高速公路隧道工程中混凝土濕噴機械手的應(yīng)用

摘要：在高速公路隧道施工中，混凝土濕噴機械手到了廣泛應(yīng)用，其能夠給機械化施工模式的實現(xiàn)提供重要支持，在保證施工安全、提高質(zhì)量、減輕員工工作壓力等方面均具有突出的作用。為充分發(fā)揮出濕噴機械手的應(yīng)用優(yōu)勢，必須加強探索，把握技術(shù)要點，合理操作機械設(shè)備。鑒于此，著重圍繞濕噴混凝土機械手的應(yīng)用要點展開探討。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道;濕噴施工;機械手;參數(shù)控制

1" "噴射機應(yīng)用優(yōu)勢

某工程選取的混凝土濕噴機械為Aliva-500型噴射機，其具有如下應(yīng)用優(yōu)勢：噴槍運行姿態(tài)穩(wěn)定，能夠與受噴面保持垂直的位置關(guān)系，噴射全過程中始終維持最佳的噴射距離，以免因距離異常而出現(xiàn)混凝土回彈量偏大的情況?？煽匦暂^好，能夠根據(jù)現(xiàn)場情況提前確定噴漿作業(yè)軌跡，實際運行中，機械設(shè)備沿著既定的軌跡高效推進，由此降低質(zhì)量問題的發(fā)生幾率，減少材料的浪費量。噴射壓力以及角度均可調(diào)，無需搭設(shè)特定的噴漿作業(yè)平臺。經(jīng)濟高效，正常情況下僅由1名專業(yè)人員參與即可，并且依托于濕噴機的性能優(yōu)勢，實際噴射效果較佳。

2" "濕噴混凝土施工技術(shù)要點

2.1" "施工準備

噴射支護前，先處理作業(yè)面的危石以及欠挖部分，而后用高壓風深度清理。局部含水量較大時，為緩解水侵蝕問題，埋設(shè)盲管，集中引排水。根據(jù)工程要求，選擇合適型號的機械設(shè)備，檢驗性能，無異常狀況后方可投入使用。

隧道施工環(huán)境較為封閉，光線、通風等基礎(chǔ)條件較差，因此適配照明設(shè)施、通風設(shè)備等，營造良好的施工條件。根據(jù)設(shè)計厚度，在巖面打入短鋼筋，標出刻度，形成醒目的標記。在使用粗骨料前，先安排過篩處理，以免因超粒徑材料的使用而影響施工效果。其他各類材料均要滿足要求。

2.2" "原材料的選取

選取32.5R的硅酸鹽水泥或強度等級更高的水泥。選取JL-20液體速凝劑，其用量取水泥用量的1.5%～2.0%。選取連續(xù)級配河砂或山砂，亦可使用優(yōu)質(zhì)的機制砂。選取的粗骨料最大粒徑不得超過15mm，滿足連續(xù)級配的要求，以瓜米石為宜。

2.3" "混凝土配合比設(shè)計

按公式（1）展開計算，確定混凝土的適配強度f：

f =f₀+1.645δ （1）

式中：

f₀——設(shè)計強度標準值，MPa;

δ——混凝土標準差，取4.0。

水泥用量取380～450kg/m³，考慮施工所用噴射機的性能參數(shù)（著重關(guān)注輸送管的直徑），確定粗骨料的最大粒徑，即15mm;砂率為55%～60%;水灰比根據(jù)輸送軟管的直徑、輸送長度等條件而定，取0.45～0.60。坍落度取80～120mm。速凝劑用量取水泥用量的1.5%～2.0%，為了保證速凝效果，以2%最為適宜。經(jīng)綜合分析后，確定C20噴射混凝土的配合比，具體如表1所示。

2.4" "噴射機風壓的控制

開機時，檢測設(shè)備的風壓，保證合理性。噴射時，加強對噴嘴風壓的檢測與控制，要求該值穩(wěn)定在0.2MPa，否則將出現(xiàn)明顯的混凝土回彈現(xiàn)象。各噴射部位的風壓傳送距離存在差異，因此遵循動態(tài)化施工的原則，通過對噴嘴出料狀況、漿液粘附程度等情況的分析，動態(tài)調(diào)整現(xiàn)場風壓，保證該項參數(shù)的合理性。

2.5" "噴射量及速凝劑用量的控制

噴射機電機運行后，用手輪調(diào)整噴射量，具體調(diào)整幅度視風量以及工程噴射要求等條件而定。顯示屏的人機交互特性良好，液體速凝劑可進入配比菜單，根據(jù)預(yù)先確定的要求設(shè)定速凝劑的用量，即取水泥用量的2%。

2.6" "噴射

按照先墻后拱、自下而上的基本順序噴射。隧道噴射施工中，優(yōu)先考慮的是兩側(cè)邊墻底部，隨著噴射工作的持續(xù)開展，最后在拱頂中心線處閉合。

噴射過程中嚴格控制噴頭的姿態(tài)，使其與受噴面呈垂直位置關(guān)系。噴射交角偏小時，將明顯加大混凝土的回彈率，導(dǎo)致噴射到位的混凝土缺乏足夠的密實性。因此，必須做到其垂直于巖面噴射，將回彈率控制在相對較低的區(qū)間內(nèi)，保證噴射效果。

噴射施工期間應(yīng)有足夠的風壓，若噴頭與受噴面間距過小，高壓風會吹散存在于受噴面的混凝土，隨之加大回彈量。對此，根據(jù)機械設(shè)備的運行特性以及現(xiàn)場作業(yè)條件，嚴格控制噴頭的姿態(tài)，使其與巖面保持1.2～1.5m的距離。

噴射施工中，規(guī)范操作機械設(shè)備，首先伸展機械手大臂，調(diào)整噴頭的姿態(tài)，完成邊墻底部的噴射作業(yè)。而后使小臂與地面呈平行的位置關(guān)系，調(diào)整噴頭的角度以及該裝置與受噴面距離，繼續(xù)噴射。施工全流程中，盡可能保證噴頭姿態(tài)、噴頭與受噴面距離的穩(wěn)定性，不宜隨意變動。及時啟用自動伸縮功能，控制噴頭在小臂上的自動伸縮量。經(jīng)過來回多次噴射后，再伸展大臂（約30cm），于拱部適度翻轉(zhuǎn)小臂，大臂沿著垂直、水平的方向運動，進入下一噴射部位。以此類推，完成整個區(qū)域的噴射作業(yè)。

噴射施工中遇堵管問題時，隨即關(guān)閉噴射機及計量泵，拍打軟管，將其中的混凝土清理干凈。此后向管內(nèi)注水，深度清理軟管內(nèi)殘留的雜物，待其保持暢通后，方可恢復(fù)噴射施工。隨著骨料粒徑的提升，施工時面臨的阻力也會有所增大，進而導(dǎo)致骨料無法成功噴出、噴頭被堵塞，影響最終施工效果，為此要控制好骨料最大粒徑。

若施工巖面較臟，可利用高壓風、水等清理表面，有效提升混凝土凝結(jié)離力，最大程度上優(yōu)化噴射效果。若施工遇到滲水巖面，則在施工時先封堵住滲水處，若滲水問題非常嚴重、已經(jīng)形成水流，需要專門安設(shè)排水孔、掛防水板，然后才能開始噴護施工。

若噴射層厚度太大，極易受到自重的影響，出現(xiàn)錯裂、塌落等問題。但若噴射層太薄又會引起粗集料回彈，嚴重削弱了整體噴射效果。隨著摻量的提升，回彈也會越發(fā)顯著，混凝土噴層的密實性隨之下降。若其摻量不足，將導(dǎo)致噴層流淌下墜，出現(xiàn)微裂紋、掉塊等問題?；诖?，施工人員在施工的過程中必須嚴格把控摻量大小，最大程度上減少施工成本。

噴射完成后，項目單位需盡快撤離施工機械，嚴格依照設(shè)計標準對其進行維護、保養(yǎng)?？紤]到機械手所需消耗的維修成本較高，施工人員更應(yīng)重視日常的維護保養(yǎng)工作，盡可能避免其出現(xiàn)故障。

3" "濕噴混凝土施工注意事項

3.1" "噴射方法的合理應(yīng)用

噴射混凝土時，按照自下而上的順序進行，在此過程中首先噴射巖面凹陷部位，使整個受噴面平整，而后再繼續(xù)完成后續(xù)的噴射作業(yè)。為保證最終的噴射效果，宜采取分層、往復(fù)的噴射方法。

3.2" "合理分段

對上次噴射混凝土預(yù)留斜面，將此部分寬度控制在200～300mm。用壓力水全面沖洗該預(yù)留斜面，待其保持潔凈后，方可繼續(xù)于該處噴射混凝土。在采取此方法后，兩次噴射的混凝土便可共同組成完整的結(jié)構(gòu)體。

3.3" "合理分層

噴射時，按先墻后拱的順序操作，使其形成小螺旋形的噴射線路。繞圈直徑約30cm，為保證各圈混凝土的連接密實性，后一圈壓前一圈1/3～1/2，使其達到“圈圈相扣”的效果。噴射縱向第2行時，則要保證該行與前一行形成搭接關(guān)系，否則會影響混凝土的完整性，相鄰兩行搭接量控制在2～3cm。噴射旋轉(zhuǎn)時盡可能保持勻速，避免速度過快或過慢，并根據(jù)設(shè)計要求嚴格控制分層的厚度[1]。

分層噴射施工中，協(xié)調(diào)層間作業(yè)關(guān)系，待前一層混凝土終凝后，方可繼續(xù)噴射后一層，按照此方法逐層噴射到位。若在前一層混凝土終凝1h后再組織噴射作業(yè)，需用高壓風和清水全方位沖洗噴射面，以免影響層間結(jié)合穩(wěn)定性。對于各層混凝土厚度的控制，需要視實際施工情況而定，在合理分層厚度下，混凝土應(yīng)當無滑移、無墜落。不同部位的分層厚度有所差異，通常拱部各層厚度以5～10cm為宜，邊墻部位的厚度增加至7～15cm。無論何種分層方式，均要盡可能保證各層厚度的均勻性。

3.4" "噴射中的注意事項

噴射施工期間嚴格控制噴射風壓，該值過大時，噴射速度也將加大，明顯增加混凝土的回彈量。因此，噴射機啟動后需要加強對風壓的觀測，待起始風壓達到0.5MPa后方可操作，并根據(jù)實際噴射情況對風壓做動態(tài)化的調(diào)整。通常拱部的噴射風壓為0.4～0.65MPa，邊墻部分0.3～0.5MPa。

合理控制噴射角度，使混凝土被有效噴射至巖面上。理論上，噴嘴與噴射巖面需呈90°的關(guān)系，即相互垂直，但對于邊墻部位，宜將噴頭適當下俯10°左右，以避免粗骨料直接與受噴面接觸，進而達到控制回彈的效果。

為使噴射到位的混凝土在短時間內(nèi)凝固，可摻入適量的速凝劑。此時該材料的用量成為重點控制對象。若速凝劑的摻入量偏少，混凝土凝固的效果較差，混凝土成型時間延長，強度增長相對有限;反之，速凝劑偏多，將迫使噴射到位的混凝土在極短時間內(nèi)異常凝固，急劇形成堅固表面，從而使回彈量增大。

混凝土噴射施工是一項專業(yè)性較強的工作，需由具有資質(zhì)的員工參與其中。因此，應(yīng)注重對噴射施工人員的資質(zhì)審核，合理挑選員工，組建一支高素質(zhì)的施工隊伍。在日常施工中，要加強對人員的培訓與考核，提高員工的綜合素質(zhì)，使其能夠完成回彈率試驗、平整度試驗等相關(guān)工作，為施工質(zhì)量保駕護航。

水泥水化熱過強時，易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫差裂縫，從而影響噴射施工效果。對此，在混凝土終凝后2h隨即安排養(yǎng)護，期間根據(jù)水泥的水化熱特性以及周邊環(huán)境（溫度、濕度），靈活調(diào)整灑水的次數(shù)以及單次灑水量，使混凝土在相對良好的條件下有效成型。通常，養(yǎng)護時間至少為14d。此外，養(yǎng)護過程中由專員采集數(shù)據(jù)并記錄，形成完整的養(yǎng)護記錄表。

4" "環(huán)保措施

噴射施工過程中伴隨產(chǎn)生粉塵，會對周圍環(huán)境造成污染，這不僅限制了施工效率，也嚴重威脅了施工人員的生命安全。為了有效控制粉塵，項目單位可對噴射機進行密封處理，避免其出現(xiàn)跑風、漏氣等問題。

若施工已對周邊造成粉塵污染，可以借助通風的方式，合理控制粉塵濃度。在噴錨的時候，應(yīng)先啟動通風機，待其掘進長度超出2km后，可在距離噴錨作業(yè)面30m左右的位置安設(shè)抽出式通風機，以此增強通風效果。此外，為了避免粉塵威脅到施工人員的安全，施工人員開展作業(yè)時，應(yīng)按照規(guī)定佩戴好防塵眼鏡、面罩、防護網(wǎng)等防護裝備。所有參與施工的人員在工前、工間以及工后應(yīng)接受健康體檢。若施工者先前參與過職業(yè)危害作業(yè)，則需要為其制定專門的體檢方案，成立健康監(jiān)護檔案。

項目施工之前，項目單位應(yīng)成立相應(yīng)的環(huán)保、文明施工領(lǐng)導(dǎo)小組，由項目經(jīng)理負責該小組的日常工作。若施工人員處于粉塵環(huán)境下開展施工，除了需要做好日常的灑水、通風工作以外，施工人員則應(yīng)依照相關(guān)規(guī)定佩戴防護器具。

隧道中所有排出的污水都應(yīng)經(jīng)由治理凈化后才能排出，嚴禁直接將其匯入河道中。施工過程中應(yīng)盡可能控制噪聲，以減少對周圍居民的影響。除此之外，項目施工完成后，所有更換下來的零配件都需要專門回收，廢油廢水等也需要及時處理，嚴禁亂倒。

5" "安全措施

整個施工過程必須嚴格參照設(shè)計標準進行，項目單位需根據(jù)規(guī)定做好施工設(shè)備的維護、保養(yǎng)工作。一旦施工過程中排查出設(shè)備故障，應(yīng)及時暫停施工進行處理。所有參與施工的人員應(yīng)接受專業(yè)培訓，無關(guān)人員嚴禁擅自觸碰設(shè)備按鈕。

設(shè)備施工時需盡可能避免出現(xiàn)安全故障，施工設(shè)備應(yīng)在允許的坡度、速度范圍內(nèi)開展施工。操縱設(shè)備者必須依照規(guī)定正確佩戴防護裝置，避免因混凝土回彈而傷害自己。此外，在開展噴射作業(yè)時，施工人員只能站在已經(jīng)支護好的安全區(qū)域，機器本身也應(yīng)停在初期支護完成的部位，操作人員通過機械臂伸縮到掌子面進行噴射作業(yè)。

6" "結(jié)語

在高速公路隧道施工中，混凝土濕噴機械手到了廣泛應(yīng)用，其能夠給機械化施工模式的實現(xiàn)提供重要支持，在保證施工安全、提高質(zhì)量、減輕員工工作壓力等方面均具有突出的作用。為充分發(fā)揮出濕噴機械手的應(yīng)用優(yōu)勢，必須加強探索，把握技術(shù)要點，合理操作機械設(shè)備。本文圍繞濕噴混凝土機械手的具體應(yīng)用要點展開了探討，希望所提內(nèi)容能夠給同仁提供參考。

參考文獻

[1] 孟凡喜.高速公路分離式隧道濕噴混凝土施工技術(shù)[J].工程機械與維修，2021（5）：90-91.