淺談隧道噴射混凝土濕噴機械手施工工藝

秦毅

（沈陽公路工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110100）

在當(dāng)前施工工藝發(fā)展形勢下，機械化施工將在未來勞動力逐漸減少的前提下成為趨勢。隧道初期支護(hù)噴射混凝土的施工機械主要有液壓濕噴機和濕噴機械手兩種，液壓濕噴機工藝簡單、功能單一、機械化程度低、施工效率低、回彈率高，嚴(yán)重影響了施工質(zhì)量，同時，回彈產(chǎn)生的物料影響了作業(yè)面環(huán)境；濕噴機械手回彈率低、粉塵少、混凝土強度高、施工效率高、平整度好，但對操作手熟練程度及操作技術(shù)水平要求高。本文結(jié)合沈陽四環(huán)快速路棋盤山段新建工程棋盤山隧道初期支護(hù)噴射混凝土施工所采用的施工工藝，對使用濕噴機械手噴射混凝土施工工藝進(jìn)行深入的分析論述。

1 工程概況

棋盤山隧道是沈陽已建成四環(huán)快速路閉合段落的一部分，隧道入口（北側(cè)）為平望線馬莊子度假村，出口（南側(cè)）為匯鑫山莊。隧道全長2158 米，左右洞呈分離布置，入口端左右線隧道最小凈距為27 米，洞身段左右線平面凈距為41米，出口端左右線隧道最小凈距為30 米。隧道入口（北側(cè)）段及出口（南側(cè)）段為V 級圍巖，洞身段全部為V、IV 級圍巖，隧道V 級圍巖長度占隧道總長度的69%。隧道單洞三車道，基本總寬度為13.5 米，高度為8 米，左右線進(jìn)出口洞門均采用削竹式洞門。該隧道主要有跨度大、地質(zhì)差、洞身埋深淺及破碎帶多等工程技術(shù)特點及風(fēng)險點。初期支護(hù)采用噴射C25早強混凝土，主要厚度為20cm、22cm 和26cm。

2 噴射混凝土主要施工流程

檢查開挖面輪廓尺寸、清除浮碴危石、清理受噴巖面→濕噴機械手就位→噴射混凝土拌和、運輸→添加速凝劑→初噴4-6cm 噴射混凝土→施做錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)→復(fù)噴至設(shè)計厚度→清理施工機具。

3 施工機具簡介

本項目左右洞分離式隧道進(jìn)出口4 個洞口同時施工，每個洞口各配備一臺噴射混凝土濕噴機械手，采用意大利進(jìn)口CIFA SPRITZ SYSTEM CSS-3 型濕噴機械手，濕噴機械手尺寸及外觀詳見圖1。

圖1

3.1 該濕噴機械手主要特點為：

3.1.1 速凝劑添加自動跟隨混凝土流量；

3.1.2 雙驅(qū)動（電、柴油）；

3.1.3 三段式折疊大臂，噴射臂伸縮；

3.1.4 兩級轉(zhuǎn)盤；

3.1.5 一級轉(zhuǎn)盤可以在車架上滑移；

3.1.6 整機自動潤滑；

3.1.7 封閉式駕駛室內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)操作臺。

3.2 機械手主要參數(shù)，如表1。

表1

3.3 混凝土泵送參數(shù)，如表2。

表2

3.4 作業(yè)范圍詳見圖2。

圖2

3.5 施工作業(yè)安全

3.5.1 施工前應(yīng)制定濕噴機械手安全技術(shù)操作規(guī)程，并建立每臺濕噴機械手設(shè)備安全技術(shù)檔案。

3.5.2 濕噴機械手設(shè)備進(jìn)場前應(yīng)檢查設(shè)備證件、性能、狀況。

3.5.3 濕噴機械手設(shè)備進(jìn)場后應(yīng)向操作手進(jìn)行安全技術(shù)交底。

3.5.4 濕噴機械手在使用過程中應(yīng)加強維修、保養(yǎng)，保證設(shè)備處于良好狀態(tài)，車身應(yīng)設(shè)置反光警示標(biāo)識。

4 噴射過程操作控制要點

4.1 噴射混凝土作業(yè)前，應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：

4.1.1 檢查開挖斷面凈空尺寸。

4.1.2 清除松動巖塊和墻角巖渣、堆積物，并清洗受噴面（當(dāng)巖面受水容易潮解、泥化時，應(yīng)采用高壓風(fēng)清掃）。

4.1.3 設(shè)置控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志。

4.1.4 檢查濕噴機械手設(shè)備和風(fēng)、水、電等管線路，并試運轉(zhuǎn)，噴射機械手應(yīng)具有良好的密封性能，輸送連續(xù)、均勻，附屬機具的性能應(yīng)能滿足噴射作業(yè)需要。

4.2 噴射混凝土配合比設(shè)計必須同時滿足混凝土性能和噴射混凝土工作度（可噴性）要求，噴射混凝土配合比應(yīng)通過試驗確定。

4.3 混凝土噴射作業(yè)應(yīng)參照以下要求進(jìn)行：

4.3.1 噴射作業(yè)應(yīng)分段分片依次進(jìn)行，噴射順序自下而上進(jìn)行，每次作業(yè)區(qū)段縱向長度不宜超過6m。噴嘴應(yīng)與巖面保持垂直，且距受噴面1m 為宜?，F(xiàn)場作業(yè)時濕噴機械手噴嘴本身具有全方位可調(diào)性能，操作手可以根據(jù)巖面的高低起伏做微小的調(diào)整以確保噴嘴始終垂直于受噴面。

4.3.2 一次噴射厚度可根據(jù)噴射部位和設(shè)計厚度確定，為了快速封閉巖面裂隙，防止巖體發(fā)生松弛，要求初噴混凝土必須盡早施工，提早形成剛度，因此，初噴時速凝劑的摻量應(yīng)比復(fù)噴時稍高一些，當(dāng)然，具體摻量應(yīng)通過試驗確定，初噴厚度一般控制在4-6cm。復(fù)噴一次噴射厚度拱部不得超過6cm，邊墻不得超過10cm。

4.3.3 噴混凝土?xí)r應(yīng)控制好風(fēng)壓和速凝劑摻量，減少回彈。經(jīng)過現(xiàn)場試驗，15m/s 的料速噴射速度，反彈率可以保持在15-20%，這時濕噴機械手所需風(fēng)壓應(yīng)穩(wěn)定在0.3-0.6MPa范圍內(nèi)。

4.3.4 分層噴射混凝土?xí)r，后一層噴射混凝土應(yīng)在前一層混凝土終凝前進(jìn)行。若終凝1h 后再噴射，應(yīng)先清洗噴射混凝土表面。

4.3.5 鋼架與巖面之間的間隙應(yīng)用混凝土充填密實，噴射混凝土應(yīng)由兩側(cè)拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋。

4.3.6 噴射作業(yè)緊跟開挖作業(yè)面時，下一循環(huán)爆破應(yīng)在噴射混凝土終凝4h 以后進(jìn)行。

4.3.7 當(dāng)有滲水和大面積潮濕的巖面與噴射混凝土不宜黏結(jié)時，為了增加其黏結(jié)性，初噴在巖面上的混凝土可適當(dāng)增加水泥用量。

5 濕噴機械手濕噴工藝與傳統(tǒng)液壓濕噴機械濕噴工藝比較的優(yōu)點

5.1 機械化程度高，濕噴機械手濕噴工藝屬于機械化操作，操作手可以站在已經(jīng)完成初期支護(hù)的安全位置，利用遙控裝置控制噴頭進(jìn)行有效的噴射作業(yè)。傳統(tǒng)液壓濕噴機屬于半機械化濕噴機，工人需站在掌子面位置控制噴嘴。

5.2 施工速度快，濕噴機械手噴射混凝土量可達(dá)到30-45m3/小時，混凝土采用機械拌和，拌和質(zhì)量及供應(yīng)速度有保障，傳統(tǒng)液壓濕噴機械采用人工控制噴嘴，速度一般為15-20m3/小時。

5.3 噴射空間大，濕噴機械手由于三節(jié)臂總長達(dá)到12米，故在半徑12 米空間范圍內(nèi)均可以進(jìn)行施工，傳統(tǒng)液壓濕噴機比濕噴機械手噴射范圍窄，噴射范圍全靠人工走位。

5.4 噴射質(zhì)量好，本項目通過配合比試配與濕噴試驗，最終確定的C25 噴射混凝土配合比如表3。

表3

影響噴射混凝土噴射質(zhì)量的因素包括噴射厚度、風(fēng)壓大小、噴嘴移動速度以及操作人員的經(jīng)驗水平等，采用濕噴機械手能更好、更容易控制噴射厚度、風(fēng)壓大小和噴嘴移動速度等，從而保證噴射質(zhì)量。采用濕噴機械手所噴射的混凝土具有較強的附著力，噴射均勻且具有較高的密實度，能夠更好的滿足施工質(zhì)量要求。

5.5 噴射回彈率低，采用濕噴機械手噴射混凝土，回彈率可控制在20%以內(nèi)，影響噴射混凝土回彈率的原因主要有惰性建筑材料顆粒；水和水泥比例；噴射的速度；噴射的距離；噴射的角度；巖壁的位置；鋼筋網(wǎng)片的質(zhì)量；巖壁的前期準(zhǔn)備；噴射厚度；噴射方法（干噴或濕噴）；泵系統(tǒng)，稠密輸送/流體輸送。

本項目針對噴射角度和距離進(jìn)行對比，最終得出最理想的噴射距離是距離噴射面1m，高于或低于1m 會造成回彈率增高；最佳噴射角度是與噴射面成90°，角度越小，回彈率越高。傳統(tǒng)液壓濕噴機械噴射距離及噴射角度均需人工近距離控制，噴射壓力大，不易控制回彈量。

5.6 提高了操作手的安全性及作業(yè)環(huán)境，噴射混凝土的作用就是給巖面進(jìn)行初期支護(hù)，增加巖面承載力，在施工過程中存在巖面坍塌的危險性，濕噴機械手采用遙控機械臂操作比傳統(tǒng)液壓濕噴機械的人工近距離控制角度、噴射距離安全性更高。濕噴機械手回彈率低，液壓濕噴機械回彈率高，容易造成物料浪費及掌子面環(huán)境污染，見圖3。

圖3

結(jié)束語

綜上所述，隧道噴射混凝土濕噴機械手施工工藝與傳統(tǒng)液壓濕噴機械施工工藝相比，可以全面提高施工質(zhì)量，更加經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保，更加符合綠色發(fā)展理念。同時，隨著近些年人口老齡化，傳統(tǒng)農(nóng)民工越來越少，新型的機械化操作手農(nóng)民工日漸增多的情況下，采用濕噴機械手進(jìn)行機械化作業(yè)更是大勢所趨。當(dāng)然，由于對操作手及施工人員有較高的要求，濕噴機械手操作手目前仍然非常緊缺，因此，為了更好的發(fā)揮濕噴機械手在施工中的作用，應(yīng)加強濕噴機械手操作手的安全技術(shù)培訓(xùn)，使操作手全面了解和掌握機械設(shè)備的操作要領(lǐng)和應(yīng)用環(huán)境，從而切實提高濕噴機械手的施工效率和施工質(zhì)量。