濕噴臺車在隧道支護中的應用

張 偉

(中交二公局東萌工程有限公司，陜西 西安 710119)

1 工程概況

燕子山分離式隧道左、右線總長分別為2 605 m和2 565 m，隧道凈寬、高分別為10.25 m和5 m，雙向兩車道，每條車道寬3.75 m，按80 km/h的速度設計。整條隧道中，III級圍巖段總長3 196 m，IV級圍巖段總長1 754 m，V級圍巖段總長220 m。該隧道所處區域地形較為復雜，進口和出口巖性均以強風化凝灰巖為主，穩定性相對較差。

2 設備選型

燕子山隧道最初采用干噴工藝進行初期支護，雖然這一工藝較為簡單，但會產生濃度較大的風塵，且容易產生回彈，對隧道快速施工不利。針對這種情況，改用濕噴技術，引進濕噴臺車，以優化工作環境，保證混凝土噴射質量，減少回彈，提高生產效率。該隧道所用濕噴臺車主要技術性能參數包括：(1)混凝土噴射泵：①柱塞行程為1 000 mm；②最大輸送壓力為7.5 MPa；③最大輸出量為30 m3/h。(2)添加劑系統：①容量為1 000 L；②最大輸送量為300 L/h。(3)噴漿機械手：①臂擺角/仰角為±27°/55°；②最大寬度為15 m。(4)噴轉旋轉角度為360°。(5)噴漿臂：①臂俯仰為-22°～+55°；②伸縮行程為2 000 mm；③噴漿嘴旋轉/俯仰為450°/105°。(6)空壓機：①形式為電動螺桿式；②排量為13.5 m3/min；③壓力為0.8 MPa。

3 配比設計

對于濕噴時所用混凝土，其配比和混凝土成型后強度、初噴層實際厚度與回彈量等都有直接關系。在配比設計過程中，水灰比會對混凝土強度及和易性造成很大影響。基于此，在按照要求選定了水灰比之后，需將設計要點放在和易性與速凝劑兩個方面，使回彈量不超過15%，坍落度保持在120～150 mm范圍內，以保持良好黏聚性。以現場材料和設備實際情況為依據，將混凝土配比確定為：水泥∶砂∶碎石∶水=1∶1.57∶1.92∶0.5，在此基礎上按照5%的劑量摻加速凝劑，按照0.2%的劑量摻加穩定劑。

4 作業要點

(1)對于濕噴用混凝土，其水泥以普硅水泥為主，砂為中粗砂，其細度模數要達到2.5以上，粒徑在0.075 mm以內的顆粒含量不能超出20%，骨料粒徑不得超出15 mm，且應有良好的連續級配，間斷級配骨料一般不允許施工。將混凝土按照設計確定的配比制備完成后，檢查其坍落度是否處在120～150 mm范圍內。

(3)混凝土的噴射施工應在分段的基礎上分塊和分部進行，在分段時，每段的長度不能超出4 m，按照先下后上的順序和先墻后拱的基本順序進行，每塊的尺寸大小按2 m×1.5 m控制。通過這樣的方式，能減少滑動與脫落。在噴嘴運動過程中，應按照S形進行緩慢的移動，在噴射過程中，后半圈應壓住前半圈，同時注意半徑不能太大，噴射的長度要根據實際速凝效果確定，通常在3～4 m范圍內，嚴格按照規程進行操作，確保噴射后混凝土表面達到平整。

(4)噴嘴和巖面之間的距離應按照0.8～1.2 m的范圍嚴格控制，如果局部有較大的限制，可予以適當調整；噴射時，需要將風壓控制在0.3～0.5 MPa范圍內，風壓太大或者是太小都會對混凝土質量造成影響，或引起回彈，當風壓過小時，會由于噴射力不足導致混凝土無法達到密實，而當風壓過大時，將由于噴射速度過快導致明顯回彈，造成混凝土浪費。

(5)在噴射混凝土的過程中，噴嘴需要和巖面保持垂直，當巖面上存在明顯的凹陷時，應先將其找平。同時以實際情況為依據，對風壓與水壓做適當調。對邊墻進行噴射的過程中，應向下傾斜噴嘴，傾斜的角度按10°控制。傾斜的角度不能太小，否則混凝土骨料將在噴射面上發生滾動，導致噴射的表面變成波形，也會增加回彈，對噴射質量造成影響。

(6)混凝土噴射要分層進行，每次噴射的厚度都不能太大，如果厚度過大，將由于受到自重而產生明顯的裂紋，進而引起大面積脫落的現象，一般情況下分層厚度應按照4～6 cm嚴格控制。兩層混凝土噴射之間的時間間隔應控制在15～20 min范圍內。完成第一次噴射施工后，厚度約5 cm，在其實際強度不低于5 MPa后，方可繼續噴射，直到設計要求的厚度。在第一次噴射過程中，要在確定好設計斷面后，先進行測量組件的埋設，包括收斂測點和沉降測點。當隧道的一次初期襯砌存在鋼拱架時，和圍巖之間存在的空隙要用混凝土將其填充密實，使混凝土覆蓋整個鋼骨架至少2 cm，以免鋼骨架發生銹蝕。

5 濕噴臺車優點

(1)提高作業效率。采用濕噴臺車進行施工時，僅需2～4名作業人員即可對整個施工過程予以控制。在人員分配方面，能節省很多人力資源。在噴射效率方面，濕噴臺車單位時間噴射量可以達到30 m3，甚至更高，有效作業半徑不小于14.8 m，同時僅就位以此即可進行全方位和多角度的施工，基本無盲區。另外，濕噴臺車的最小轉彎半徑只有6.4 m，能在隧洞中靈活轉向和掉頭，極大的縮短了不同工序之間的銜接時間，提高噴射效率。

(2)減小回彈率。采用遙控手柄對噴射臂進行控制，能自由進行噴嘴旋轉及大臂伸縮，在垂直與水平方向上都能進行自由動作，每項操作完成后都能快速反應，施工中可長時間保持在最佳距離與角度狀態，對噴射質量的保持與回彈率控制都有很大幫助。濕噴臺車可自供高壓風，施工中長時間保證風壓的穩定性，并能結合實際情況將風壓調整到最佳值，對邊墻進行噴射時，風壓通常為0.2～0.4 MPa，當對拱部進行噴射時，風壓通常為0.3～0.5 MPa，風壓過大或過小均會對混凝土質量造成影響，引起回彈量明顯增加。濕噴臺車采用專門的系統對外加劑摻量進行嚴格控制，實現對速凝劑等在內的各類外加劑添加有效控制，最大限度保證摻加合理性，加之作業人員熟練操作，進一步減小回彈率。通過對現場數據的廣泛采集，經計算可知，拱部混凝土回彈率不超過9%，而邊墻的混凝土回彈率不超過5%，均比國家相關標準提出的要求低。

(3)改善作業環境。采用遙控手柄對噴漿臂進行控制，有效工作范圍為水平16 m和垂直11 m，能自由伸縮到任何一個受噴面。濕噴臺車的駕駛室滿足歐洲相關標準，同時也能滿足防落石和防翻滾方面的要求，能提高現場作業人員安全。另外，施工現場基本沒有粉塵產生，能有效改善整個工作環境，避免對作業人員健康造成危害。

6 結 語

綜上所述，目前該隧道濕噴作業已順利完成，經檢查，濕噴作業質量合格，所用施工技術，尤其是濕噴臺車合理可行，值得類似隧道工程參考借鑒，為濕噴臺車的廣泛應用奠定良好基礎。