隧道工程中干噴與濕噴的經濟技術比較

摘要：本文介紹了隧道工程噴射混凝土施工中干噴工藝與小型濕噴機濕噴工藝間從經濟性、時效、回彈率等各方面進行了綜合比較，為企業決策者提供了工藝選擇的技術依據，并給出了推行濕噴可行性方案。

關鍵詞：隧道 干噴 濕噴 經濟 技術 比較

隧道工程中的噴射混凝土工程是一項重要工序，不僅關系到生產安全、工程質量，也與施工單位經濟效益息息相關。目前國家已將干噴作為一項落后工藝后淘汰，但現場仍有多數施工隊伍卻不愿放棄干噴工藝，本文以現場真實施工條件為背景，對小型濕噴機與傳統干噴工藝進行了對比，總結了相關參數，為決策者提供了技術依據。

經過慎重比選，工藝試點安排在本項目陳家山隧道斜井進行，濕噴一共進行了三次試驗（其中Ⅱ級圍巖地段2次，Ⅳ級圍巖地段一次），干噴進行了二次循環測試，現將試驗情況及試驗總結如下：

1 濕噴試驗情況介紹

1.1 第一次濕噴（雙機并機作業）

11月2號在陳家山隧道斜井大里程方向DK249+247-249.5（Ⅱ級圍巖）進行第一次試驗，具體情況如下：

1.1.1 人員配置

兩機作業組人員配置：噴射手2人，放料工1人，開機人員2人，其他配合人員4人，共9人。

1.1.2 動力分析

①空壓機：螺桿型空壓機，生產量24m3/min，四臺空壓機作業，系統風壓為0.8MP，工作風壓0.4MP，風量和風壓滿足兩臺濕噴機作業要求。②壓縮空氣輸送管路。從空壓機到噴射位置距離600m，輸送管路直徑為200mm。③電力：由于斜井位于供電線路末端，電壓350V勉強可以滿足兩臺濕噴機作業要求。④濕噴機：使用兩臺TK500濕噴機，并機作業共用一個料盤。

1.1.3 速凝劑分析

該段Ⅱ級圍巖，表面無水，采用素噴，噴射方量14方，使用無堿速凝劑（品牌為：安徽**，單價約4500元/噸），摻量為8.5%。

1.1.4 材料

①配合比：460：931：761：198：8.28：0.9（水泥：砂：石：水：減水劑：微纖維）。②水泥：祁連山水泥。③砂：河砂，細度模數3.2。④粗骨料：5～8mm碎卵石。⑤減水劑：山西黃騰的早強型液體減水劑，減水率為17%。出機濕噴混凝土溫度18度，初始坍落度170mm，無泌水，半小時坍落度150mm，1小時坍落度130mm。為了滿足混凝土的工作度，在運輸罐車內適當添加了減水劑，經調整后能夠滿足濕噴機正常工作。⑥合成纖維：產地河北衡水，單絲，長度16mm。⑦溫度。掌子面溫度：18℃。攪拌站溫度：10℃。混凝土出機溫度：18℃。混凝土到機旁溫度：20℃。拌合水溫：35℃。

1.1.5 噴射量及時間

總用時間：297分鐘，總噴射方量：14方。

噴射時間：104分鐘，純生產效率：4.06m3/h。

1.1.6 回彈量分析

設計方量：6.3m3，超挖方量：約5m3。

實際方量：14m3，回彈率：（14-6.3-5）/14=19%。

回彈量估計大概在2.5～3m3。

1.1.7 第一次試驗存在的問題

總體噴射效果較好，在噴射過程中出現電壓只有310V左右過低情況，兩臺不能同時并機作業。一臺濕噴機作業的情況時只能保證電壓在350V，勉強能工作。噴射混凝土時濕噴機安裝準備時間較長，主要是因為濕噴機離掌子面較遠，自重較大，吊裝時間較長；混凝土罐車運輸距離較遠，造成工序銜接不好，待料時間較長，從而造成濕噴機作業率偏低。

1.2 第二次濕噴（雙機并機作業）

11月4號在陳家山隧道斜井小里程方向DK247+829-827（Ⅳ級圍巖）進行第二次試驗，具體情況如下：

1.2.1 人員配置（同第一次）

1.2.2 動力分析

在小里程方向使用兩臺TK500濕噴機，兩臺空壓機（生產量24m3/min）供風，系統風壓為0.7MP，工作風壓為0.4MP。從空壓機到噴射位置距離500m，輸送管路直徑為150mm。兩臺濕噴同時開機啟動困難，電壓只有320V。

1.2.3 速凝劑分析

小里程方向是鋼拱架掛網噴射，有水；噴射方量21.4方，使用無堿速凝劑（品牌：安徽潤安），摻量為10%。

1.2.4 材料

①配合比：460：931：761：198：8.28：0.9（水泥：砂：石：水：減水劑：微纖維）。②水泥：祁連山水泥。③砂：河砂，細度模數3.2。④石：5～8mm碎卵石。⑤減水劑：山西黃騰的早強型液體減水劑，減水率為17%。濕噴混凝土出機溫度15度，初始坍落度240mm，無泌水，半小時后坍落度180mm，1小時后坍落度110mm。為了滿足混凝土的工作度，在運輸罐車內適當添加了減水劑后能夠滿足濕噴機正常工作。⑥合成纖維：產地河北衡水。單絲，長度16mm。⑦溫度。掌子面溫度：15℃。攪拌站溫度：10℃。混凝土出機溫度：18℃。混凝土到機旁溫度：20℃。拌合水溫：35℃。

1.2.5 噴射量及時間

總時間：484分鐘；總噴射方量：21.4方。

噴射時間：一臺用時103分鐘，另一臺用時216分鐘。

純生產率：一臺3.96m3/h，另一臺4.06m3/h。

1.2.6 回彈分析

設計方量：7.02m3；超挖方量：28×1×0.35=9.8m3。

實際方量：21.4m3。

回彈率：（21.4-7.02-9.8）/21.4=21%。

由于邊墻有水，混凝土噴射厚度較厚易造成脫落，導致噴射混凝土掉塊，建議分層噴射效果較好。

1.2.7 第二次試驗過程存在的問題

小里程方向噴射工作中，出現109分鐘的電壓過低而導致兩臺濕噴機不能同時啟動的情況，最后8.9方混凝土只能用一臺噴漿機噴射，兩臺并機作業時電壓只有310V左右，不能同時作業，一臺濕噴機作業時電壓350V，勉強能工作。混凝土罐車運輸距離較遠（約5km），混凝土到達現場后塌落度損失較大，混凝土無法放出來，更不利于噴射，現場需要加減水劑才能使用，另外待料時間較長，濕噴機作業率偏低。

1.3 第三次濕噴（雙機并機作業）

11月7號在陳家山隧道斜井大里程方向DK249+264.7-266.7（Ⅱ級圍巖）進行第三次試驗，具體情況如下：使用無堿速凝劑（品牌：山西黃騰），摻量為6%，使用過程中速凝劑出現分層情況，導致噴射效果不一。濕噴混凝土出站溫度16度，初始坍落度200mm，無泌水，半小時后坍落度170mm，1小時后坍落度120mm，洞內環境溫度16度，現場噴射砼溫度21度。從開始噴射到到施工1小時之間，效果理想，從混凝土到現場3小時后，混凝土坍落度損失過大，現場加水等原因，噴射效果差，施工中機械修理頻繁。

1.4 第四次濕噴實驗

我部在全國范圍選擇了三家速凝劑進行了室內和現場試驗，12月14日完成了室內實驗，12月19日在陳家山斜井進行了現場對比實驗，試驗情況如下：

1.4.1 拌和站：河砂溫度4℃，石子溫度5℃，拌合水38℃，減水劑20℃，出機溫度17℃，坍落度170mm，共8方濕噴料。

1.4.2 現場：坍落度120 mm，環境溫度18℃，砼溫度16℃。

1.4.3 噴射情況：

①開始：6：35；結束：9：40。②機械：7：10-7：45（35分鐘因濕噴機械電器斷路，電工檢修，砼堵管）后近2小時內因機械電器問題檢修5次。③噴射時間：8方混凝土分別摻加四種速凝劑噴射用時3小時10分鐘。修理機器耽誤60分鐘。有效噴射時間130分鐘，單機在機械不出問題的情況下效率每小時3.68方；單機在出問題的情況下功效每小時2.52方。④現場速凝劑使用情況：

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1.5 現場噴射分析

噴射混凝土要求現場砼坍落度在80-130mm之間，風壓穩定，噴射管出口距離作業面1-1.5m，橫向扁橢圓形噴射，豎向S形狀噴射，以垂直噴射效果最好，在無工字鋼和鋼筋網片的情況下，先噴掌子面的凸面，造成著物面積大，增強附著效果，回彈才能減小，過后進行凹坑填補；如有工字鋼和鋼筋網片，先噴工字鋼和圍巖面的夾角，形成較大附著面，后噴中間，由下向上。

1.6 室內試驗情況

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2 干噴施工情況調查

11月6號在陳家山隧道斜井大里程方向和11月7號在陳家山隧道斜井小里程方向各進行了一次干噴作業循環測試，情況如下：

2.1 人員配置

①大里程方向兩機作業組人員配置：噴射手2人，其他配合人員8人，共計10人；②小里程方向三機作業組人員配置：噴射手3人，其他配合人員10人，共計13人。

2.2 動力分析

2.2.1 空壓機站：螺桿型空壓機，生產量24m3/min，共有8臺。

①在大里程方向干噴作業時，兩臺空壓機。②在小里程方向干噴作業時，四臺空壓機。

2.2.2 壓縮空氣輸送管路

①大里程方向。從空壓機到噴射位置距離600m，輸送管路直徑為200mm。②小里程方向。從空壓機到噴射位置距離500m，輸送管路直徑為150mm。

2.2.3 干噴機

①大里程方向兩臺干噴機。②小里程方向三臺干噴機。

2.3 速凝劑分析

2.3.1 大里程方向（素噴，表面無水）

噴射方量18.5方，使用干粉速凝劑，總量為0.9噸左右，速凝劑摻量達到水泥重量的11%（設計配合比6%）。

2.3.2 小里程方向（鋼拱架掛網噴射，巖面有水）

噴射方量31方，使用干粉速凝劑，總量為1.95噸左右，速凝劑摻量為水泥重量的13.2%。（設計6%）

2.4 材料

①配合比（每方）：475：868：868：28.5（水泥：砂：石：速凝劑）。②水泥：祁連山水泥。③砂：石粉，細度模數3.4。④石：5～10mm碎石。

2.5 噴射情況

2.5.1 總噴射量及時間

①大里程方向：18.5方（288分鐘）。②小里程方向：31方（341分鐘）。

2.5.2 有效噴射時間

①大里程方向：兩臺各用時139分鐘、146分鐘。②小里程方向：三臺各用時176分鐘、209分鐘、171分鐘。

2.5.3 平均生產率（含現場準備及維修時間）

大里程方向：1.93m3/臺.h，小里程方向：1.82m3/臺.h。

2.5.4 純生產率

大里程方向：3.89m3/臺.h，小里程方向：3.35m3/臺.h。

2.5.5 回彈分析

①大里程方向。回彈率：（18.5-8.4-3）/18.5=38%。②小里程方向。回彈率：（31-8.26-11.1）/31=37.5%。

3 經濟技術比較

3.1 經濟比較

3.1.1 材料費用

①價格：（材料價格均為到工地價）。

水泥：435元/噸 砂：80元/方（1.6噸/方）

碎石：75元/方（1.53噸/方）

液體速凝劑：4500元/噸

干粉速凝劑：1350元/噸 減水劑：4500元/噸

合成纖維：18000/噸

②混凝土配合比：460：931：761：46：198：8.28：0.9（水泥：砂：石：液體速凝劑：水：減水劑：合成纖維）

③干噴混凝土配合比：475：868：868：28.5（水泥的6%）（水泥：砂：石：干粉速凝劑）

材料消耗費用比較

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通過以上比較，濕噴材料費用明顯高于干噴費用，材料差價達257.53元，計算中未考慮材料正常損耗。

3.1.2 人工費用

人工費對照表

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3.1.3 機使費用

①濕噴機與干噴機費用比較。②干濕噴漿機及需要空壓機費用比較。

a PZ-5C干噴機相關參數

機器生產能力5m3/h；工作風壓0.2-0.4Mpa

耗風量7-8m3/min；電動機功率5.5KW

電壓等級380V

b TK500濕噴機相關參數

機器生產能力5m3/h；工作風壓0.2-0.5Mpa

耗風量≥9m3/min；電動機功率7.5+0.55+0.3（kw）=8.85

KW

電壓等級380V

c螺桿型空壓機參數：生產量：24m3/min，功率：132KW

由于無論干噴機還是濕噴機，在使用臺數一致的情況下濕噴機耗風量略高于干噴，現場所開空壓機臺數一致， 因此費用可以考慮為基本相同。其費用計算如下：

25m3以內電動空壓機臺班費用為1225.06元（電費單價和人工費單價已按現場實際進行調整）。

濕噴的空壓機使用費為：1225.068*2/15.158=161.64元

干噴的空壓機使用費為：1225.068*2/16=153.13元

每立方空壓機使用費差價為8.5元。

③拌合及運輸費用比較。濕噴對拌合與運輸要求較高，運輸必須采用混凝土罐車進行，對拌合的溫度等均要求較高，必須采用大站生產，因而運輸距離加大。而干噴采用現有噴漿站即可，運輸方式相對簡單，采用普通自卸汽車即可。

根據現場測算，大型拌合站生產成本相對較高，每立方人工、機械成本達53.7元，小型噴漿站由于機械投入少，綜合生產成本約40元左右，噴漿料生產成本增加每立方53.7-40=13.7元。

運輸成本情況：

自卸汽車運輸成本：第一個1km4.35元，增運1km1.1元，按照綜合運距5km計算，即運輸成本為4.35+4*1.1=8.75元。

混凝土罐車運輸成本為：第一個1km為17.7元，增運500m增加1元，按照5km綜合運距計算，即運輸成本為17.7+（4/0.5）*1=25.7元。

根據以上計算分析，每立方噴漿料運輸的差價為16.95元，生產與運輸兩項濕噴與干噴比較，濕噴高出30.65元。

3.1.4 干、濕噴綜合費用比較

①干噴料每立方的總體費用：

人工費：20元

材料費：334.8元

機械費：

干噴機：14.14元

空壓機：153.13元

拌合：40元

運輸：8.75元

每立方費用：570.82元

②濕噴料每立方的費用：

人工費：18.5元

材料費：592.23元

機械費：

濕噴機：22.41元

空壓機：161.64元

拌合：53.7元

運輸：25.7元

每立方濕噴料的綜合費用：874.28元

③干噴料與濕噴料的綜合成本比較：差價303.46元

④每立方濕噴混凝土與干噴混凝土（成品）費用對照

干噴：考慮回彈率38%，其成本為570.82*1.38=787.73元

濕噴：考慮回彈率18%，其成本為874.28*1.18=1031.65元

通過以上對照可以看出，每方干噴成本較濕噴成本減少243.92元。

3.2 時效和回彈率比較

根據對現場干噴調查，結合現場濕噴試驗，回彈率及單機生產效率如下表：

備注：總噴射時間指整個噴射循環從進場到退場的時間，純噴射時間指該循環所有噴射機實際噴射混凝土時間的總和。單臺平均生產率=實際噴射方量/純噴射時間。

根據以上數據可以看出，在現場條件相同的情況下，濕噴的單臺平均生產率略優于干噴，對施工環境污染小，從勞動保護、支護的可靠度等方面值得推廣。但通過現場試驗明顯感覺到濕噴對供電要求高，電壓偏低就無法啟動；由于設備自重大吊運準備工作時間長；設備故障較多，現場修理費時等缺陷。

4 推行濕噴可行性方案

4.1 機械配置 砼攪拌機站、混凝土濕噴機、空壓機、混凝土運輸罐車、兩機或者三機作業分料盤。

4.2 人員配置

①濕噴機兩機作業組人員配置。噴射手2人，放料工1人，開機人員2人，其他配合人員4人，共計9人。濕噴機三機作業組人員配置。②噴射手3人，放料工1人，開機人員3人，其他配合人員5人，共計12人。

4.3 冬季濕噴措施

嚴格按照混凝土冬季施工措施進行拌制混凝土，出站及入模溫度滿足度要求。

4.4 噴射混凝土施工

4.4.1 施工工藝流程

濕噴混凝土施工工藝見下圖

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濕噴混凝土施工工藝流程圖

4.4.2 施工準備

①受噴面處理

a拆除作業面障礙物、清除開挖面的浮石和墻腳的巖渣等。b用高壓風水沖洗受噴面；對遇水易潮解、泥化的巖層，則用高壓風清掃巖面。c埋設控制噴射混凝土厚度的標志。d受噴面有滴、淋水時，噴射前按下列方法做好治水工作：有明顯出水點時，可埋設導管排水；導水效果不好的含水巖層，可設盲溝排水。e對破損巖面，清除所有暴露的破損巖石，并在破損巖面范圍內提供和安裝附加的巖石加固鋼筋或鋼支撐。

②機具設備準備

噴射作業前，對機械設備、風、水管路，輸料管路和電纜線路等進行全面檢查及試運轉，并檢查速凝劑的泵送及計量裝置性能。噴射機司機與噴射手不能直接聯系時，配備聯絡裝置；作業區有良好的通風和足夠的照明裝置。

4.4.3 噴射混凝土施工

①噴射作業時，噴嘴要垂直受噴面做反復緩慢螺旋形運動，螺旋直徑約20～30cm，同時與受噴面保持一定的距離，一般取0.8～1.5m。若受噴面被鋼筋網或格柵鋼架覆蓋時，可將噴頭稍加傾斜，但不小于70度，以保證混凝土噴射密實，保證鋼支撐背面填滿混凝土，粘結良好。②噴混凝土一般分二次施噴完成，第一次噴射5cm混凝土后，施作錨桿、格柵鋼架，再復噴至設計厚度。后一層在前一層混凝土終凝后進行，若終凝1h后再噴射時，先用風水清洗噴層面。③噴射作業分段、分片，由下而上的順序進行，分層噴射，邊墻每層厚度按5-10cm控制，拱部按5cm控制，后一層在前一層混凝土終凝后進行，直至復噴到設計厚度。④嚴格執行噴射機操作規程：連續向噴射機供料；保持噴射機工作風壓穩定；完成或因故中斷噴射作業時，將噴射機和輸料管內的積料清除干凈。

5 外加劑使用情況

為保護生產廠家利益，此處不再討論。

參考文獻：

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[3]毛開宇.淺談隧道工程二次襯砌外觀質量控制[J].價值工程，2012（31）.