長大隧道濕噴機械手初支施工技術

王 智 峰

(中鐵三局集團有限公司運輸工程分公司，山西 晉中 030600)

近年來，濕噴技術取代了原有的干噴技術，成為公路、鐵路、水利隧道施工的主要噴射技術。在中國現有的濕噴設備大多結構簡單，功能單一，生產效率低。施工過程中需要手動手持噴槍進行注射，工人勞動強度大，集塵和噴霧所產生的粉塵對工人的健康危害極大，且混凝土的噴射質量主要依賴于工人的技術水平，隨意性大，混凝土的回彈率高達30%～40%，造成比較大的浪費。

崖頭隧道位于山西省臨汾市永和縣芝河鎮境內，全長3 885 m，隧道圍巖以Ⅳ級,Ⅴ級為主,本項目部主要承擔隧道進口及斜井的施工任務，設計噴射混凝土29 600 m3，大型噴漿混凝土機械手的結構，大大提高了噴射混凝土的質量，提高了工作效率和減少了回彈量，取得了較好的效果，經總結施工經驗形成該工法。

1 長大隧道濕噴機械手初支施工工法的概況

長大隧道濕噴機械手初支施工工法的特點：施工速度快，噴漿量可以達到10 m3/h～25 m3/h；噴射混凝土具有良好的粘結性、密實性、高技術性、可控性，比傳統干噴混凝土高20%的強度，噴射混凝土表面平順性較干噴好；機械化程度高，操作人員少，操作人員勞動強度低；作業范圍大，最大噴射寬度可達26 m，最大噴射高度可達16 m；噴射回彈率低，回彈率可控制在15%以內；作業環境較好，也較安全。

2 施工工藝操作要點

2.1 機械手濕噴C25混凝土推薦配合比

1)配合比設計技術規程。

根據《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》，噴射混凝土的水膠比不大于0.50，膠凝料用量不少于400 kg/m3，粗骨料最大粒徑不大于16 mm，而細集料的細度模數應大于2.5。

2)原材料的選擇。

水泥：P.O42.5普通波特蘭水泥；細骨料：天然砂，細度模數為2.9，石粉含量2.4%，粘粒含量0.1%；粗骨料：5 mm～10 mm連續級配碎石，含泥量、泥塊含量0.7%,0.1%；促進劑：ZB-6型液體速凝劑，凝膠材料用量減少4%；代理：rawy101型聚羧酸系高性能減水劑摻量為0.5%的凝膠材料；水：飲用水。

3)基準配合比計算。

配制強度：fcu，o=25+1.645×5.0=33.2 MPa。

水膠比：w/c=0.45。

用水量:W=207 L(根據前期坍落度調試后取值)。

膠凝材料用量：C=207/0.45=460 kg/m3。

速凝劑用量：460×4%=18.4 kg/m3。

減水劑用量：460×0.5%=2.3 kg/m3。

砂率選用:SP=50%(根據前期混凝土和易性調試后取值)。

混凝土容重：ρ取2 400 kg/m3。

細集料用量：S=(2 400-207-460-18.4-2.3)×50%=856 kg/m3。

粗集料用量：G=2 400-207-460-18.4-2.3-856=856 kg/m3。

4)試拌調整，確定理論配合比。

在計算配合比的基礎上進行試拌，試拌后進行噴射實驗，經過多次調整，確定基準配合比見表1。

表1 噴射混凝土基準配合比

根據配合比，混凝土的坍落度為170 mm，混凝土的粘聚性好，混凝土混合料的性能滿足施工要求。通過試配確定配合比是由三個不同水膠比的28 d試驗驗證。配合比滿足設計和施工要求，經濟合理，確定為理論配合比。

2.2 大型噴射混凝土機械手濕噴工藝操作要點

濕噴作業的機械手、最大骨料粒徑、混凝土工作性能、風壓、巖石表面潔凈度、促進劑用量、噴射厚度、操作者經驗水平、噴射距離、角度、噴射順序、噴頭移動都對噴射混凝土的質量、回彈有很大的影響。

1)噴射順序。

噴射應先墻后拱，從底部到頂部，S曲線移動噴射。隧道從側壁的底部開始噴射，然后噴射到拱頂的中心線，完成一環混凝土的噴射。

2)噴射角度。

噴射時，噴頭應保持垂直于噴射面。噴射角太小會增加混凝土回彈率，降低噴射密度；噴流垂直于巖石表面，連續混凝土的“稀薄流”對嵌入回彈有二次作用，可以降低回彈率，增加噴流厚度。

3)噴射距離。

由于濕噴的風壓要求大，如果噴頭表面距離噴射面過近，風將只是“附著”噴撒在混凝土上，對混凝土產生回彈。噴頭與巖面之間的適當距離是0.8 m～1.2 m。

4)噴射混凝土。

噴射混凝土在剛開始噴射時回彈最大，當巖石表面噴涂厚度達到2 cm～3 cm后回彈最小且穩定，當噴射到附著在巖石表面的混凝土滑落、流動，噴射厚度達到最大值，此時不能繼續噴射，具體需等到其凝結后方可以噴。

噴射時首先調整噴頭在邊墻底部的噴射位置，使用機械臂自動調整臂的功能，讓其與地面平行，并平行于隧道壁，調整噴頭的距離，上述操作都完成后，可以開始噴射。開始噴射后，途中不可調整距離和機械手臂的角度，只需要使用自動伸縮功能控制噴頭自動伸縮，這時從一端緩慢到另一端需來回跑2次～3次，可完成一次噴射；然后伸展手臂30 cm左右(在拱部根據隧道大小進行適當的翻轉)，手臂的垂直，水平移動，保持噴頭和巖石的角度與距離，根據上述的流程，完成所需要噴射混凝土的噴涂表面。

5)堵管處理。

施工中很少出現射流管堵塞現象，如果出現應立即關閉機械手和計量泵，關閉輸送機風、拍軟管、外管保持混凝土，堵水處理應在第一次水射流清洗管完成后，以保證管道暢通再噴施工。

6)混凝土坍落度要求。

骨料的最大粒徑應小于16 mm，否則，由于阻力太大，無法順利噴出噴嘴，進而停止噴射。在短時間內會影響工作效率，混凝土的坍落度應為10 cm～18 cm。

7)工作風壓和風量。

工作風壓應為0.2 MPa～0.4 MPa，工作風壓的選擇取決于混凝土的和易性，和易性越好，工作風壓越小，反之亦然。壓力調整應根據工作面距離，合理選擇機械手的輸入管直徑，確保混凝土出口速度適當，根據混凝土的和易性、風壓的穩定性調整，確保噴射口形成連續噴射，適當的速度垂直噴在表面。

8)巖石表面的整齊度。

對于污巖表面，采用高壓風或水清洗噴面，提高混凝土與巖石表面的粘結力，達到最佳的噴射效果。對于滲水性巖石表面，在一般情況下，濕噴可以封閉滲流。對于嚴重滲水，在形成水流時，需要設置排水孔，懸掛防水板，然后進行噴護作業。

9)噴層厚度。

一旦噴涂層太厚，在自重作用下，噴涂層就會開裂甚至塌陷。當太薄時，大部分粗骨料會反彈，而噴層只會留下砂漿，會影響噴層的效果和質量。

10)促進劑用量。

當摻量過大時，回彈量增大，噴射混凝土密度較差。因此，必須嚴格控制噴射混凝土的用量，達到控制質量和節約成本的目的。

11)維修、保養。

噴射結束后，應將機械手開至洞外或不影響正常施工的其他地點，按操作堆積對機器進行維護、保養。因機械手的維修難度和費用較高，因此機械手的日常維護保養工作顯得十分的重要。

3 質量措施

3.1 質量控制標準

為確保濕噴混凝土厚度、均勻性、平順性、強度達到設計要求，必須嚴格按照設計圖紙施工，執行現行的GB 50086—2001錨桿噴射混凝土支護技術規范、《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》及其他相關規定。

3.2 質量控制措施

影響噴射混凝土層質量的主要因素有：混凝土配合比性能、設備性能、操作水平、促進劑用量、材料和混凝土配合比等。

1)利用分層噴射，移動大臂和活動小臂，確保移動噴射點從點到線，再到面，以保證噴射混凝土的平整度。

2)優化配合比，選用優質穩定的速凝劑，嚴格控制水膠比和速凝劑用量，保證混凝土強度。

3)預埋鋼筋和分層噴射保證了噴射混凝土的厚度。

4)噴射前應先處理巖石表面，高壓風沖刷軟巖，硬巖則用水進行沖洗，以提高噴射混凝土與巖石表面的粘合強度。

5)在嚴格按照操作規程進行噴射的過程中，應調整噴頭與巖石表面的夾角和距離，且工作氣壓和速凝劑用量達到最佳狀態，以降低回彈率。

6)在噴射完成后，需間隔5 min～10 min，防止混凝土自重過大而掉落。

7)選擇責任感強和有一定工作經驗的專業人員組建專業團隊，通過培訓專業隊伍和現場跟蹤指導，可以快速有效地提高機械手的噴射技術。

8)進入現場的主要材料嚴格按照規定和設計要求進行控制，所有材料必須有合格證和必要的檢驗報告。進場料、設備，特別是速凝劑的質量嚴格按照技術質量標準進行檢驗。

9)嚴格控制水灰比，控制外加劑用量，特別是速凝劑，嚴格按配合比施工。

參考文獻：

[1] 王順林.馬安高速公路隧道濕噴機應用與技術研究[J].建筑機械,2017(8)：81-82.

[2] 楊成成.隧道濕噴機械手噴射混凝土質量技術研究[J].建筑知識，2017(4)：129-130.