濕噴機械手在桐梓隧道施工中的應用

陳應強 黃力

【摘 ?要】隨著隧道施工技術的發(fā)展，機械手濕噴因為性能優(yōu)良、大大降低隧道內粉塵濃度、生產(chǎn)率高、回彈度低、施工質量高的特點已經(jīng)成為隧道噴錨施工的主要手段。論文以機械手濕噴在桐梓隧道中的實際應用為例，對機械手濕噴工藝全過程進行了闡述和分析，總結得出適用于隧道機械手濕噴的工藝要求。

【Abstract】With the development of tunnel construction technology， the mechanical hand wet spray has become the main means of tunnel shotcrete anchor construction because of its excellent performance， greatly reducing the dust concentration in the tunnel， high productivity， low resilience and high construction quality. Taking the practical application of mechanical hand wet spray in Tongzi tunnel as an example， this paper expounds and analyzes the whole process of mechanical hand wet spray， and summarizes the technological requirements suitable for tunnel mechanical hand wet spray.

【關鍵詞】隧道;濕噴機械手;濕噴工藝

【Keywords】tunnel; wet spray mechanical hand; wet spray technology

【中圖分類號】U455.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）04-0190-03

1 引言

目前，國內隧道機械手濕噴工藝因為其較傳統(tǒng)工藝的諸多優(yōu)點正在快速得到普及，也因在環(huán)保、職業(yè)健康、隧道施工質量的大環(huán)境下，傳統(tǒng)的干噴、潮噴、濕噴等工藝必將被淘汰，但是針對機械手濕噴工藝很少有較為完整且具有實際指導施工的工藝流程闡述。通過機械手在桐梓隧道的施工應用，詳細地從機械手濕噴各個因素進行闡述，為隧道噴錨施工總結出機械手濕噴工藝參數(shù)，也為類似工程提供借鑒。

2 工程概況

桐梓隧道為分離式特長隧道，左幅起訖樁號為ZK34+508～ZK45+005，全長10497m，最大埋深約639.61m，右幅起訖樁號為YK34+530～YK45+015，全長10485m，最大埋深約639.07m。隧道左右幅均為上坡，縱坡均為1.75%。

隧道穿越地質復雜，均為巖溶隧道，全隧穿越3條斷層破碎帶，12次不同地層，斜井穿越近200m巖溶向斜施工，主洞橫穿2層高瓦斯煤層施工，隧道具有突水、突泥、溶洞、暗河、瓦斯、高地應力等不良地質高風險特點。

隧道初期支護采用濕噴工藝噴射C25混凝土。

3 機械手濕噴工藝

3.1 機械手濕噴原理

桐梓隧道采用五新CHP25B型濕噴車，其主要參數(shù)見表1。濕噴機械手工作原理是利用壓縮空氣將預拌好的混凝土混合料通過管道輸送至噴槍，在噴槍口同步接入壓縮空氣和速凝劑，將混合料高速噴射到受噴面，經(jīng)快速凝結硬化形成混凝土支護層[1]。

3.2 噴射混凝土

噴射配合比與噴射混凝土強度、回彈率、初噴層厚度有密切關系[2]，根據(jù)設計確定水灰比后，設計重點放在混凝土和易性和速凝劑的選擇上，坍落度控制在160～200mm，并具有良好的粘聚性，考慮混凝土回彈率控制在15%以內，而速凝劑需要操作手現(xiàn)場操作控制，所以操作手必須根據(jù)要求并結合現(xiàn)場實際情況及經(jīng)驗，靈活并及時調節(jié)速凝劑摻量。施工現(xiàn)場根據(jù)噴砼效果將設計配合比進行調整，實際施工用配合比如表2所示。

3.3 噴錨順序

先將上一循環(huán)與本循環(huán)鋼拱架背后噴密實，噴至拱腰位置。然后開始從拱腳位置噴射，一般是拱架之間左右交替噴射，堆噴成凹弧狀。然后開始噴射拱頂位置，噴射厚度約10cm，最好不超過15cm，然后開始將邊墻位置復噴平整，期間需要人工用長柄鐵鍬將拱架上混凝土鏟掉，以免視線問題造成噴射面不平整問題。然后開始補噴拱頂，噴至凹弧形。最后將上一循環(huán)拱頂補噴平整。至此噴錨工序完成。

邊墻超挖過大時，超挖部分加塞網(wǎng)片，加大噴射壓力，一直堆噴至凹弧形，待噴完拱頂再復噴平整。拱頂超挖過大時，分層噴射，分層厚度約為10cm，并加大速凝劑摻量，平均加大至6%。超挖處噴射混凝土需要操作手根據(jù)經(jīng)驗掌握噴射技巧，以免造成因加塞網(wǎng)片導致噴射混凝土不密實或空洞。

3.4 噴射參數(shù)

3.4.1 噴射角度

根據(jù)現(xiàn)場噴射混凝土經(jīng)驗，邊墻噴射混凝土時，噴射角度宜控制在90°，即噴嘴與受噴面呈90°角。而拱頂噴射混凝土時，噴射角度控制在60°～90°，首先90°噴射，后60°噴射，便于形成一個較小斜面，增大噴射混凝土的初始接觸面積，既可以減少回彈，也可以適當增加噴射混凝土一次性噴射厚度。

復噴或補噴噴射角度最好不要低于70°，否則會形成混凝土物料在受噴面上的滾動，產(chǎn)生凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響混凝土質量。

3.4.2 噴射厚度

噴射混凝土應劃分區(qū)域，分層噴射。一般情況下，每個區(qū)域噴射時可先初噴一層，厚度不超過10cm，然后再復噴至設計厚度。另外，盡管噴射混凝土加有速凝劑，但是初噴厚度過大，容易使速凝劑尚未凝結，新噴射混凝土覆蓋上來，引起較大的回彈，甚至導致直接大面積掉塊現(xiàn)象。如果遇到超挖現(xiàn)象，尤其是拱頂超挖，應針對超挖處加塞鋼筋網(wǎng)片，再視情況分多次分層噴射混凝土。

3.4.3 噴射風壓

實際施工中，噴嘴風壓的控制需結合現(xiàn)場情況來定，風壓過大或過小都會影響噴射混凝土的密實度、強度及回彈率，現(xiàn)場技術員可根據(jù)試驗室的試驗結果指導操作手靈活調節(jié)風壓。另外，風壓的大小與混凝土的和易性有關，和易性越好，所需風壓較小，反之則偏大。濕噴車顯示空壓機提供風壓為0.8MPa。遙控器上有按鈕可調節(jié)噴嘴處的風壓，一般情況下，邊墻噴嘴處風壓約0.4MPa，拱部風壓約為0.5MPa，噴射混凝土試驗結果滿足設計及規(guī)范要求。

3.4.4 噴錨距離

一般情況下，噴嘴到受噴面的距離控制在0.8～1.2m，具體數(shù)值需要操作手根據(jù)開始噴射混凝土效果來調節(jié)。復噴時，噴嘴到受噴面的距離控制在1.5～2.0m，因為此時噴射混凝土接觸面積小，增大噴射距離可以減小混凝土反射力，減少回彈。

3.4.5 噴錨時間

掌子面噴射混凝土時間按現(xiàn)場實際情況來看，一循環(huán)（循環(huán)進尺3m）噴射時間平均為5h，而其中噴射時間最長的部位在于拱頂，基本占噴射時間的一半，所以拱頂超欠挖控制尤為重要。操作手可根據(jù)現(xiàn)場實際超挖情況，優(yōu)先噴射超挖處，減少噴射混凝土時間。

3.5 噴錨效果

一般情況下，邊墻噴錨可在一個循環(huán)內噴射到位，而拱頂噴錨需要下個循環(huán)或專門二次補噴才能達到設計要求。

3.6 回彈率測定

現(xiàn)場噴射混凝土回彈率測定采用傳統(tǒng)方法：現(xiàn)場取若干點算出回彈混凝土的平均厚度，據(jù)此估算回彈量。為使算出的數(shù)據(jù)盡可能準確，噴射混凝土前應將掌子面底板機械整平，然后再噴射混凝土。據(jù)此得出回彈率約為12%。再考慮噴射混凝土過程中混凝土因噴嘴處噴射壓力在7MPa以上，會造成部分回彈混凝土無法測定等原因，綜合得出回彈率約為13%。

4 注意事項

4.1 關于噴嘴與受噴面的距離控制

噴嘴與受噴面的距離與風壓、速凝劑、砼坍落度等參數(shù)有關。假設上述參數(shù)已達到最優(yōu)，則由操作手根據(jù)現(xiàn)場的回彈量經(jīng)驗來調整，回彈小則減小距離，回彈量大則增大距離，最終找到噴砼堆積快，回彈量又可接受的平衡距離。

4.2 關于噴射角度的選擇

根據(jù)現(xiàn)場觀察來看，邊墻噴射角度盡量控制在90°左右，回彈量最小。噴砼至拱腰時，一般先90°噴射，然后調整角度約60°斜噴，可減少回彈量。

4.3 關于混凝土坍落度

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗來看，坍落度調整至砼可以從罐車順利流出即可。坍落度過大，加大速凝劑摻量也無明顯改善效果，而且速凝劑影響噴射混凝土的強度。

4.4 關于噴砼技巧

有豐富經(jīng)驗的操作手開始時可近距離試噴，根據(jù)噴射出的砼情況調整噴射時的參數(shù)。噴砼時可先將拱架背后噴密實，然后開始從拱架處向拱架之間慢慢堆噴，這樣可以讓砼有更大的依附面，減少掉塊現(xiàn)象。噴至拱架面時必須用鐵鍬鏟平拱架上的混凝土。因為現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境影響操作手視線，不及時鏟平拱架上的混凝土，很容易造成噴砼噴厚，導致噴錨面侵限。復噴時，噴嘴與受噴面距離可調整至1.5～2m，一是可以減少回彈量，二是操作手易控制噴射厚度，更容易控制砼面平整度。

4.5 關于掉塊現(xiàn)象

掉塊現(xiàn)象造成原因有原材料（速凝劑、砂石料等）質量、風壓、超挖、一次性噴砼厚度過大等。解決方法有嚴格控制原材料進場質量，尤其是速凝劑質量以及砂石料質量;嚴控控制爆破，控制超挖現(xiàn)象;操作手根據(jù)經(jīng)驗，噴不同位置調節(jié)風壓。掉塊現(xiàn)象集中在拱腰以上，拱部如有超挖，可先噴射拱頂，噴射厚度不超過15cm，然后再噴邊墻位置，給拱頂砼一定的凝固時間后，再噴射拱頂位置，如此循環(huán)操作，可節(jié)省噴射混凝土時間。噴射拱頂時，調小風壓和增大噴射距離，否則后噴混凝土對先噴混凝土也會有大的擾動，造成掉塊現(xiàn)象。

4.6 關于噴射時間

噴射時間與混凝土質量、操作手熟練程度、超欠挖、現(xiàn)場工序銜接等因素有關。其中，如前所述，拱頂噴射時間大約占噴射總時間的一半，所以拱頂超欠挖控制尤為重要。

4.7 關于噴射混凝土

噴射混凝土質量至關重要，若質量差將直接導致噴射混凝土過程中噴射管堵塞或者噴射混凝土掉塊等現(xiàn)象。另外，混凝土的供料要連續(xù)，噴射過程中經(jīng)常停機，容易造成噴頭處堵管現(xiàn)象，清除堵管非常麻煩，耽誤作業(yè)時間。

5 結論

①在桐梓隧道濕噴施工過程中，通過對工藝的總結，目前得出混凝土綜合回彈率為13%，滿足規(guī)范要求。但是以后仍需繼續(xù)對工藝進行總結，將回彈率控制在10%以內，爭取更大的經(jīng)濟效益。

②機械手濕噴仍為人工操作遙控實現(xiàn)，所以機械手操作員的素質也是一個不可忽略的因素。

③對于像桐梓隧道大斷面的隧道建議可以研發(fā)有兩個自由噴射臂的機械濕噴機械手，可以同時噴射拱頂和邊墻，只要調節(jié)好噴射部位，兩個臂可互不干擾工作，可節(jié)約約一半的噴錨時間。

【參考文獻】

【1】李鵬華.混凝土濕噴機械手在隧道施工中的應用[J].工程建設標準化，2015（2）.

【2】宋曉輝，徐飛萍，方耀卿，等.公路隧道濕噴工藝一體化施工方案研究[J].山東交通科技，2008（2）：84-87.