機(jī)械手濕噴混凝土施工技術(shù)在單線鐵路隧道中的應(yīng)用

張曉楠

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300133）

1 工程概況

張坊隧道為單線無砟軌道，隧道全長5755m，為錨噴支護(hù)，復(fù)合式襯砌。隧址區(qū)地層為元古界中段板巖及雪峰晚期花崗閃長巖，零星分布第四系坡洪積、坡殘積層。該區(qū)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，受褶皺、斷裂及巖漿侵入影響，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育。侵入巖風(fēng)化層厚度變化大，球狀風(fēng)化發(fā)育。山間谷地局部分布軟土，工程性質(zhì)差。

2 工作原理

機(jī)械手濕噴是隧道濕噴混凝土支護(hù)的核心設(shè)備和技術(shù)，其利用高壓空氣流體動力把強(qiáng)制式預(yù)拌制混凝土和全自動配比摻量控制的液體速凝劑混合高速度噴射于受噴面，依賴噴射過程中水泥與骨料的連續(xù)撞擊、壓密而形成的一種混凝土層。

3 工藝流程

機(jī)械手濕噴混凝土工藝流程如圖1所示。

圖1 濕噴混凝土工藝流程圖

4 噴射混凝土的質(zhì)量要點

噴射混凝土質(zhì)量的4個主要指標(biāo)：①平整度。噴射混凝土外觀質(zhì)量的直觀表現(xiàn)，為后期防水卷材的鋪設(shè)創(chuàng)造條件，加快施工進(jìn)度，確保襯砌施工質(zhì)量。②密實度。對噴射混凝土強(qiáng)度質(zhì)量有直接的影響，較好的密實度能有效解決混凝土的質(zhì)量缺陷，如初支滲水、強(qiáng)度不足等。③強(qiáng)度。噴射混凝土質(zhì)量的核心，與混凝土本身的原材料、配合比等密切相關(guān)。④厚度。噴射混凝土質(zhì)量的一個量化指標(biāo)，滿足設(shè)計規(guī)范要求厚度是保證初支結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件[1]。

5 濕噴機(jī)型號及人員配備

濕噴機(jī)采用鐵建重工HPS3016SW，外形尺寸為11234mm×2500mm×3198mm，電機(jī)功率為55kW，柴油機(jī)功率為75kW，理論輸送量為30m3/h。1臺濕噴機(jī)需噴射手1人，助手兼前臺指揮2人。

6 C25濕噴混凝土配合比

6.1 噴射混凝土原材料選用

噴射混凝土原材料選用具體如表1所示。

表1 噴射混凝土原材料選用

6.2 噴射混凝土的配合比選定

優(yōu)化確定理論配合比，再到現(xiàn)場進(jìn)行實施，論證混凝土的回彈率、與機(jī)械手的適用性、混凝土強(qiáng)度等，再局部微調(diào)，最終達(dá)到較為理想的配合比數(shù)據(jù)。

（1）噴射混凝土配合比設(shè)計要求。①耐久性、強(qiáng)度、密實度以及與受噴面、鋼架等的黏結(jié)力滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求；②能向上噴射到指定的厚度，且回彈損失小；③與機(jī)械手適用性好，不發(fā)生堵管或噴射面流淌塌落。

（2）噴射混凝土配合比設(shè)計。①膠骨比。單位體積混凝土的不同材料用量對混凝土性能的影響如表2所示。②砂率。不同砂率對噴射混凝土性能的影響如表3所示。③水灰比。不同水灰比對混凝土性能的影響如表4所示。⑤速凝劑摻量。噴射混凝土?xí)r嚴(yán)格控制速凝劑摻量，根據(jù)結(jié)構(gòu)對混凝土早期和后期強(qiáng)度的要求，并通過試驗和現(xiàn)場驗證，鐵科液態(tài)速凝劑摻量應(yīng)≤水泥摻量的6%。綜合以上因素考慮，再結(jié)合現(xiàn)場試驗的試噴情況，最終選定采用濕噴機(jī)械手的濕噴混凝土的配合比如表5所示。

表2 單位體積混凝土的材料用量

表3 不同砂率對噴射混凝土性能的影響

表4 不同水灰比對混凝土性能的影響

表5 施工配合比

7 施工工藝及質(zhì)量控制

（1）濕噴混凝土拌合和運(yùn)輸。采取全自動計量強(qiáng)制式攪拌機(jī)嚴(yán)格按配合比操作，攪拌時間≥2min，由機(jī)械手自動加入速凝劑，采用混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)輸，并與噴混凝土速度相匹配防止坍落度損失較大。

（2）巖面整潔度。先用高壓風(fēng)清理受噴巖面的浮塵、巖屑，提高混凝土與巖面的黏結(jié)力。關(guān)于巖面滲水現(xiàn)象，一般滲水巖面可采用濕噴的方式將滲水封住，小股水或裂隙滲漏水采用導(dǎo)管引排后再噴射混凝土，大股涌水采用徑向小導(dǎo)管注漿堵水后再噴射混凝土。

（3）噴射順序及噴層厚度。噴射應(yīng)按照先墻后拱的順序進(jìn)行，初噴混凝土前先在拱頂、拱腳兩側(cè)埋設(shè)控制噴射厚度的鋼筋頭，初噴時先將低洼處大致噴平，初噴厚度應(yīng)≥40mm。復(fù)噴自下而上分段、分片、分層，分段長度≤6m，分層厚度拱部為5～8cm，邊墻為7～10cm，先噴鋼架與壁面間，再噴兩鋼架之間。臺階法開挖斷面，若上下導(dǎo)坑同時有噴射任務(wù)，應(yīng)先噴下導(dǎo)鋼架，再噴上臺階鋼架。

（4）噴射角度及距離。噴頭應(yīng)保持與受噴面垂直，通過現(xiàn)場調(diào)整噴嘴與受噴面間距控制在0.8～1.2m時回彈量最小，拱部回彈率為15%，邊墻為10%；若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時，微調(diào)噴嘴的噴射角度和與受噴面的距離，將鋼架、鋼筋網(wǎng)背后噴填密實；在噴邊墻及仰拱時，需將上半斷面拱腳噴射時的回彈物清理干凈，防止將回彈物卷入下部噴層中形成“蜂窩”而降低支護(hù)能力。

（5）混凝土坍落度要求。混凝土坍落度控制在（180±20）mm，過小會因阻力過大無法順利噴出而沖掉噴嘴處塑料噴頭或堵管，導(dǎo)致終止?jié)駠姡绊懝ばВ^大會影響濕噴質(zhì)量。

（6）噴射混凝土作業(yè)。開始噴射混凝土?xí)r回彈最大，當(dāng)混凝土噴厚達(dá)到2～3cm后，回彈最小且穩(wěn)定。當(dāng)混凝土出現(xiàn)滑落、掉塊時，一次噴厚達(dá)到最大，此時不能再繼續(xù)噴射，需等混凝土初凝后方能復(fù)噴。終凝1h后再進(jìn)行噴射時，先用風(fēng)水清洗噴層表面。噴射結(jié)束前檢查混凝土表面平整度和厚度，若檢查出噴射空洞、拱架外漏、噴射不密實等情況應(yīng)及時處理。

（7）堵管處理。該工程現(xiàn)場濕噴很少堵管，若堵管就關(guān)閉機(jī)械手，再關(guān)閉計量泵、振動裝置和風(fēng)閥，然后用清水將機(jī)內(nèi)、輸送管路內(nèi)混凝土清除干凈，再先加水噴射洗管，確保管路暢通后再次噴射施工。

（8）超噴處理。對發(fā)現(xiàn)的超噴處由人工采用鐵鍬等工具進(jìn)行鏟除，并補(bǔ)噴處理平順，防止噴射混凝土侵占襯砌空間。

（9）混凝土養(yǎng)護(hù)。為保證水泥充分水化，減少和防止混凝土不正常的收縮裂縫，混凝土終凝后采用灑水養(yǎng)護(hù)，要求養(yǎng)護(hù)時間≥14d。遇特殊情況，如氣溫＜5℃或圍巖條件不允許灑水養(yǎng)護(hù)時，可采用噴霧養(yǎng)護(hù)。

8 結(jié)束語

綜上所述，文章結(jié)合濕噴機(jī)械手在蒙華鐵路張坊隧道的實踐應(yīng)用，對噴射混凝土的配合比設(shè)計、施工工藝及質(zhì)量控制等進(jìn)行分析總結(jié)。實踐證明，濕噴機(jī)械手在單線鐵路隧道中的應(yīng)用具有可行性，且發(fā)展前景廣闊，能夠有效推動隧道工程機(jī)械化施工的發(fā)展。