淺談混凝土濕噴機械手 在昆楚高速大坪地隧道中的應用

劉佳

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

隧道的施工難度隨著長度、斷面等方面的增加而持續增加，對于施工工藝的要求也全面提升。經過近幾年的快速發展，目前混凝土濕噴機械手在施工安全、效率、進度以及環保等方面都取得了長足的進展，得到了廣泛的應用。但是，仍然存在一些不容忽視的問題。基于此，加強混凝土濕噴機械手應用方面的研究，便成為一個必須面對的重要課題。

1 工程概況

大坪地隧道進口位于祿豐縣金山鎮外柏木箐村北約900m附近，出口位于祿豐縣城北偏東約5.2km附近。大坪地隧道為一座分離式隧道，該隧道左幅全長3625m，最大埋深約為247.80m；右幅全長3600m，最大埋深約為242.48m。隧道所在區域地貌較為特殊，呈現構造剝蝕低中山地貌。隧道的進口、出口處沒有可供通行的道路，施工車輛運輸較為困難；隧道施工處的山體上植物茂盛，以喬木林居多。

2 工程原理

在隧道施工的過程中，濕噴機械手是至關重要的裝備之一，其主要作用是進行濕噴混凝土支護。濕噴機械手工程原理為利用高壓空氣流體這一動力，使液體速凝劑與已經預拌制的混凝土實現混合，與此同時液體速凝劑進行全自動配比、摻量，通過高速噴射，將混凝土附著于受噴面，進而通過在噴射時骨料和水泥等的連續撞擊構成混凝土層。

3 工藝流程

在昆楚高速大坪地隧道的建設過程中，混凝土濕噴機械手的工藝流程如圖1所示。

圖1 濕噴混凝土工藝流程圖

同時，另一個作業面依次開展原材料進場檢查、混凝土配合比選定等工序，為機械手作業提前準備好混凝土等施工材料。

4 質量要點

在昆楚高速大坪地隧道建設的過程中，從平整度、密實度等4個方面加強了混凝土的質量控制，有效確保了施工的順利推進。

4.1 平整度

平整度是混凝土噴射效果最為直觀的反映，也是控制混凝土噴射效果的首要標準。良好的平整度是隧道建設過程中后續順利開展防排水鋪設等作業的前提保障，有利于施工進程的按時完成，有效保障襯砌施工的水平和質量。

4.2 密實度

這一指標和混凝土噴射的強度質量直接相關。一般情況下，較強密實度有利于避免混凝土在質量方面的缺陷，比如，強度不足、初支滲水等。

4.3 強度

強度是衡量噴射混凝土質量最為核心的指標之一。噴射的強度和多個方面緊密相關，包括混凝土原材料、配合比等。

4.4 厚度

在噴射混凝土的過程中，厚度是衡量質量非常重要的一個量化指標。首先，確保符合設計規范中關于厚度方面的要求，才能夠為初支結構強度創造必要的前提條件。

5 濕噴機型號及人員配備

結合昆楚高速大坪地隧道的施工條件等實際情況，選用鐵建重工HPS3016S這一機型，尺寸11234mm×2500mm×3198mm、電機功率55kW、柴油機功率75kW、理論輸送量30m3/h。配3名人員，分別為噴射手、助手兼前臺指揮。

6 C25濕噴混凝土配合比

6.1 原料選用

根據昆楚高速大坪地隧道的施工條件等實際情況，在噴射混凝土的原材料選用方面，選取水泥、細骨料、水、速凝劑、粉煤灰、粗骨料、減水劑。

6.2 噴射混凝土的配合比選定

首先，優化確定理論上噴射混凝土的配合比，然后到施工現場實施，通過對混凝土回彈率、強度以及機械手的適應性等一系列指標的論證，進行局部的微調，進而最后確定更為理想的配合比數據。

（1）噴射混凝土配合比設計要求。具體來看，主要包括以下3個方面。

①密實度、強度及混凝土和受噴面之間的黏結力符合有關設計要求與作業標準。

②噴射達到預期厚度，同時保證回彈損失控制在較小范圍。

③和機器達到良好的適應性，實現對堵管、噴射面塌落等有效控制。

（2）配合比設計。

①膠骨比。按照各型材料配比、用量不同給單位體積混凝土性能造成的影響，科學選定膠骨比，以利于順利施工。

②砂率。根據不同砂率對噴射混凝土性能的影響，科學選定砂率，確保混凝土機械手操作順利。

③水灰比。根據不同水灰比對混凝土性能的影響，選定水灰比，利于科學施工。

④速凝劑摻量。在混凝土噴射的過程中，必須對速凝劑摻量指標進行嚴格掌控，按照施工結構對于混凝土強度的標準要求，同時采取試驗、現場驗證等方式，超力液態低堿型速凝劑摻量≤水泥摻量6%。通過對上述因素的全面考量，并根據施工試驗噴射情況，確定如下混凝土配合比。詳見表1。

表1 施工配合比

7 施工工藝及質量控制

（1）拌合與運輸。按照濕噴混凝土預定的配合比，利用全自動攪拌機攪拌2min，然后，機械手開始自動加入速凝劑，利用罐車進行混凝土的運輸，與此同時，注意掌控與濕噴混凝土速度實現科學匹配，以避免發生較大的坍落度損失問題。

（2）巖面整潔度。首先，使用高壓風將受噴巖面上可能存在的巖屑、浮塵等徹底清理干凈，以確保混凝土、巖面黏結力的構成。與此同時，有關可能出現的巖面滲水問題，如果一般滲水巖面，則通過濕噴方式把滲水處進行封堵；如果出現小股水或者裂隙滲漏水，則先通過導管進行引排，然后實施混凝土的噴射作業；如果出現大股涌水的問題，則通過徑向小導管實施注漿作業，先將涌水處堵塞，然后實施混凝土的噴射作業。

（3）噴射順序及噴層厚度。在噴射的過程中，要堅持“先墻后拱”這一順序來實施，混凝土進行初噴之前，應該首先于拱腳和拱頂的兩側埋設好用于控制噴射厚度的鋼筋頭，初噴的時候首先要把低洼的地方噴平，具體的初噴厚度為40mm。復噴過程中，應該堅持自下而上的順序，分段、分片、分層地進行噴射施工，與此同時，注意掌控好噴射標準，分段長度≤6m，分層厚度拱部5～8cm，邊墻7～10cm。噴射作業第一步是鋼架、壁面之間，完成后進行兩鋼架間的噴射作業。堅持臺階法，推進斷面開挖作業，當出現上下導坑同一個時間點均需要噴射作業的情況時，要先噴射下導鋼架，完工后再開展上臺階鋼架噴射作業。

（4）角度及距離。混凝土噴射施工時，應該保持噴頭、受噴面呈垂直狀，并注意現場調整，有效確保噴嘴、受噴面間距離在0.6～1.0m時回彈量最小，拱部回彈率15%，邊墻10%；當出現鋼筋網等覆蓋受噴面的情況時，應該注意科學調整噴嘴噴射角度和受噴面間的距離，有效保障鋼筋網后部混凝土噴填的密實度；遇到邊墻、仰拱噴射的情況，首先要確保上半斷面拱腳噴射之前實現回彈物的全面清理，杜絕由于清理不干凈導致回彈物進入下部噴層形成“蜂窩”，直接導致支護能力降低的情況發生。

（5）混凝土坍落度要求。混凝土坍落度掌控于（180±20)mm。如果坍落度過小的話，由于阻力太大將導致混凝土沒有辦法順利地噴出來，出現噴嘴處的塑料噴頭被沖掉或者堵管的問題，最終濕噴不得不終止，直接使工效受到影響；如果坍落度過大的話，將導致濕噴的質量受到影響。

（6）噴射混凝土作業。在噴射混凝土剛開始的時候，回彈的量最大，隨后當噴射的厚度在2～3cm時，回彈最小化且實現穩定。倘若出現掉塊、滑落情形，一次噴厚最大時，這個時候就不應該繼續進行噴射，必須待混凝土初步凝結之后才可以進行復噴作業。等終凝1h之后繼續實施噴射的時候，應該首先以清水對噴層表面開展清洗。混凝土噴射施工完工前，應該全面檢查平整度、噴射厚度等一系列指標，若出現密實度不足、拱架外漏等相關的問題，要進行及時的處置。

（7）堵管處理。在昆楚高速大坪地隧道的施工現場，濕噴堵管的現象很少出現。如果發生堵管，應先將機械手關閉，然后將振動裝置、計量泵以及風閥等關閉，隨后使用清水把機械手及輸送管路里的混凝土全部清除掉，最后注水進行噴射洗管，在確認管路已經暢通后，再一次開始噴射施工作業。

（8）超噴處理。一旦出現超噴的現象，需要利用人工使用鐵鍬等作業工具，鏟除掉超噴處，同時進行補噴以確保平順，堅決避免由于混凝土的噴射厚度過厚導致初支侵限的問題出現。

（9）混凝土養護。非正常收縮裂縫是噴射混凝土作業中常見的問題，確保水泥充分水化是解決這一難題的關鍵方法。因此，應于混凝土終凝后，及時開展灑水養護，時間≥14d。如遇氣溫＜5℃或者由于圍巖無法進行灑水養護等特殊情況，要通過噴霧的方式進行養護作業。

8 當前濕噴機械手在施工中存在的問題和建議

近年來，伴隨著混凝土濕噴技術的快速發展，我國生產制造混凝土濕噴機械手的企業持續增多。目前，已經很少見到國外的廠商和品牌，包括三一重工等很多企業已經開始進軍國外市場。然而，必須看到的是，在施工工法方面并未伴隨設備提升而進一步優化。另外，在速凝劑的制造方面，伴隨市場快速的擴張，反而產生質量參差不齊的問題。而速凝劑的質量與施工過程中的噴漿質量直接相關。濕噴機械手總體的結構較為復雜，其對操作手的綜合素質要求相對較高。目前，操作手技術能力與水準出現與設備進展不適應的現象。當出現問題進行維修的過程中，也需專業技術人員進行專門的維修。混凝土濕噴機械手在使用過程中，其維護、保養成本高也是一個亟待解決的問題。

基于以上問題，建議著眼成本降低、質量提升的考量，我國的混凝土濕噴機械手生產制造企業應該積極由設備的制造廠商向提升工藝工法這一未來的發展趨勢進行主動轉換，努力研究更加適應形勢要求、施工實際的新工法，更為有效地投入到施工過程中。應該與速凝劑生產企業加強配合與研究工作，以全面提升速凝劑的生產水平與質量。另外，就目前來說，采取必要措施，降低混凝土濕噴機械手的使用、維保成本，也必須引起高度重視。

9 結語

通過以上分析，本文以濕噴機械手在昆楚高速大坪地隧道的實踐應用為例，對于施工過程中噴射混凝土在施工工藝、配合比設計和質量控制等一系列方面開展了較為深入的分析。整體來看，隧道施工中濕噴機械手具有很強可行性，而且前景特別廣闊，可以為隧道工程實現機械化施工創造良好的條件。最后，本文還深入分析了當前濕噴機械手在施工過程中存在的問題，并提出了有針對性的對策措施，相信能夠為同行帶來一些有益的借鑒。