臺階法施工混凝土濕噴機原理及應用

摘要：混凝土濕噴機具有施工機械化程度高、工作效率高、回彈量少、作業環境好、噴射混凝土力學性能優越、經濟效益和社會效益好等諸多優點，在鐵路、高速隧道已得到了廣泛的應用。結合王家灣隧道實例，介紹混凝土濕噴機的特點及工作原理，闡述鐵建重工HPS3016系列雙臂混凝土噴射臺車結構與主要參數，分析混凝土濕噴機在臺階法施工中的應用和未來發展趨勢，可為同類工程積累經驗。

關鍵詞：混凝土濕噴機;臺階法施工;原理;應用

0" "引言

混凝土濕噴是借助流體動力，通過管道將預拌制混凝土輸送并高速噴射于受噴面，通過噴射時骨料和水泥的連續撞擊、壓密而形成的一層混凝土支護層。近年來，混凝土噴射臺車以其噴射效率高、回彈率低、噴射質量好、安全環保等優勢，在我國鐵路、公路、水利、水電等大斷面地下工程中得到了廣泛應用。

臺階法隧道初支支護作業中，上、中、下臺階同步推進的難度較大，對混凝土濕噴機的臂架擺動自由度、噴射范圍均提出了更高要求。目前，混凝土濕噴機國內外市場上臂架結構形式主要分為伸縮回轉式、折疊式。鐵建重工HPS3016系列濕噴機，采用折疊式臂架+兩級回轉+臂架整體滑移形式，整體噴射自由度較大，可適用臺階法隧道的初支支護作業。本文結合王家灣隧道實例，介紹混凝土濕噴機的特點及工作原理，闡述鐵建重工HPS3016系列雙臂混凝土噴射臺車結構與主要技術參數，分析混凝土濕噴機在臺階法施工中的應用和未來發展趨勢，可為同類工程積累經驗。

1" "混凝土濕噴機特點及工作原理

1.1" "主要特點

混凝土濕噴機具有噴射效率高、控制回彈好、作業安全、噴射質量好等特點，在國內各大鐵路、公路、水利項目均已達到廣泛應用，普及率極高。

現行業主流設備工作效率基本為20～30m³/h混凝土，基本可滿足現場施工初支效率。目前混凝土濕噴機行業主流產品，均已采用機械臂用于混凝土噴射，這不僅可以保護施工人員安全，也可有效控制混凝土回彈。

操作手可通過遙控器操作設備，作業人員遠離噴射面，人身安全得到可靠保障。速凝劑摻量可自動跟隨泵送方量調節，計量精度高，噴射混凝土質量好、抗壓強度高。

1.2" "結構與工作原理

混凝土噴射臺車是一種集行走、泵送、噴射功能于一體，主要由底盤、混凝土泵、噴射臂、空壓機、速凝劑泵、電控系統、液壓系統和其他輔助系統等組成[1]。混凝土噴射臺車工作原理如圖1所示。

底盤是混凝土噴射臺車工作單元的載體，由發動機提供行走動力，同時可以為泵送和噴射臂提供應急動力。混凝土泵送接受攪拌罐車中的混凝土，利用液壓系統動力，將混凝土沿輸送管路連續擠壓輸送至噴嘴處。

兩噴射臂均由液壓缸驅動，可以進行回轉、俯仰、伸縮等動作。噴射臂末端安裝有噴頭裝置，噴頭可進行水平240°和垂直360°回轉，可實現球面噴射。

空壓機由電動機驅動，用于為混凝土的噴射提供壓縮空氣動力。速凝劑泵通過旋轉的滾子間歇性擠壓軟管，實現速凝劑的抽取和泵送。速凝劑泵的轉速自動匹配泵送速度，進而保證速凝劑輸出流量與泵送方量保持恒定比例。

電控系統用于控制電機泵組、空壓機、速凝劑泵的啟停及速度的調節，同時用于控制噴射臂的動作，實現噴射作業。液壓系統用于將電能轉化為液壓能，驅動相應執行部件的動作;輔助系統則包括清洗系統、潤滑系統等。

泵送機構將混凝土沿輸送管路泵送至噴嘴處，壓縮空氣首先與速凝劑充分混合形成速凝劑氣霧，然后帶動混凝土高速噴射向受噴面。速凝劑具有縮短混凝土凝結時間的效果，混凝土可在5min內初凝，12min內終凝，快速形成具有一定強度的保護層[2]。

2" "HPS3016系列雙臂混凝土噴射臺車概述

鐵建重工HPS3016系列雙臂混凝土噴射臺車構造復雜，由噴頭裝配系統、后駕駛室，臂架、臂架回轉系統、壓縮空氣系統、底盤、液壓系統、添加劑系統、電控系統、水路系統等組成，具體結構如圖2所示。HPS3016雙臂混凝土噴射臺車是針對大、中隧道斷面的一種混凝土噴射裝備。鐵建重工HPS3016系列雙臂混凝土噴射臺車是針對大、中隧道斷面的一種混凝土噴射裝備，主要技術參數表1所示。

3" "工程概況

王家灣隧道位于陜西省延安市安塞縣王家灣鄉，隧道最大埋深約220m，進口里程DK266+945，出口里程DK274+233，全長7288m。為加快施工進度，解決施工及運營期間通風、排水及棄碴等問題，結合地形、地質條件，于DK269+500和DK271+500線路前進方向左側，設置無軌雙車道運輸斜井兩座。

1#斜井位于線路大里程方向的右側，1#斜井中線與線路左側中線大里程方向成90°夾角。1#斜井長度275m，最大坡度10%，最大埋深112m。2#斜井位于線路大里程方向的左側，2#斜井中線與線路左側中線大里程方向成83°夾角。2#斜井長度293m，最大坡度11.54%，最大埋深64m。斜井均位于黃土高原梁峁區，地形起伏較大，屬于沖溝發育，進出口均位于沖溝中，無道路，交通不便。

王家灣隧道為黃土隧道，工期緊、任務重，屬于全線控制性工程，并且存在多專業交叉施工的難點。Ⅲ、Ⅳ級圍巖地段采用三臺階法;Ⅴ、Ⅵ級圍巖地段采用三臺階臨時仰拱法、三臺階大拱腳臨時仰拱法，Ⅳ、Ⅴ級圍巖所占比重較大，施工安全控制難度較大。三臺階混凝土噴射臺車施工現場如圖3所示。

4" "施工工藝流程

該隧道采用鐵建重工HPS3016系列混凝土噴射臺車進行施工，施工方案如圖4所示。根據隧道的開挖斷面，進行臺階開挖設計，對整機進行施工模擬，以此判斷技術方案是否可行，設備是否可覆蓋整個工作斷面等。

施工的工藝流程如圖5所示。混凝土攪拌站通過電子計量設備計量，拌制好的混凝土使用混凝土罐車運至噴射面附近，供給工作面的噴射臺車，由操作手操作無線遙控器進行噴射作業[3]。

5" "混凝土噴射施工操作要點

駕駛噴射臺車進入待噴射作業面后，接通電源，檢查確定電源相序正確，工作電壓正常。啟動空壓機，采用高壓風吹受噴面，清除松動巖塊和虛渣。

混凝土罐車的卸料口對準噴射臺車的料斗后，開始放料。HPS3016雙臂噴射臺車共有兩個料斗，可根據每個噴射臂的噴射速度，左右調節放料速度[4]。操作人員采用遙控器控制噴射臺車，進行噴漿作業。噴射過程中由兩個操作手進行噴射作業，最大工作方量可達30m³/h。

采用自下向上的順序噴射，噴射邊墻的一次噴射厚度為80～150mm，噴射拱頂的一次噴射厚度為60～100mm。將噴嘴與受噴面之間的夾角控制在90°左右，噴嘴距離噴射面的距離控制在1.2～1.5m。噴射完畢后，對噴射臺車及混凝土攪拌車進行清洗。

6" "結語

混凝土濕噴機具有施工機械化程度高、工作效率高、回彈量少、作業環境好、噴射混凝土力學性能優越、經濟效益和社會效益顯著等諸多優點，在鐵路、高速隧道已得到了廣泛的應用。本文結合王家灣隧道實例，介紹混凝土濕噴機的特點及工作原理，闡述鐵建重工HPS3016系列雙臂混凝土噴射臺車結構與主要參數，分析混凝土濕噴機在臺階法施工中的應用和未來發展趨勢，

目前國內混凝土濕噴機發展迅速，不僅可滿足于全斷面的混凝土噴射施工，亦可適用于臺階法的施工應用。未來，混凝土濕噴機一方面將向高效率方向發展;另一方面，混凝土濕噴機將從機械化施工向智能化施工發展。目前混凝土濕噴機的最大生產率為30m³/h，未來最大生產率可能達到50m³/h。

參考文獻

[1] 牛云軍，馬登舉.混凝土濕噴機械手在長大隧道中的應用[J].科技創新導報，2020，17（1）：21-22.

[2] 王帥波.混凝土濕噴機噴嘴結構優化設計分析[J].工程機械與維修，2021（1）：28-29.

[3] 劉吉昌，劉朝陽，王清標，等.長大隧道混凝土濕噴機配套施工技術[J].建筑技術開發，2020，47（20）：112-113.

[4] 王航，毛文革，韓瑋.混凝土濕噴機的發展新趨勢[J].建設機械技術與管理，2020，33（4）：52-54.