大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝施工技術(shù)

閆高文

（中交第二公路工程局有限公司隧道工程公司，陜西西安 710000）

0 引言

近年來(lái)，大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝，已經(jīng)成為混凝土施工的一種新型方法，在隧道施工過(guò)程中，得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)的應(yīng)用，不僅大大提高了混凝土施工的工作效率和施工質(zhì)量，同時(shí)改善了施工作業(yè)環(huán)境，施工成本降低。以銅懷高速金斗量隧道為例，給出大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝的相關(guān)特點(diǎn)和具體施工細(xì)節(jié)。以便在實(shí)際施工過(guò)程中，保證有效應(yīng)用該施工技術(shù)，確?；炷吝_(dá)到相關(guān)要求。

1 工程概況

工程涉及的金斗量隧道為分離式小凈距隧道，該標(biāo)段起訖里程DK691 km+361.53 m～DK716 km+850.00 m，全長(zhǎng)25.488 km，包括隧道2座、渡槽1座、框架涵1座，路基土石方21 975.95 m3，無(wú)砟道床50.921 km。右側(cè)有G209國(guó)道通過(guò)，部分山區(qū)有鄉(xiāng)間水泥路通過(guò)，僅局部地段交通較為便利，其余地方通行仍較困難。本隧道起止里程為DK694 km+053 m（YDK694 km+045 m）～DK716 km+804 m（YDK716 km+816 m），為 2條單線(xiàn)隧道，左線(xiàn)隧道全長(zhǎng)22 751 m，右線(xiàn)隧道全長(zhǎng)22 771 m，隧道內(nèi)除出口約2 km段為下坡外，其余為上坡。隧道最大埋深約510 m。隧道地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，屬控制性重點(diǎn)隧道工程。左洞全長(zhǎng)2358 m，右洞全長(zhǎng)2506 m，是全線(xiàn)控制性工程，隧道地質(zhì)情況復(fù)雜，巖溶、溶蝕現(xiàn)象集中分布，隧道通過(guò)時(shí)往往與地下發(fā)育、分布的各類(lèi)規(guī)模巖溶、洞穴、溶蝕現(xiàn)象不期而遇，存在較大突水突泥的可能性。隧道右側(cè)有G209國(guó)道通過(guò)，進(jìn)出口距G209較近，交通較方便。左線(xiàn)隧道進(jìn)出口里程為DK691 km+361.6 m、DK694 km+029 m，長(zhǎng)度為2667.4 m；右線(xiàn)隧道以燕尾段小間距YDK693 km-530.1 m為起點(diǎn)，出口里程YDK693 km+994 m，長(zhǎng)度463.9 m。隧道所處地區(qū)內(nèi)屬溫暖帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候，氣候溫和，四季分明，氣候具有南北過(guò)度的特點(diǎn)，屬于地溫涼濕潤(rùn)區(qū)，地勢(shì)較高，氣候溫涼。多年平均氣溫12.6℃左右，最高氣溫 ℃，最低氣溫-19.1℃，歷年平均降水量647.8 mm，年最大降水量1011.7 mm，由于受地形和氣候帶的影響，降水量季節(jié)性變化明顯，降水主要集中在7～9月。

2 工藝操作要點(diǎn)分析

噴射混凝土機(jī)械手在進(jìn)行作業(yè)的過(guò)程中，混凝土的配比、速凝劑的選用、噴射距離、作業(yè)風(fēng)壓以及操作人員技術(shù)水平等，都將影響混凝土噴射質(zhì)量以及回彈率。所以采用大型噴射混凝土機(jī)械手對(duì)以上相關(guān)要求較高，混凝土配比必須通過(guò)試驗(yàn)確定并滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和濕噴工藝的要求，速凝劑的選用必須與混凝土的性能相對(duì)應(yīng)，操作人員必須經(jīng)過(guò)相應(yīng)的培訓(xùn)方可進(jìn)行作業(yè)，施工設(shè)備在施工前，必須對(duì)所有的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試，確保設(shè)備可以達(dá)到實(shí)際的使用要求。在施工過(guò)程中，所有施工人員必須按規(guī)定的工藝細(xì)則進(jìn)行操作，保證所有的施工都規(guī)范進(jìn)行，為該項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)展提供良好的基礎(chǔ)[1]。

3 使用大型噴射混凝土機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)

隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)施工成本和作業(yè)環(huán)境的要求也越來(lái)越高。在傳統(tǒng)的噴射混凝土施工過(guò)程中，噴射混凝土回彈量大、空氣粉塵含量高、作業(yè)人員多、安全風(fēng)險(xiǎn)大。采用大型噴射混凝土機(jī)械手進(jìn)行施工，能有效降低施工過(guò)程中的粉塵含量，改善施工作業(yè)環(huán)境，大大提高工作效率，降低施工成本，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用大型噴射混凝土機(jī)械手，使得長(zhǎng)大隧道施工邁進(jìn)了一個(gè)新時(shí)代[2]。

4 HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)前期市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查和研究，確定應(yīng)用HPS3016S混凝土噴射臺(tái)車(chē)用于混凝土噴射施工。該設(shè)備具有生產(chǎn)率高、噴射砼密實(shí)、性能穩(wěn)定、方便快捷、操作簡(jiǎn)單、噴射無(wú)死角、節(jié)能減排并改善勞動(dòng)條件、降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)。

HPS3016S濕噴機(jī)械手設(shè)備技術(shù)參數(shù)：整機(jī)重量19.5 t；外形尺寸11234 mm×2500 mm×3198 mm；作業(yè)范圍（寬×高）31 400 mm×17 500 mm；作業(yè)深度在停放平面以下7.6 m；作業(yè)距離≤15.3 m；最大理論方量30 m3/h；爬坡能力≤34%；控制方式為機(jī)控+無(wú)線(xiàn)遙控，最大遙控距離100 m。

HPS3016S濕噴機(jī)械手是集行走、泵送和噴射于一體，通過(guò)噴射機(jī)泵將稠密流料泵送至噴頭處與電腦全自動(dòng)配比摻量控制的液體速凝劑混合，再用高壓空氣進(jìn)行混凝土噴射的設(shè)備，可在狹長(zhǎng)的隧道中靈活操作，添加劑的流量采用手動(dòng)調(diào)速與變頻調(diào)速相結(jié)合，使添加劑流量控制范圍更寬，實(shí)時(shí)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)[3]。

5 HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)噴射混凝土施工

（1）施工工藝。圖1為HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)噴射混凝土施工流程。施工過(guò)程中，為了保證最佳的混凝土噴射質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格按施工流程進(jìn)行施工。

圖1 HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)噴射混凝土施工流程

（2）濕噴配合比的選定。以往在對(duì)噴射混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，人們更注重混凝土的保水性、流動(dòng)性、黏聚性，忽略了混凝土配比是否可以適應(yīng)濕噴機(jī)。對(duì)比國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)于濕噴機(jī)的研究水平以及應(yīng)用水平都不及國(guó)外，但是國(guó)內(nèi)的濕噴機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家積極學(xué)習(xí)國(guó)外的濕噴機(jī)生產(chǎn)工藝，同時(shí)融入自己的設(shè)計(jì)思路。不管哪一種濕噴機(jī)，其噴射能力都不盡相同，在對(duì)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅要充分考慮混凝土的性能，還需要考慮濕噴機(jī)的性能[4]。

在正式施工之前，必須通過(guò)試驗(yàn)室試驗(yàn)確定最佳的混凝土配合比，試驗(yàn)開(kāi)始之前，先配制經(jīng)濟(jì)性較好，性能更穩(wěn)定的基礎(chǔ)配合比，然后進(jìn)行試噴試驗(yàn)，邊進(jìn)行試驗(yàn)邊對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整，最終得出既可以滿(mǎn)足混凝土性能要求；又可以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)濕噴機(jī)機(jī)械性能要求的配合比。

控制坍落度處于（160～200）mm，有效解決了堵管、表面平整度不佳以及回彈量較大的問(wèn)題。具體的原材料配比用量見(jiàn)表1。

表1 原材料配比用量kg

（3）HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)噴射混凝土施工。噴射混凝土施工按照分段、分片，自下而上、先墻后拱順序進(jìn)行，分層噴射，邊墻每層厚度按照（6～8）cm 控制，拱部厚度按照（4～6）cm 控制，后一層在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，直至復(fù)噴到設(shè)計(jì)厚度?？刂苹炷了倌齽┑奶砑恿俊?%?？刂苹炷恋奶涠忍幱冢?6～20）cm。嚴(yán)格控制細(xì)集料含量，控制風(fēng)壓為0.6 MPa左右。

（4）減少回彈的方法與措施。①提高噴射手的操作技能。只有正確操作機(jī)械，使理機(jī)械可以發(fā)揮足夠的優(yōu)勢(shì)，才能有效保證回彈量。必須對(duì)操作人員進(jìn)行適宜的培訓(xùn)，選擇更為專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)進(jìn)行操作，技術(shù)人員必須充分掌握HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)操作性能，給降低回彈量打好基礎(chǔ)。②正確的噴射方式。減少回彈另外一個(gè)關(guān)鍵步驟就是調(diào)整噴頭，使噴頭形成螺旋狀，后一圈大約壓前一圈1/3進(jìn)行噴射。③試驗(yàn)指導(dǎo)施工。正式施工開(kāi)始前，必須對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和施工環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查，確定最佳的配合比以及速凝劑的摻量，控制風(fēng)壓處于最佳狀態(tài)，提高噴射效率。④選用與混凝土相匹配的速凝劑，該隧道在濕噴臺(tái)車(chē)使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)采購(gòu)液體速凝劑普遍存在質(zhì)保期短易結(jié)晶失效問(wèn)題，容易造成噴射混凝土回彈量大，噴漿效果不理想。項(xiàng)目通過(guò)認(rèn)真總結(jié)，并組織速凝劑廠(chǎng)家對(duì)項(xiàng)目濕噴砼特點(diǎn)進(jìn)行分析論證后，確定了現(xiàn)場(chǎng)加工液體速凝劑方案，可根據(jù)砼需求變化靈活調(diào)整液體速凝劑生產(chǎn)，即產(chǎn)即用，有效避免速凝劑存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)結(jié)晶情況，噴射砼回彈損耗明顯降低，砼質(zhì)量也得到了保證[5]。

（5）HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)噴射混凝土工效分析。通過(guò)濕噴臺(tái)車(chē)施工，隧道單洞噴漿作業(yè)僅需2人（1名操作手，1名普工），較傳統(tǒng)施工（8～10）人節(jié)省人員（6～8）人，由此可大大降低拱頂落石直接打擊造成人員傷亡等安全風(fēng)險(xiǎn)，安全性能大大提高，使用濕噴設(shè)備較傳統(tǒng)工藝效果及綜合延米成本對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 工藝效果及綜合延米成本對(duì)比

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際工程驗(yàn)證，HPS3016S濕噴臺(tái)車(chē)不僅可保證初凝混凝土的質(zhì)量，而且可以保證混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、表面平整度以及混凝土密實(shí)性。大型噴射混凝土機(jī)械手的應(yīng)用，可降低人力投入，混凝土回彈量更加合理，有效節(jié)省施工材料。濕噴工藝對(duì)液體速凝劑質(zhì)量要求較高，必須保證液體速凝劑質(zhì)量，建議采用自加工液體速凝劑，根據(jù)水泥情況動(dòng)態(tài)調(diào)整速凝劑參數(shù)。濕噴機(jī)械手適合上臺(tái)階或全斷面施工，不適合下導(dǎo)施工。臺(tái)階法施工時(shí)，下臺(tái)階施工受到工作面限制及二襯安全步距等因素影響，操作空間不足。