鐵路隧道工程中機械手濕噴施工工藝

吳寶丹

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

鐵路隧道工程中，基于濕噴工藝的應(yīng)用可解決傳統(tǒng)方式下干噴工藝質(zhì)量欠佳、成本高等局限性問題，發(fā)揮出集中攪拌、自動計量等多重優(yōu)勢，將噴射工藝水平提升到新的層次[1-2]。在工程建設(shè)逐步朝機械化發(fā)展的背景下，機械手成為濕噴施工中的重要裝置，其具有噴射效率高、回彈率低等特點，給隧道濕噴施工提供重要支持。

1 工程概況

某鐵路隧道工程起訖里程ZK74+295～ZK76+243，全長1948 m，隧址區(qū)分布大量Ⅳ級圍巖，地質(zhì)條件欠佳，巖體呈粉碎狀，洞內(nèi)黃土分布較多，其含水量偏高，伴有較明顯的圍巖滲水現(xiàn)象，不利于安全施工作業(yè)。針對隧道的施工條件，初期支護選擇濕噴工藝，利用機械手實現(xiàn)高效的噴射混凝土施工作業(yè)。

2 初期支護混凝土濕噴施工

2.1 設(shè)備的選用

選用HPS3016S 型機器手噴射機，正常狀態(tài)下該裝置輸送量可達30 m3/h，參數(shù)方面主要有電機功率55 kW、柴油機功率75 kW，濕噴機械手如圖1 所示。

2.2 混合料的質(zhì)量控制及配合比優(yōu)化

細集料選擇的是中粗砂和機制砂，根據(jù)隧道初期支護施工要求，砂率45%～55%、含水率5%～7%較為合適；粗集料選擇的是碎石材料，粒徑控制在5～10 mm；水泥是重要施工材料，選擇的是P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。經(jīng)過試驗后確定合適配比，再選用適量外加劑，通常以水泥量的4%～6%較為合適（按重量計）?；旌狭系奶涠纫玫胶侠淼目刂疲粼撝灯∫装l(fā)生堵管現(xiàn)象，若該值偏大則將顯著加大混凝土回彈量，導致穩(wěn)定性大打折扣，強度無法得到保障[3]，因此在混合料拌制時要加強檢測，靈活調(diào)整工藝參數(shù)。

圖1 濕噴機械手

2.3 全面檢查待噴射巖面

做好噴射前的準備工作，測量受噴圍巖的尺寸，檢查隧道外邊表面施工情況，應(yīng)足夠順平，若存在欠挖現(xiàn)象則要及時補鑿，將上部的浮石清理干凈，再使用高壓風吹去灰塵等各類細微的雜質(zhì)[4]。若存在滲漏水現(xiàn)象，應(yīng)準確鎖定水源，采取科學的防排水措施，避免積水對施工作業(yè)造成不良影響。若滲漏水現(xiàn)象嚴重，則要通過鑿巖機開孔的方式降排水。

2.4 機械手濕噴施工

綜合考慮現(xiàn)場情況，靈活調(diào)整濕噴的角度，并控制好噴射距離、風壓。濕噴作業(yè)要配套適量的軟管，要求其長度≤20 m，不同施工區(qū)域的風壓控制標準存在差異，若在拱頂處施工，應(yīng)穩(wěn)定在0.3～0.5 MPa，若在邊墻處則要適當減小，以0.2～0.4 MPa 較為合適。

（1）噴射角及距離。噴射施工中要調(diào)整好噴嘴的位置，其與巖棉應(yīng)保持垂直的關(guān)系，但在邊墻處較為特殊，要求噴嘴向下10°，在此條件下展開噴射作業(yè)；部分情況下易出現(xiàn)格柵蓋住作業(yè)面的情況，此時需適當傾斜噴頭。角度控制是噴射中的重點內(nèi)容，噴嘴與作業(yè)面形成的角度應(yīng)相對較大，否則在噴射過程中混凝土的狀態(tài)失控，易在作業(yè)面上滾動，導致噴面的平整度不足，形態(tài)上呈波形，并產(chǎn)生較明顯的回彈現(xiàn)象，最終噴射效果難以得到保證。此外，噴射間距也要得到有效的控制，以0.6～1.2 m 為宜，此條件下混凝土具有足夠的強度，且回彈限值也可穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。

（2）噴射流程。首先完成邊墻處的噴射作業(yè)，再轉(zhuǎn)向拱腳處，最后施工拱頂，全程均要遵循分層分段的原則。施工中，要控制好各層厚度，使其具有足夠的均勻性，不宜超過60 mm；注重相鄰層施工時間差的控制，需限定在15～20 min。為避免盲目噴射施工，在此之前需找平施工面，噴頭運行姿態(tài)應(yīng)呈螺旋形，每一圈均要壓前面半圈，正常情況下旋轉(zhuǎn)直徑≤300 mm，以混合料的速凝情況為依據(jù)，靈活調(diào)整噴射距離，確保面層可維持光滑和平順的狀態(tài)。以上一層混凝土強度為依據(jù)，在滿足要求后方可組織下一層噴射施工，單次噴射長度以3～4 m 為宜。

（3）回彈量調(diào)整。巖石與骨料等物料間會發(fā)生明顯的摩擦現(xiàn)象，導致噴射面的穩(wěn)定性不足，出現(xiàn)不同程度的物料下落現(xiàn)象，即回彈。從具體因素來看，諸如噴射位置的選擇、混合料中水泥的用量、水灰比等均會對回彈量造成影響[5]。各階段的回彈量存在差異，噴射初期相對較大，伴隨時間的延長而發(fā)生塑性變化，后續(xù)混合料的回彈量維持在較低的水平，施工中要加強對噴射混凝土厚度的控制，將回彈量控制在許可范圍內(nèi)；此外，回彈現(xiàn)象主要與粗骨料和水泥有關(guān)，還需從此類材料的質(zhì)量和用量入手，采取相適應(yīng)的控制措施。

（4）整平。噴射過程中保證混凝土的平整性至關(guān)重要，此舉有助于改善混凝土的性能，使其具有耐久性?；炷潦┕み^程中應(yīng)采取必要的振搗措施，否則易造成局部混凝土平整度不足，對施工質(zhì)量造成不良影響，例如在振搗設(shè)備控制不到位的情況下，鋼筋易受損，且與混凝土間所具有的粘結(jié)度也相對欠佳，混凝土內(nèi)部因密實度不足而產(chǎn)生裂縫。噴射后自然形成的面層偏粗糙，不利于二襯施工，嚴重影響到防水板的鋪設(shè)效果。對此，應(yīng)做好對噴射混凝土的整平工作，以混凝土達到初凝狀態(tài)為基本條件，此時要將多余的混凝土刮除，再采取抹灰處理措施，實現(xiàn)找平。

（5）養(yǎng)護。此環(huán)節(jié)發(fā)生在混凝土終凝2 h 后，以灑水養(yǎng)護的方式為宜，持續(xù)養(yǎng)護7 d；期間加強對現(xiàn)場環(huán)境的觀測，若溫度在5 ℃以下，不可噴水養(yǎng)護，否則在低溫狀態(tài)下易導致混凝土發(fā)生凍裂等質(zhì)量問題。

（6）堵管處理。堵管現(xiàn)象較為普遍，對于堵管的處理，首先要停止機械手的運行并關(guān)閉計量泵，再停止輸送風，由施工人員適度拍打軟管，將殘留在管內(nèi)的混凝土處理干凈，隨后再洗管，使其維持潔凈的狀態(tài)。

（7）施工中還需控制好工作風壓力，正常情況下應(yīng)維持在0.2～0.4 MPa，具體要視混凝土和易性靈活調(diào)整。對于和易性較好的情況，此時可適當降低工作風壓，且還需考慮與工作面的距離、輸送管徑等方面的情況。噴射過程中，要求混凝土出口速度維持在合理的區(qū)間內(nèi)，具體要以混凝土和易性、風壓為基本參考，保證速度的合理性，以免出現(xiàn)噴射口質(zhì)量欠佳的問題。對于巖面較臟的情況，需借助高壓風深度清理，保證混凝土與巖面可有效結(jié)合，產(chǎn)生較強的粘結(jié)力。若存在超欠挖現(xiàn)象，則要準確劃定存在質(zhì)量問題的區(qū)域，采取相應(yīng)的處理措施。噴射層的厚度控制較為關(guān)鍵，若偏大，在自重作用下易發(fā)生噴層坍落現(xiàn)象；若偏小，粗集料回彈現(xiàn)象更為明顯。

3 質(zhì)量控制措施

（1）清理巖面，軟巖可利用高壓風處理，硬巖較為適宜的方式是水洗，嚴格按照流程完成噴射作業(yè)，根據(jù)實際情況優(yōu)化速凝劑參數(shù)，從而避免回彈率過大的情況。

（2）結(jié)束一次噴射作業(yè)應(yīng)停留5～10 min，隨后再組織復噴作業(yè)，若間隔時間未得到合理的控制，在混凝土自重的作用下易發(fā)生混凝土掉塊現(xiàn)象。

（3）噴射混凝土要具有密實性，不可出現(xiàn)裂縫、漏筋等問題，且與圍巖、鋼筋網(wǎng)都要形成緊密貼合的關(guān)系，確保背后不存在空洞。

（4）創(chuàng)建專業(yè)的施工班組，強化日常培訓，切實提高機械手噴射效率，期間廠家跟蹤指導。原材料質(zhì)量要滿足要求，需審核供應(yīng)商的資質(zhì)，所有材料都要附帶合格證等具有證明作用的資料。

（5）機械手的操作必須嚴格依據(jù)規(guī)范執(zhí)行，噴頭至巖面的角度及距離、工作風壓、速凝劑等相關(guān)參數(shù)應(yīng)符合設(shè)計需求，并由經(jīng)過培訓的專職人員進行操作，其他無關(guān)人員不允許擅自啟動設(shè)備。機械手行走過程中應(yīng)控制好行走速度，當噴射作業(yè)結(jié)束后，將機械手開至洞外，避免影響后續(xù)正常施工。此外，該設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復雜，需定期做好維護與保養(yǎng)工作。參與施工的人員都要佩戴安全防護用品，以免因混凝土回彈等現(xiàn)象而導致人員傷亡。

4 結(jié)束語

濕噴機械手具有自動化水平高、穩(wěn)定性強等多重優(yōu)勢，是鐵路隧道施工中的重要裝置，利用機械手完成濕噴作業(yè)可提高施工效率，有效的解決傳統(tǒng)方式下混凝土回彈量高、效率低等問題，因此具有較高的推廣價值，值得被應(yīng)用于鐵路隧道工程中。