長大隧道濕噴機(jī)械手初支施工技術(shù)

王 智 峰

(中鐵三局集團(tuán)有限公司運(yùn)輸工程分公司，山西 晉中 030600)

近年來，濕噴技術(shù)取代了原有的干噴技術(shù)，成為公路、鐵路、水利隧道施工的主要噴射技術(shù)。在中國現(xiàn)有的濕噴設(shè)備大多結(jié)構(gòu)簡單，功能單一，生產(chǎn)效率低。施工過程中需要手動(dòng)手持噴槍進(jìn)行注射，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，集塵和噴霧所產(chǎn)生的粉塵對(duì)工人的健康危害極大，且混凝土的噴射質(zhì)量主要依賴于工人的技術(shù)水平，隨意性大，混凝土的回彈率高達(dá)30%～40%，造成比較大的浪費(fèi)。

崖頭隧道位于山西省臨汾市永和縣芝河鎮(zhèn)境內(nèi)，全長3 885 m，隧道圍巖以Ⅳ級(jí),Ⅴ級(jí)為主,本項(xiàng)目部主要承擔(dān)隧道進(jìn)口及斜井的施工任務(wù)，設(shè)計(jì)噴射混凝土29 600 m3，大型噴漿混凝土機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，大大提高了噴射混凝土的質(zhì)量，提高了工作效率和減少了回彈量，取得了較好的效果，經(jīng)總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)形成該工法。

1 長大隧道濕噴機(jī)械手初支施工工法的概況

長大隧道濕噴機(jī)械手初支施工工法的特點(diǎn)：施工速度快，噴漿量可以達(dá)到10 m3/h～25 m3/h；噴射混凝土具有良好的粘結(jié)性、密實(shí)性、高技術(shù)性、可控性，比傳統(tǒng)干噴混凝土高20%的強(qiáng)度，噴射混凝土表面平順性較干噴好；機(jī)械化程度高，操作人員少，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度低；作業(yè)范圍大，最大噴射寬度可達(dá)26 m，最大噴射高度可達(dá)16 m；噴射回彈率低，回彈率可控制在15%以內(nèi)；作業(yè)環(huán)境較好，也較安全。

2 施工工藝操作要點(diǎn)

2.1 機(jī)械手濕噴C25混凝土推薦配合比

1)配合比設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程。

根據(jù)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》，噴射混凝土的水膠比不大于0.50，膠凝料用量不少于400 kg/m3，粗骨料最大粒徑不大于16 mm，而細(xì)集料的細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5。

2)原材料的選擇。

水泥：P.O42.5普通波特蘭水泥；細(xì)骨料：天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.9，石粉含量2.4%，粘粒含量0.1%；粗骨料：5 mm～10 mm連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量、泥塊含量0.7%,0.1%；促進(jìn)劑：ZB-6型液體速凝劑，凝膠材料用量減少4%；代理：rawy101型聚羧酸系高性能減水劑摻量為0.5%的凝膠材料；水：飲用水。

3)基準(zhǔn)配合比計(jì)算。

配制強(qiáng)度：fcu，o=25+1.645×5.0=33.2 MPa。

水膠比：w/c=0.45。

用水量:W=207 L(根據(jù)前期坍落度調(diào)試后取值)。

膠凝材料用量：C=207/0.45=460 kg/m3。

速凝劑用量：460×4%=18.4 kg/m3。

減水劑用量：460×0.5%=2.3 kg/m3。

砂率選用:SP=50%(根據(jù)前期混凝土和易性調(diào)試后取值)。

混凝土容重：ρ取2 400 kg/m3。

細(xì)集料用量：S=(2 400-207-460-18.4-2.3)×50%=856 kg/m3。

粗集料用量：G=2 400-207-460-18.4-2.3-856=856 kg/m3。

4)試拌調(diào)整，確定理論配合比。

在計(jì)算配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行試拌，試拌后進(jìn)行噴射實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過多次調(diào)整，確定基準(zhǔn)配合比見表1。

表1 噴射混凝土基準(zhǔn)配合比

根據(jù)配合比，混凝土的坍落度為170 mm，混凝土的粘聚性好，混凝土混合料的性能滿足施工要求。通過試配確定配合比是由三個(gè)不同水膠比的28 d試驗(yàn)驗(yàn)證。配合比滿足設(shè)計(jì)和施工要求，經(jīng)濟(jì)合理，確定為理論配合比。

2.2 大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝操作要點(diǎn)

濕噴作業(yè)的機(jī)械手、最大骨料粒徑、混凝土工作性能、風(fēng)壓、巖石表面潔凈度、促進(jìn)劑用量、噴射厚度、操作者經(jīng)驗(yàn)水平、噴射距離、角度、噴射順序、噴頭移動(dòng)都對(duì)噴射混凝土的質(zhì)量、回彈有很大的影響。

1)噴射順序。

噴射應(yīng)先墻后拱，從底部到頂部，S曲線移動(dòng)噴射。隧道從側(cè)壁的底部開始噴射，然后噴射到拱頂?shù)闹行木€，完成一環(huán)混凝土的噴射。

2)噴射角度。

噴射時(shí)，噴頭應(yīng)保持垂直于噴射面。噴射角太小會(huì)增加混凝土回彈率，降低噴射密度；噴流垂直于巖石表面，連續(xù)混凝土的“稀薄流”對(duì)嵌入回彈有二次作用，可以降低回彈率，增加噴流厚度。

3)噴射距離。

由于濕噴的風(fēng)壓要求大，如果噴頭表面距離噴射面過近，風(fēng)將只是“附著”噴撒在混凝土上，對(duì)混凝土產(chǎn)生回彈。噴頭與巖面之間的適當(dāng)距離是0.8 m～1.2 m。

4)噴射混凝土。

噴射混凝土在剛開始噴射時(shí)回彈最大，當(dāng)巖石表面噴涂厚度達(dá)到2 cm～3 cm后回彈最小且穩(wěn)定，當(dāng)噴射到附著在巖石表面的混凝土滑落、流動(dòng)，噴射厚度達(dá)到最大值，此時(shí)不能繼續(xù)噴射，具體需等到其凝結(jié)后方可以噴。

噴射時(shí)首先調(diào)整噴頭在邊墻底部的噴射位置，使用機(jī)械臂自動(dòng)調(diào)整臂的功能，讓其與地面平行，并平行于隧道壁，調(diào)整噴頭的距離，上述操作都完成后，可以開始噴射。開始噴射后，途中不可調(diào)整距離和機(jī)械手臂的角度，只需要使用自動(dòng)伸縮功能控制噴頭自動(dòng)伸縮，這時(shí)從一端緩慢到另一端需來回跑2次～3次，可完成一次噴射；然后伸展手臂30 cm左右(在拱部根據(jù)隧道大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆D(zhuǎn))，手臂的垂直，水平移動(dòng)，保持噴頭和巖石的角度與距離，根據(jù)上述的流程，完成所需要噴射混凝土的噴涂表面。

5)堵管處理。

施工中很少出現(xiàn)射流管堵塞現(xiàn)象，如果出現(xiàn)應(yīng)立即關(guān)閉機(jī)械手和計(jì)量泵，關(guān)閉輸送機(jī)風(fēng)、拍軟管、外管保持混凝土，堵水處理應(yīng)在第一次水射流清洗管完成后，以保證管道暢通再噴施工。

6)混凝土坍落度要求。

骨料的最大粒徑應(yīng)小于16 mm，否則，由于阻力太大，無法順利噴出噴嘴，進(jìn)而停止噴射。在短時(shí)間內(nèi)會(huì)影響工作效率，混凝土的坍落度應(yīng)為10 cm～18 cm。

7)工作風(fēng)壓和風(fēng)量。

工作風(fēng)壓應(yīng)為0.2 MPa～0.4 MPa，工作風(fēng)壓的選擇取決于混凝土的和易性，和易性越好，工作風(fēng)壓越小，反之亦然。壓力調(diào)整應(yīng)根據(jù)工作面距離，合理選擇機(jī)械手的輸入管直徑，確?；炷脸隹谒俣冗m當(dāng)，根據(jù)混凝土的和易性、風(fēng)壓的穩(wěn)定性調(diào)整，確保噴射口形成連續(xù)噴射，適當(dāng)?shù)乃俣却怪眹娫诒砻妗?/p>

8)巖石表面的整齊度。

對(duì)于污巖表面，采用高壓風(fēng)或水清洗噴面，提高混凝土與巖石表面的粘結(jié)力，達(dá)到最佳的噴射效果。對(duì)于滲水性巖石表面，在一般情況下，濕噴可以封閉滲流。對(duì)于嚴(yán)重滲水，在形成水流時(shí)，需要設(shè)置排水孔，懸掛防水板，然后進(jìn)行噴護(hù)作業(yè)。

9)噴層厚度。

一旦噴涂層太厚，在自重作用下，噴涂層就會(huì)開裂甚至塌陷。當(dāng)太薄時(shí)，大部分粗骨料會(huì)反彈，而噴層只會(huì)留下砂漿，會(huì)影響噴層的效果和質(zhì)量。

10)促進(jìn)劑用量。

當(dāng)摻量過大時(shí)，回彈量增大，噴射混凝土密度較差。因此，必須嚴(yán)格控制噴射混凝土的用量，達(dá)到控制質(zhì)量和節(jié)約成本的目的。

11)維修、保養(yǎng)。

噴射結(jié)束后，應(yīng)將機(jī)械手開至洞外或不影響正常施工的其他地點(diǎn)，按操作堆積對(duì)機(jī)器進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)。因機(jī)械手的維修難度和費(fèi)用較高，因此機(jī)械手的日常維護(hù)保養(yǎng)工作顯得十分的重要。

3 質(zhì)量措施

3.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

為確保濕噴混凝土厚度、均勻性、平順性、強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，執(zhí)行現(xiàn)行的GB 50086—2001錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范、《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》及其他相關(guān)規(guī)定。

3.2 質(zhì)量控制措施

影響噴射混凝土層質(zhì)量的主要因素有：混凝土配合比性能、設(shè)備性能、操作水平、促進(jìn)劑用量、材料和混凝土配合比等。

1)利用分層噴射，移動(dòng)大臂和活動(dòng)小臂，確保移動(dòng)噴射點(diǎn)從點(diǎn)到線，再到面，以保證噴射混凝土的平整度。

2)優(yōu)化配合比，選用優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的速凝劑，嚴(yán)格控制水膠比和速凝劑用量，保證混凝土強(qiáng)度。

3)預(yù)埋鋼筋和分層噴射保證了噴射混凝土的厚度。

4)噴射前應(yīng)先處理巖石表面，高壓風(fēng)沖刷軟巖，硬巖則用水進(jìn)行沖洗，以提高噴射混凝土與巖石表面的粘合強(qiáng)度。

5)在嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行噴射的過程中，應(yīng)調(diào)整噴頭與巖石表面的夾角和距離，且工作氣壓和速凝劑用量達(dá)到最佳狀態(tài)，以降低回彈率。

6)在噴射完成后，需間隔5 min～10 min，防止混凝土自重過大而掉落。

7)選擇責(zé)任感強(qiáng)和有一定工作經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)，通過培訓(xùn)專業(yè)隊(duì)伍和現(xiàn)場(chǎng)跟蹤指導(dǎo)，可以快速有效地提高機(jī)械手的噴射技術(shù)。

8)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的主要材料嚴(yán)格按照規(guī)定和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制，所有材料必須有合格證和必要的檢驗(yàn)報(bào)告。進(jìn)場(chǎng)料、設(shè)備，特別是速凝劑的質(zhì)量嚴(yán)格按照技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

9)嚴(yán)格控制水灰比，控制外加劑用量，特別是速凝劑，嚴(yán)格按配合比施工。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王順林.馬安高速公路隧道濕噴機(jī)應(yīng)用與技術(shù)研究[J].建筑機(jī)械,2017(8)：81-82.

[2] 楊成成.隧道濕噴機(jī)械手噴射混凝土質(zhì)量技術(shù)研究[J].建筑知識(shí)，2017(4)：129-130.