濕噴機械手在隧道施工中的應用與效果分析

張 國 華

(山西省晉中路橋建設集團有限公司,山西 晉中 030600)

1 工程概況

某高速公路隧道左洞起點樁號ZK31+451～ZK32+816，長1 365 m，右洞起點樁號YK31+450.5～YK32+818，長1 367.5 m。單洞設計采用單向兩車道，屬分離式隧道，左右洞凈距為35 m～42 m。隧道圍巖為Ⅴ級圍巖，洞口段為淺埋段，采用超前長管棚加固處治。隧道初期支護采用錨桿噴射混凝土加設鋼拱架支護，為保證施工質(zhì)量和效率，開挖鉆孔采用鑿巖臺車，噴射混凝土采用濕噴工藝，施工機械選用混凝土噴射機組(濕噴機械手+車載式濕噴機)。為保證隧道正常施工，保證施工進度，合理進行施工機械選配，主要施工機械配置如表1所示。

表1 隧道施工機械配置

2 濕噴機械手施工技術(shù)

2.1 施工工藝原理

機械手濕噴工藝原理是按施工配合比將水泥、集料、水等原材料加入拌和設備，攪拌均勻后利用混凝土攪拌運輸車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，輸送到車載式濕噴機，以壓縮空氣為動力，通過濕噴機械手將摻入速凝劑的混凝土噴射到巖面上，形成密實、穩(wěn)定、平整的混凝土結(jié)構(gòu)層，機械手濕噴施工工藝原理如圖1所示。

2.2 機械手濕噴施工技術(shù)要點

1)施工前準備。本項目隧道噴射混凝土施工采用混凝土噴射機組，施工前混凝土在攪拌站統(tǒng)一拌和，并使用專用的混凝土運輸車運送至施工現(xiàn)場。施工前對原材料質(zhì)量進行抽樣檢測，符合要求方可使用。隧道開挖后，首先對掌子面進行初噴，然后按照設計要求噴射至設計厚度?；炷羾娚淝?，對巖面滲漏水部位進行處理，如局部滲漏水量較大時，可埋設排水盲溝引流，將水排除，防止影響噴射混凝土質(zhì)量。為了控制混凝土噴射厚度，在巖面上安裝鋼筋頭或利用錨桿外露長度確定。

2)混凝土配合比設計。本項目采用C25混凝土，為保證混凝土的施工和易性、耐久性和強度等指標符合要求，進行了嚴格的配合比設計。充分考慮水灰比對回彈率的影響，控制混凝土坍落度在14 cm，并將砂率控制在60%，以防止堵管。

3)混凝土拌和與運輸。攪拌站應盡可能布置在隧道洞口，并選用2臺混凝土運輸車運送到施工現(xiàn)場。嚴格按照施工配合比拌和混凝土，采用專用運輸車運送至施工現(xiàn)場，防止離析。施工中應保證連續(xù)性，合理協(xié)調(diào)拌和設備、運輸車和濕噴機械手的生產(chǎn)能力。

4)噴射作業(yè)。噴射前對開挖面的危石、粉塵等雜物進行清理，使用機械和人工配合排險，使用高壓空氣掃風清理巖面上附著的雜物。在噴頭處按比例加入速凝劑，速凝劑摻量應控制在3%～5%，且初凝時間小于5 min，終凝時間小于10 min。濕噴機械手施工應分片、分塊噴射，采用自下而上的順序進行施工。噴射施工中噴嘴距離巖面0.6 m～1.0 m，且噴嘴與巖面垂直。噴射混凝土厚度應分層施工，噴層厚度拱部控制在3 cm～5 cm，邊墻控制在5 cm～7 cm，以減少回彈。噴射混凝土回彈率應控制在10%左右，不得超過15%。對滲漏水部位，可由遠及近先噴少量干料，待干料與水融合后，再噴射濕拌混凝土。最后，噴射混凝土面應保證平整、光滑，無干斑和混合料流動現(xiàn)象。

3 濕噴機械手施工效果對比分析

3.1 回彈率對比

在濕噴施工過程中，選取四塊施工區(qū)域，統(tǒng)計濕噴混凝土實際用量，并與混凝土理論用量對比，計算回彈率，統(tǒng)計與計算結(jié)果如表2所示。

表2 機械手施工回彈實測數(shù)據(jù)

表2理論混凝土用量是通過激光斷面儀測量施工前后隧道斷面尺寸計算得出的。通過對施工現(xiàn)場選定的區(qū)域回彈量和回彈率進行計算，分析后得出平均回彈量為1.64 m3，平均回彈率為8.05%，小于10%，滿足不大于15%的要求。而普通濕噴機的回彈率通常超過20%，說明采用濕噴機械手可節(jié)約混凝土用量。

3.2 人員配置

在隧道噴射混凝土施工中，選用普通濕噴機，1臺濕噴機需配備6名施工人員配合施工，每個作業(yè)面需要配置3臺設備，大概需要16名作業(yè)人員。采用濕噴機械手需要配備4名施工人員配合施工，每個作業(yè)面可減少12名施工人員。按人工費3 500元/(人·月)，每月可節(jié)約人工費4.2萬元。

3.3 生產(chǎn)效率

本項目選用的濕噴機械手噴料速度4 m3/h～24 m3/h，可通過控制系統(tǒng)調(diào)整噴射混凝土量?；炷劣昧颗c操作人員的技術(shù)水平有關(guān)，熟練的工人噴漿量最大可達到15 m3/h，平均可達到12 m3/h左右，即每5 min就可噴射1 m3混凝土。而一臺普通濕噴機的噴漿量一般為3 m3/h左右，按一個工作面設置3臺普通噴漿機，一臺噴漿機械手的生產(chǎn)效率相當于3臺普通濕噴機的1.33倍。

在工序銜接方面，噴漿機械手采用輪胎式行走裝置，機動靈活，5 min～8 min即可駛出洞外。而普通濕噴機自身無行走裝置，需要配備吊架，還需要拆卸風、水管，整個工序銜接時間大概需要25 min～30 min，可以看出選用噴漿機械手可有效節(jié)約工序銜接時間。

4 經(jīng)濟效益對比分析

該項目施工工期為13個月，在施工過程中，統(tǒng)計濕噴機械手在噴射混凝土用量、設備費用、人工費用、電費和其他費用等方面的費用，與普通濕噴機進行對比分析，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 濕噴機械手與普通濕噴機經(jīng)濟效益對比分析 元/m3

分析表3數(shù)據(jù)可知，采用濕噴機械手與普通濕噴機相比，噴射1 m3混凝土可節(jié)約費用633.14-595.66=37.48元。按照設計圖紙，該隧道總計需要4 396.25 m3混凝土，理論上可節(jié)約成本約16.48萬元。

5 結(jié)論

結(jié)合高速公路隧道濕噴施工，全面闡述濕噴機械手工藝原理和施工技術(shù)要點，并對比分析其施工效果，得出以下結(jié)論：1)通過分析濕噴機械手噴射混凝土理論用量和實際用量，確定平均回彈率為8.05%，遠小于普通濕噴機的20%，可有效節(jié)約混凝土用量；2)通過對比分析，濕噴機械手施工配備人員數(shù)量少，可有效節(jié)約人工費用，施工速度快，節(jié)約施工時間，生產(chǎn)效率高；3)與普通濕噴機相比，采用濕噴機械手施工可有效節(jié)約成本，噴射1 m3混凝土可節(jié)約費用37.48元。