機(jī)械手濕噴混凝土施工技術(shù)在單線鐵路隧道中的應(yīng)用

張曉楠

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300133）

1 工程概況

張坊隧道為單線無(wú)砟軌道，隧道全長(zhǎng)5755m，為錨噴支護(hù)，復(fù)合式襯砌。隧址區(qū)地層為元古界中段板巖及雪峰晚期花崗閃長(zhǎng)巖，零星分布第四系坡洪積、坡殘積層。該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，受褶皺、斷裂及巖漿侵入影響，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育。侵入巖風(fēng)化層厚度變化大，球狀風(fēng)化發(fā)育。山間谷地局部分布軟土，工程性質(zhì)差。

2 工作原理

機(jī)械手濕噴是隧道濕噴混凝土支護(hù)的核心設(shè)備和技術(shù)，其利用高壓空氣流體動(dòng)力把強(qiáng)制式預(yù)拌制混凝土和全自動(dòng)配比摻量控制的液體速凝劑混合高速度噴射于受噴面，依賴噴射過(guò)程中水泥與骨料的連續(xù)撞擊、壓密而形成的一種混凝土層。

3 工藝流程

機(jī)械手濕噴混凝土工藝流程如圖1所示。

圖1 濕噴混凝土工藝流程圖

4 噴射混凝土的質(zhì)量要點(diǎn)

噴射混凝土質(zhì)量的4個(gè)主要指標(biāo)：①平整度。噴射混凝土外觀質(zhì)量的直觀表現(xiàn)，為后期防水卷材的鋪設(shè)創(chuàng)造條件，加快施工進(jìn)度，確保襯砌施工質(zhì)量。②密實(shí)度。對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度質(zhì)量有直接的影響，較好的密實(shí)度能有效解決混凝土的質(zhì)量缺陷，如初支滲水、強(qiáng)度不足等。③強(qiáng)度。噴射混凝土質(zhì)量的核心，與混凝土本身的原材料、配合比等密切相關(guān)。④厚度。噴射混凝土質(zhì)量的一個(gè)量化指標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求厚度是保證初支結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件[1]。

5 濕噴機(jī)型號(hào)及人員配備

濕噴機(jī)采用鐵建重工HPS3016SW，外形尺寸為11234mm×2500mm×3198mm，電機(jī)功率為55kW，柴油機(jī)功率為75kW，理論輸送量為30m3/h。1臺(tái)濕噴機(jī)需噴射手1人，助手兼前臺(tái)指揮2人。

6 C25濕噴混凝土配合比

6.1 噴射混凝土原材料選用

噴射混凝土原材料選用具體如表1所示。

表1 噴射混凝土原材料選用

6.2 噴射混凝土的配合比選定

優(yōu)化確定理論配合比，再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)施，論證混凝土的回彈率、與機(jī)械手的適用性、混凝土強(qiáng)度等，再局部微調(diào)，最終達(dá)到較為理想的配合比數(shù)據(jù)。

（1）噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)要求。①耐久性、強(qiáng)度、密實(shí)度以及與受噴面、鋼架等的黏結(jié)力滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求；②能向上噴射到指定的厚度，且回彈損失??；③與機(jī)械手適用性好，不發(fā)生堵管或噴射面流淌塌落。

（2）噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)。①膠骨比。單位體積混凝土的不同材料用量對(duì)混凝土性能的影響如表2所示。②砂率。不同砂率對(duì)噴射混凝土性能的影響如表3所示。③水灰比。不同水灰比對(duì)混凝土性能的影響如表4所示。⑤速凝劑摻量。噴射混凝土?xí)r嚴(yán)格控制速凝劑摻量，根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土早期和后期強(qiáng)度的要求，并通過(guò)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，鐵科液態(tài)速凝劑摻量應(yīng)≤水泥摻量的6%。綜合以上因素考慮，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的試噴情況，最終選定采用濕噴機(jī)械手的濕噴混凝土的配合比如表5所示。

表2 單位體積混凝土的材料用量

表3 不同砂率對(duì)噴射混凝土性能的影響

表4 不同水灰比對(duì)混凝土性能的影響

表5 施工配合比

7 施工工藝及質(zhì)量控制

（1）濕噴混凝土拌合和運(yùn)輸。采取全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)嚴(yán)格按配合比操作，攪拌時(shí)間≥2min，由機(jī)械手自動(dòng)加入速凝劑，采用混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)輸，并與噴混凝土速度相匹配防止坍落度損失較大。

（2）巖面整潔度。先用高壓風(fēng)清理受噴巖面的浮塵、巖屑，提高混凝土與巖面的黏結(jié)力。關(guān)于巖面滲水現(xiàn)象，一般滲水巖面可采用濕噴的方式將滲水封住，小股水或裂隙滲漏水采用導(dǎo)管引排后再噴射混凝土，大股涌水采用徑向小導(dǎo)管注漿堵水后再噴射混凝土。

（3）噴射順序及噴層厚度。噴射應(yīng)按照先墻后拱的順序進(jìn)行，初噴混凝土前先在拱頂、拱腳兩側(cè)埋設(shè)控制噴射厚度的鋼筋頭，初噴時(shí)先將低洼處大致噴平，初噴厚度應(yīng)≥40mm。復(fù)噴自下而上分段、分片、分層，分段長(zhǎng)度≤6m，分層厚度拱部為5～8cm，邊墻為7～10cm，先噴鋼架與壁面間，再噴兩鋼架之間。臺(tái)階法開挖斷面，若上下導(dǎo)坑同時(shí)有噴射任務(wù)，應(yīng)先噴下導(dǎo)鋼架，再噴上臺(tái)階鋼架。

（4）噴射角度及距離。噴頭應(yīng)保持與受噴面垂直，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整噴嘴與受噴面間距控制在0.8～1.2m時(shí)回彈量最小，拱部回彈率為15%，邊墻為10%；若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時(shí)，微調(diào)噴嘴的噴射角度和與受噴面的距離，將鋼架、鋼筋網(wǎng)背后噴填密實(shí)；在噴邊墻及仰拱時(shí)，需將上半斷面拱腳噴射時(shí)的回彈物清理干凈，防止將回彈物卷入下部噴層中形成“蜂窩”而降低支護(hù)能力。

（5）混凝土坍落度要求?；炷撂涠瓤刂圃冢?80±20）mm，過(guò)小會(huì)因阻力過(guò)大無(wú)法順利噴出而沖掉噴嘴處塑料噴頭或堵管，導(dǎo)致終止?jié)駠?，影響工效，過(guò)大會(huì)影響濕噴質(zhì)量。

（6）噴射混凝土作業(yè)。開始噴射混凝土?xí)r回彈最大，當(dāng)混凝土噴厚達(dá)到2～3cm后，回彈最小且穩(wěn)定。當(dāng)混凝土出現(xiàn)滑落、掉塊時(shí)，一次噴厚達(dá)到最大，此時(shí)不能再繼續(xù)噴射，需等混凝土初凝后方能復(fù)噴。終凝1h后再進(jìn)行噴射時(shí)，先用風(fēng)水清洗噴層表面。噴射結(jié)束前檢查混凝土表面平整度和厚度，若檢查出噴射空洞、拱架外漏、噴射不密實(shí)等情況應(yīng)及時(shí)處理。

（7）堵管處理。該工程現(xiàn)場(chǎng)濕噴很少堵管，若堵管就關(guān)閉機(jī)械手，再關(guān)閉計(jì)量泵、振動(dòng)裝置和風(fēng)閥，然后用清水將機(jī)內(nèi)、輸送管路內(nèi)混凝土清除干凈，再先加水噴射洗管，確保管路暢通后再次噴射施工。

（8）超噴處理。對(duì)發(fā)現(xiàn)的超噴處由人工采用鐵鍬等工具進(jìn)行鏟除，并補(bǔ)噴處理平順，防止噴射混凝土侵占襯砌空間。

（9）混凝土養(yǎng)護(hù)。為保證水泥充分水化，減少和防止混凝土不正常的收縮裂縫，混凝土終凝后采用灑水養(yǎng)護(hù)，要求養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14d。遇特殊情況，如氣溫＜5℃或圍巖條件不允許灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)，可采用噴霧養(yǎng)護(hù)。

8 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章結(jié)合濕噴機(jī)械手在蒙華鐵路張坊隧道的實(shí)踐應(yīng)用，對(duì)噴射混凝土的配合比設(shè)計(jì)、施工工藝及質(zhì)量控制等進(jìn)行分析總結(jié)。實(shí)踐證明，濕噴機(jī)械手在單線鐵路隧道中的應(yīng)用具有可行性，且發(fā)展前景廣闊，能夠有效推動(dòng)隧道工程機(jī)械化施工的發(fā)展。