厚度。在噴射的過程中，要堅持“先墻后拱”這一順序來實施，混凝土進行初噴之前，應(yīng)該首先于拱腳和拱頂?shù)膬蓚?cè)埋設(shè)好用于控制噴射厚度的鋼筋頭，初噴的時候首先要把低洼的地方噴平，具體的初噴厚度為40mm。復(fù)噴過程中，應(yīng)該堅持自下而上的順序，分段、分片、分層地進行噴射施工，與此同時，注意掌控好噴射標(biāo)準(zhǔn)，分段長度≤6m，分層厚度拱部5～8cm，邊墻7～10cm。噴射作業(yè)第一步是鋼架、壁面之間，完成后進行兩鋼架間的噴射作業(yè)。堅持臺階法，推進斷面開挖作業(yè)，當(dāng)出現(xiàn)上下導(dǎo)坑同一個時間點均需要噴射作業(yè)的情況時，要先噴射下導(dǎo)鋼架，完工后再開展上臺階鋼架噴射作業(yè)。

（4）角度及距離。混凝土噴射施工時，應(yīng)該保持噴頭、受噴面呈垂直狀，并注意現(xiàn)場調(diào)整，有效確保噴嘴、受噴面間距離在0.6～1.0m時回彈量最小，拱部回彈率15%，邊墻10%；當(dāng)出現(xiàn)鋼筋網(wǎng)等覆蓋受噴面的情況時，應(yīng)該注意科學(xué)調(diào)整噴嘴噴射角度和受噴面間的距離，有效保障鋼筋網(wǎng)后部混凝土噴填的密實度；遇到邊墻、仰拱噴射的情況，首先要確保上半斷面拱腳噴射之前實現(xiàn)回彈物的全面清理，杜絕由于清理不干凈導(dǎo)致回彈物進入下部噴層形成“蜂窩”，直接導(dǎo)致支護能力降低的情況發(fā)生。

（5）混凝土坍落度要求。混凝土坍落度掌控于（180±20)mm。如果坍落度過小的話，由于阻力太大將導(dǎo)致混凝土沒有辦法順利地噴出來，出現(xiàn)噴嘴處的塑料噴頭被沖掉或者堵管的問題，最終濕噴不得不終止，直接使工效受到影響；如果坍落度過大的話，將導(dǎo)致濕噴的質(zhì)量受到影響。

（6）噴射混凝土作業(yè)。在噴射混凝土剛開始的時候，回彈的量最大，隨后當(dāng)噴射的厚度在2～3cm時，回彈最小化且實現(xiàn)穩(wěn)定。倘若出現(xiàn)掉塊、滑落情形，一次噴厚最大時，這個時候就不應(yīng)該繼續(xù)進行噴射，必須待混凝土初步凝結(jié)之后才可以進行復(fù)噴作業(yè)。等終凝1h之后繼續(xù)實施噴射的時候，應(yīng)該首先以清水對噴層表面開展清洗。混凝土噴射施工完工前，應(yīng)該全面檢查平整度、噴射厚度等一系列指標(biāo)，若出現(xiàn)密實度不足、拱架外漏等相關(guān)的問題，要進行及時的處置。

（7）堵管處理。在昆楚高速大坪地隧道的施工現(xiàn)場，濕噴堵管的現(xiàn)象很少出現(xiàn)。如果發(fā)生堵管，應(yīng)先將機械手關(guān)閉，然后將振動裝置、計量泵以及風(fēng)閥等關(guān)閉，隨后使用清水把機械手及輸送管路里的混凝土全部清除掉，最后注水進行噴射洗管，在確認管路已經(jīng)暢通后，再一次開始噴射施工作業(yè)。

（8）超噴處理。一旦出現(xiàn)超噴的現(xiàn)象，需要利用人工使用鐵鍬等作業(yè)工具，鏟除掉超噴處，同時進行補噴以確保平順，堅決避免由于混凝土的噴射厚度過厚導(dǎo)致初支侵限的問題出現(xiàn)。

（9）混凝土養(yǎng)護。非正常收縮裂縫是噴射混凝土作業(yè)中常見的問題，確保水泥充分水化是解決這一難題的關(guān)鍵方法。因此，應(yīng)于混凝土終凝后，及時開展灑水養(yǎng)護，時間≥14d。如遇氣溫＜5℃或者由于圍巖無法進行灑水養(yǎng)護等特殊情況，要通過噴霧的方式進行養(yǎng)護作業(yè)。

8 當(dāng)前濕噴機械手在施工中存在的問題和建議

近年來，伴隨著混凝土濕噴技術(shù)的快速發(fā)展，我國生產(chǎn)制造混凝土濕噴機械手的企業(yè)持續(xù)增多。目前，已經(jīng)很少見到國外的廠商和品牌，包括三一重工等很多企業(yè)已經(jīng)開始進軍國外市場。然而，必須看到的是，在施工工法方面并未伴隨設(shè)備提升而進一步優(yōu)化。另外，在速凝劑的制造方面，伴隨市場快速的擴張，反而產(chǎn)生質(zhì)量參差不齊的問題。而速凝劑的質(zhì)量與施工過程中的噴漿質(zhì)量直接相關(guān)。濕噴機械手總體的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其對操作手的綜合素質(zhì)要求相對較高。目前，操作手技術(shù)能力與水準(zhǔn)出現(xiàn)與設(shè)備進展不適應(yīng)的現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)問題進行維修的過程中，也需專業(yè)技術(shù)人員進行專門的維修。混凝土濕噴機械手在使用過程中，其維護、保養(yǎng)成本高也是一個亟待解決的問題。

基于以上問題，建議著眼成本降低、質(zhì)量提升的考量，我國的混凝土濕噴機械手生產(chǎn)制造企業(yè)應(yīng)該積極由設(shè)備的制造廠商向提升工藝工法這一未來的發(fā)展趨勢進行主動轉(zhuǎn)換，努力研究更加適應(yīng)形勢要求、施工實際的新工法，更為有效地投入到施工過程中。應(yīng)該與速凝劑生產(chǎn)企業(yè)加強配合與研究工作，以全面提升速凝劑的生產(chǎn)水平與質(zhì)量。另外，就目前來說，采取必要措施，降低混凝土濕噴機械手的使用、維保成本，也必須引起高度重視。

9 結(jié)語

通過以上分析，本文以濕噴機械手在昆楚高速大坪地隧道的實踐應(yīng)用為例，對于施工過程中噴射混凝土在施工工藝、配合比設(shè)計和質(zhì)量控制等一系列方面開展了較為深入的分析。整體來看，隧道施工中濕噴機械手具有很強可行性，而且前景特別廣闊，可以為隧道工程實現(xiàn)機械化施工創(chuàng)造良好的條件。最后，本文還深入分析了當(dāng)前濕噴機械手在施工過程中存在的問題，并提出了有針對性的對策措施，相信能夠為同行帶來一些有益的借鑒。