干噴和濕噴工藝在超大跨度隧道中的應(yīng)用對(duì)比

高拴存，屈長(zhǎng)發(fā)，楊 超

(中交二公局第四工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000)

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)規(guī)模不斷壯大，超大跨度隧道在公路改擴(kuò)建工程中所占比例越來(lái)越大[1]，隧道施工的機(jī)械化程度也越來(lái)越高[2-4]。為了能夠快速有效地進(jìn)行超大跨度公路隧道施工，施工單位對(duì)隧道初期支護(hù)的混凝土噴射技術(shù)提出了更高的要求。

現(xiàn)階段，噴射混凝土從施工工藝上主要分為干噴和濕噴[5-6]，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)干噴工藝和濕噴工藝之間的效果、特點(diǎn)等進(jìn)行了一些對(duì)比研究，取得了一定的成果。付文鳳[7]通過(guò)對(duì)蘭渝鐵路隧道干噴和濕噴混凝土效果、成本分析，指出濕噴混凝土具有健康環(huán)保、高效率、安全性高和經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)點(diǎn)，具有推廣性；杜揚(yáng)柱[8]在對(duì)比了干噴和濕噴工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)定作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)的粉塵濃度，得出濕噴作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵濃度明顯低于干噴，降塵率達(dá)90%以上；賴世榮[9]通過(guò)對(duì)漳龍高速公路烏石山隧道干噴和濕噴兩種不同工藝下噴射混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試分析，得出濕噴噴射混凝土平均強(qiáng)度明顯高于干噴噴射混凝土平均強(qiáng)度；崔越超[10]從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)干噴和濕噴工藝進(jìn)行了對(duì)比分析，分析出兩者成本差距相差不大的情況下，濕噴工藝更適合推廣；李少秦[11]通過(guò)對(duì)陳家山隧道斜井的傳統(tǒng)干噴和濕噴工藝進(jìn)行綜合對(duì)比，得出在現(xiàn)場(chǎng)相同條件下，濕噴的單臺(tái)平均生產(chǎn)率略優(yōu)于干噴，具有較好的經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性和回彈率等。通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，上述研究主要針對(duì)于鐵路隧道及普通公路隧道，而在超大跨度公路隧道中的應(yīng)用甚少，還有待進(jìn)一步研究。

本文依托新疆連霍高速G30小草湖至烏魯木齊段改擴(kuò)建工程，在杏花村1號(hào)隧道初期支護(hù)施工階段，對(duì)干噴和濕噴工藝的設(shè)備選型、工藝對(duì)比、混凝土損耗和其他方面進(jìn)行了對(duì)比分析研究，以期為今后超大跨度公路隧道初期支護(hù)階段施工提供借鑒。

1 工程概況

杏花村1號(hào)隧道位于新疆烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)白楊河右岸，與連霍高速G30緊鄰，設(shè)計(jì)為雙洞八車道高速公路隧道。杏花村1號(hào)隧道下行線起訖里程為XK3494+731～XK3495+922，全長(zhǎng)1 191 m；上行線起訖里程為SK3494+558～SK3495+498，全長(zhǎng)940 m。隧道最大開(kāi)挖寬度22.56 m，最大開(kāi)挖高度14.65 m，屬于超大跨度公路隧道。

2 設(shè)備選型

杏花村1號(hào)隧道在初期支護(hù)階段采用了干噴和濕噴兩種工藝。干噴設(shè)備采用了GLZ-14C聯(lián)合自動(dòng)上料噴漿機(jī)，如圖1所示，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。濕噴設(shè)備選用了HPS3016S型混凝土噴射機(jī)，如圖2所示，其結(jié)構(gòu)可分為底盤(pán)行走裝置和機(jī)械手裝置兩大部分[12]，并采用全液壓伸縮和無(wú)線遙控操作，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 干噴機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 濕噴機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 干噴與濕噴工藝對(duì)比分析

3.1 干噴工藝

干噴工藝是指將水泥、砂、碎石混合料和粉狀速凝劑按照設(shè)計(jì)配合比攪拌均勻后，利用干式混凝土噴射機(jī)，以壓縮空氣為動(dòng)力，經(jīng)輸料管到噴嘴處，與一定量的壓力水混合后，噴射到受噴面上[13]。

3.2 濕噴工藝

濕噴工藝是指將水泥、骨料和水按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行攪拌混合，通過(guò)混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送至噴射點(diǎn)，加入噴射機(jī)后通過(guò)壓縮空氣或其他動(dòng)力輸送至噴嘴處，與液體速凝劑混合后將混凝土噴射到受噴面，其主要是靠噴射過(guò)程中水泥與骨料的連續(xù)撞擊、壓密、凝結(jié)硬化而加強(qiáng)和保護(hù)受噴面[14]。

3.3 混凝土損耗對(duì)比分析

杏花村1號(hào)隧道在2018年3月之前采用濕噴工藝進(jìn)行初期支護(hù)階段施工，2018年3月之后采用了干噴工藝。干噴和濕噴工藝的區(qū)別體現(xiàn)在速凝劑和混凝土拌合方式等方面，其具體情況見(jiàn)表3。根據(jù)混凝土使用記錄臺(tái)賬，本文對(duì)杏花村1號(hào)隧道下行線Ⅳ級(jí)圍巖段落采用干噴和濕噴工藝進(jìn)行混凝土損耗比較分析，在該隧道Ⅳ級(jí)圍巖段采用了上臺(tái)階CD法對(duì)隧道進(jìn)行開(kāi)挖，其施工工法見(jiàn)圖3；干噴和濕噴混凝土損耗情況見(jiàn)表4，表5,在每延米條件下，計(jì)算出干噴和濕噴工藝的混凝土損耗率，其具體情況見(jiàn)表6。

表3 干噴和濕噴工藝對(duì)比

表4 干噴混凝土損耗表

表5 濕噴混凝土損耗表

表6 每延米混凝土損耗表

由表6可知：干噴混凝土每延米設(shè)計(jì)量比濕噴多1.03 m3，每延米實(shí)際噴射量比濕噴多1.48 m3；濕噴混凝土的損耗率為22.52%，小于干噴混凝土損耗率29.23%。由混凝土噴射量和損耗率對(duì)比分析可知：采用濕噴工藝節(jié)約了混凝土的使用量，并降低了混凝土的損耗率。

3.4 其他方面對(duì)比分析

1)人員數(shù)量需求方面。

干噴工藝需要噴射混凝土人員1名，上料人員4名，檢修人員1名，指導(dǎo)人員1名，共計(jì)7名人員。濕噴工藝需要操作人員1名，檢修人員1名，指導(dǎo)人員1名，共計(jì)3名人員?？梢?jiàn)，濕噴工藝比干噴工藝節(jié)約了4名人工數(shù)量，減小了對(duì)于人工費(fèi)用的支出。

2)安全、健康方面。

現(xiàn)場(chǎng)干噴作業(yè)如圖4所示，由于干噴工藝水與混凝土料在噴嘴處快速拌合，不可避免地使部分混凝土料與水結(jié)合不充分，從而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)一定的粉塵。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，粉塵質(zhì)量濃度為30%。在進(jìn)行噴射作業(yè)時(shí)，操作手需靠近噴射區(qū)進(jìn)行噴射，所產(chǎn)生的粉塵對(duì)人員健康傷害較大，同時(shí)，圍巖上的碎石存在掉落的可能，人員安全存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)濕噴作業(yè)如圖5所示，由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)可以看出粉塵濃度較干噴現(xiàn)場(chǎng)小，空氣清晰度較好，其原因是濕噴工藝的混凝土料是在拌合場(chǎng)提前拌和好的，噴射時(shí)的混凝土含水量較大，基本不產(chǎn)生粉塵，人員的健康得到了相應(yīng)的保障。另外，濕噴工藝是操作手通過(guò)無(wú)線遙控裝置控制噴射臂進(jìn)行濕噴作業(yè)[15]，操作手不需靠近噴射區(qū)，避免了噴射料反彈傷人等事故。

3)施工效率方面。

干噴的噴射能力為14 m3/h，濕噴為25 m3/h，施工效率是干噴的2倍左右。對(duì)于采用干噴工藝進(jìn)行隧道初期支護(hù)階段噴射混凝土施工時(shí)，左上導(dǎo)洞或者右上導(dǎo)洞噴射完成需要2.5 h，而在同樣條件下，濕噴作業(yè)只需1.5 h，使施工效率得到了提高，加快了施工進(jìn)度。

4 兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

通過(guò)以上多方面的對(duì)比分析研究，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況，干噴和濕噴工藝存在以下優(yōu)缺點(diǎn)：

1)干噴工藝具有技術(shù)要求低和操作方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于隧道初期支護(hù)施工階段，但是存在每延米損耗率高、勞動(dòng)力度大和施工效率低等缺點(diǎn)。

2)相對(duì)于干噴工藝，濕噴工藝具有每延米損耗率低、勞動(dòng)力度小和施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是濕噴作業(yè)要求操作人員專門(mén)培訓(xùn)，持證上崗，并要求操作人員根據(jù)不同的噴射部位及時(shí)調(diào)整風(fēng)壓、噴射速率和速凝劑的加入量等，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求較高。目前，工程上缺乏此類的技術(shù)人員，人員緊缺的情況下會(huì)延誤施工進(jìn)度，且勞動(dòng)力成本高，這是杏花村1號(hào)隧道在2018年3月之后將濕噴工藝改為干噴工藝的主要原因。另外，在噴射過(guò)程中，各個(gè)部位的均勻程度難以控制，存在噴射過(guò)厚和厚度不足的缺點(diǎn)。

5 結(jié)論

在杏花村1號(hào)隧道的施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)干噴和濕噴工藝多方面的對(duì)比分析研究，得出了如下結(jié)論：

1)對(duì)于杏花村1號(hào)隧道Ⅳ級(jí)圍巖初期支護(hù)施工階段，濕噴工藝每延米的混凝土設(shè)計(jì)量比干噴少了1.03 m3，實(shí)際噴射量比干噴少了1.48 m3，節(jié)約了混凝土的使用量。2)濕噴工藝每延米的混凝土損耗率為22.52%，比干噴工藝降低了6.71%。3)干噴和濕噴工藝存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在超大跨度公路隧道初期支護(hù)階段，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況選擇合適的噴射混凝土工藝。