新型混凝土噴射機械手在隧道工程中的應用

摘要：在對某新型混凝土噴射機械手結構與工作原理進行介紹基礎上，對其在隧道工程中施工要點進行闡述，希望能夠進一步普及此類噴射機械手，為隧道工程的建設提供相應支持。

關鍵詞：新型;混凝土;噴射機械手;隧道工程

1" "新型混凝土噴射機械手概述

新型混凝土噴射機械手可以在噴射機噴嘴處，將混凝土料與各種添加劑進行混合，并通過壓縮空氣進行高速噴射，以此來完成混凝土支護層的構筑。

某新型混凝土噴射機械手主要由噴頭、支腿、噴射臂（大、中、小）、回轉機構、電控柜、行駛系統、電纜盤、風扇、液壓油箱、高壓清洗機、液態添加劑量泵送裝置等組成。

其噴頭左右擺動角度以及回轉角度能夠達到240°和360°，可以進行360°的連續刷動，在240°的球面上不會出現噴射盲區，確保了作業的靈活性與全面性。支腿主要包含4個斜撐式的液壓支腿，能夠對進料及作業過程中的動負荷進行有效承受，確保底盤的穩定性。

新型噴射機械手的噴射臂包括大臂、中臂和小臂等，其中大臂和小臂當中均設有相應的伸縮臂，通過全液壓控制，能夠實現相關噴射動作，機組在就位以后就能對所在區域進行最大范圍的無死角噴射。與此同時，機組當中的自動平衡系統能夠使大臂和小臂在俯仰時，確保其平衡。此外，小臂本身也可進行俯仰操作，這樣在對一個工作面進行噴射時，也可實現噴射距離及角度的有效控制，并確保噴射作業的質量。

電控柜設有完善的遠程控制系統和本機操作系統，能夠實現低電壓、過電壓保護以及應急停機保護。通過計算機進行人際交互，能夠對作業數據進行有效的記錄和儲存。通過PLC控制，讓電氣系統的安全性和可靠性得到顯著提升。

行駛系統涉及到底盤、發動機以及液壓驅動等，其中發動機用于對主液壓系統進行驅動，為底盤行駛提供驅動力，并為噴射臂提供輔助的液壓動力。行駛系統以四輪驅動為主，其轉向方式靈活多變，能夠對各種施工條件加以適應。

使用液壓馬達來滿足電纜收卷操作的需求，可容電纜線的長度為50～100m。液壓油箱具有較大容量，附帶強勁的散熱系統，加上90℃的液壓溫度保護裝置，能夠使泵送操作更加安全可靠。高壓清洗機及液態添加劑量泵送裝置通過應用PLC系統、變頻調速技術，能夠對變頻器輸出以及添加劑比率進行自動調整。

2" "新型混凝土噴射機械手的優勢

第一，具有較高的工作效率。相比于普通濕噴機，新型的噴射機械手具有更高的工作效率，其在噴射速度方面能夠達到28m³/h，是普通濕噴機工作效率的3～5倍。新型噴射機械手在工作之前不需要太長時間準備，能夠將作業循環時間有效縮短。最重要的是這種噴射機械手施工期間對于勞動力的消耗更少，可以進一步提高勞動力的利用率[1]。

第二，作業范圍廣。新型噴射機械手能夠利用液壓缸對大、小臂的伸縮進行控制，其行程可達2m，能夠將噴射作業寬度擴大至28m，高度擴大至16m，不需要對機組進行移動即可做到無死角噴射，有效提高了施工作業的便捷性。

第三，噴射精度高。新型噴射機械手能夠實現噴嘴及噴面間距的精確控制，其良好的控制性能夠有效減小噴射回彈量，相比于普通濕噴機，其回彈率能夠降低15%以上，所以能夠有效減少混凝土的消耗。

第四，安全環保。與普通濕噴機不同，新型噴射機械手在具體施工中，能夠停留在初期支護范圍內，施工人員可在施工范圍以外操作，作業的安全性得到了有效保證。這種噴射機械手設有獨立的供風系統，具有更為穩定的風壓，再加上先進的噴漿工藝，能夠實現速凝劑的精確添加，不僅能夠降低速凝劑的揮發，還能減少施工中的煙塵和噪聲，在改善工人施工環境的同時，也降低了對自然環境的影響。

3" "隧道施工流程及控制要點

3.1" "混凝土攪拌

濕噴混凝土攪拌需要使用專用的攪拌機來完成，對于施工配料，需要根據工程的實際需求來進行混合比的設計。在混凝土攪拌期間，至少要將攪拌時間控制在2min以上。與此同時，要在控制終端設置速凝劑參量，然后由機械手自動完成速凝劑的添加工作。

速凝劑的使用劑量一定要合理。通常情況下，隧道施工中噴射的混凝土要保證在3min左右初凝，10min左右終凝，且8h以后抗壓強度要在5MPa以上。滿足這種要求，就需要對水泥及速凝劑進行合理選擇。通常速凝劑用量應該為水泥的2%～4%，如果對凝固速度要求較高，也可將其設置為7%。應用速凝劑會對混凝土后期強度造成一定影響，所以具體用量的選擇必須謹慎。

3.2" "混凝土運輸

混凝土運輸需要使用專業車輛完成，且要堅持隨運隨拌的原則。在進行混凝土噴射期間，需要使用多臺運輸車進行交替運料，以此來保證混凝土噴射的連續性。在運輸期間要做好質量控制工作，避免混凝土出現坍落度變化、初凝、水泥漿流失以及離析等情況。

3.3" " 混凝土噴射施工

3.3.1" "準備工作

進行機組就位，完成電纜線連接工作，啟動機械手，然后進行混凝土的加注。

3.3.2" "分層、分片、分段噴射施工

相關噴射作業應該分層、分片、分段實施，按照從下往上的順序進行噴射。噴射時需要對噴射區域進行大致的處理，如將低洼部分大致噴平，然后再按照規定的噴射順序進行往復操作。

在落實分段施工過程中，對于上次噴射的混凝土需要做好斜面預留工作，預留寬度應控制在200～300mm。且需要使用壓力水對斜面進行沖洗，待其表面濕潤以后才能對混凝土進行噴射。

分片噴射時，首先要對壁面和鋼架之間的區域進行噴射，然后再對兩個鋼架之間的區域進行噴射。對于邊墻部分的施工，應該先從墻角開始逐漸向上噴射，從而避免回彈混凝土裹入最后的噴層當中。在落實分層噴射時，應確定前一層混凝土已經終凝才能進行后一層的噴射施工。如果在終凝1h以后才開始噴射，則需要先做好噴層表面的清潔工作。

每次噴射的混凝土厚度要進行嚴格的控制，不能太薄，否則會出現回彈率增加的情況，每次噴射的混凝土厚度也不能太厚，否則會對混凝土凝聚力以及粘接力造成不利影響。對于邊墻部分，每次噴射厚度要保證在7～10cm，而拱部區域厚度則應保持在5～6cm。在進行頂部噴射時，為了防止出現墜落的情況，需要將兩次噴射的間隔控制在2～4h。

3.3.3" "噴射速度控制

如果在施工中的噴射速度過大，會增加回彈率，造成混凝土浪費。如果噴射速度太小，則會影響混凝土的壓實效果，進而影響混凝土的支護強度。所以，在正式施工以后，需要對回彈率進行密切觀察，結合回彈率對噴射速度進行合理控制。通常可以按照以下標準進行控制：噴拱的速度為10～15m³/h，網噴的速度為15～20m³/h。

3.3.4" "噴射角度與間距控制

在噴射過程中，噴嘴應該與工作面保持相應的距離，且噴射角度應該盡量保持垂直，在盡可能減少回彈的基礎上，提高壓實質量。一般噴嘴和工作面的間距以1.5～2.0m為宜。對于噴嘴的移動，應該以緩慢、連續的橫向環形移動為主，盡量做到一圈壓半圈。

一般噴射的環形高度為15～20cm，橫向寬度為40～60cm。如果工作面被鋼筋網或鋼架覆蓋，可以適當調整噴嘴的角度。但需要注意的是，噴嘴與工作面的夾角不能小于70°，否則夾角太小，會造成工作面上混凝土物料滾動，影響工作面的平整度，對支護質量造成影響，同時也會增加回彈率。

4" "操作注意事項

臂架必須要在設備徹底穩定以后才能夠展開。在操作期間，工作人員應避免在支腿附近逗留。在展開布料臂架前需要先進行鳴笛示警，且操作人員需要對臂架展開過程保持密切關注，或在相關人員指揮下完成各項動作。在設備啟動以前，必須要對風管連接情況以及電源電壓進行檢查。在布料過程中，應該嚴格按照相關規定對混凝土的質量進行檢查，確保混凝土質量能夠滿足工程要求以后，才能進行正式噴射。

在每次泵送以前，需要先使用水泥漿對管路進行潤滑。如果在施工期間出現堵管的情況，應該立即進行混凝土的反抽，將其抽回料斗當中攪動，使其重新混合。在噴射作業完成以后，要做好噴射機的清洗工作，避免混凝土殘留在料斗或管路當中造成堵管。

5" "結語

本文在對新型混凝土噴射機械手結構與工作原理進行介紹基礎上，對其在隧道工程中施工流程和要點進行闡述。在隧道工程中合理應用混凝土噴射機械手，不僅能夠提高工程的施工質量，確保施工操作的安全性與高效性，還能使工程的生態效益得到有效保證。

參考文獻

[1] 劉生華.新型混凝土噴射機械手在隧道工程中的應用[J].建設機械技術與管理，2018， 24（2）：86-89.