濕噴臺(tái)車在隧道支護(hù)中的應(yīng)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(shè)計(jì)。整條隧道中，III級(jí)圍巖段總長3 196 m，IV級(jí)圍巖段總長1 754 m，V級(jí)圍巖段總長220 m。該隧道所處區(qū)域地形較為復(fù)雜，進(jìn)口和出口巖性均以強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r為主，穩(wěn)定性相對(duì)較差。

2 設(shè)備選型

燕子山隧道最初采用干噴工藝進(jìn)行初期支護(hù)，雖然這一工藝較為簡單，但會(huì)產(chǎn)生濃度較大的風(fēng)塵，且容易產(chǎn)生回彈，對(duì)隧道快速施工不利。針對(duì)這種情況，改用濕噴技術(shù)，引進(jìn)濕噴臺(tái)車，以優(yōu)化工作環(huán)境，保證混凝土噴射質(zhì)量，減少回彈，提高生產(chǎn)效率。該隧道所用濕噴臺(tái)車主要技術(shù)性能參數(shù)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(tǒng)：①容量為1 000 L；②最大輸送量為300 L/h。(3)噴漿機(jī)械手：①臂擺角/仰角為±27°/55°；②最大寬度為15 m。(4)噴轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)/俯仰為450°/105°。(6)空壓機(jī)：①形式為電動(dòng)螺桿式；②排量為13.5 m3/min；③壓力為0.8 MPa。

3 配比設(shè)計(jì)

對(duì)于濕噴時(shí)所用混凝土，其配比和混凝土成型后強(qiáng)度、初噴層實(shí)際厚度與回彈量等都有直接關(guān)系。在配比設(shè)計(jì)過程中，水灰比會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)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(shè)計(jì)要點(diǎn)放在和易性與速凝劑兩個(gè)方面，使回彈量不超過15%，坍落度保持在120～150 mm范圍內(nèi)，以保持良好黏聚性。以現(xiàn)場材料和設(shè)備實(shí)際情況為依據(jù)，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(chǔ)上按照5%的劑量摻加速凝劑，按照0.2%的劑量摻加穩(wěn)定劑。

4 作業(yè)要點(diǎn)

(1)對(duì)于濕噴用混凝土，其水泥以普硅水泥為主，砂為中粗砂，其細(xì)度模數(shù)要達(dá)到2.5以上，粒徑在0.075 mm以內(nèi)的顆粒含量不能超出20%，骨料粒徑不得超出15 mm，且應(yīng)有良好的連續(xù)級(jí)配，間斷級(jí)配骨料一般不允許施工。將混凝土按照設(shè)計(jì)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(nèi)。

(3)混凝土的噴射施工應(yīng)在分段的基礎(chǔ)上分塊和分部進(jìn)行，在分段時(shí)，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(jìn)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(dòng)與脫落。在噴嘴運(yùn)動(dòng)過程中，應(yīng)按照S形進(jìn)行緩慢的移動(dòng)，在噴射過程中，后半圈應(yīng)壓住前半圈，同時(shí)注意半徑不能太大，噴射的長度要根據(jù)實(shí)際速凝效果確定，通常在3～4 m范圍內(nèi)，嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行操作，確保噴射后混凝土表面達(dá)到平整。

(4)噴嘴和巖面之間的距離應(yīng)按照0.8～1.2 m的范圍嚴(yán)格控制，如果局部有較大的限制，可予以適當(dāng)調(diào)整；噴射時(shí)，需要將風(fēng)壓控制在0.3～0.5 MPa范圍內(nèi)，風(fēng)壓太大或者是太小都會(huì)對(duì)混凝土質(zhì)量造成影響，或引起回彈，當(dāng)風(fēng)壓過小時(shí)，會(huì)由于噴射力不足導(dǎo)致混凝土無法達(dá)到密實(shí)，而當(dāng)風(fēng)壓過大時(shí)，將由于噴射速度過快導(dǎo)致明顯回彈，造成混凝土浪費(fèi)。

(5)在噴射混凝土的過程中，噴嘴需要和巖面保持垂直，當(dāng)巖面上存在明顯的凹陷時(shí)，應(yīng)先將其找平。同時(shí)以實(shí)際情況為依據(jù)，對(duì)風(fēng)壓與水壓做適當(dāng)調(diào)。對(duì)邊墻進(jìn)行噴射的過程中，應(yīng)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(fā)生滾動(dòng)，導(dǎo)致噴射的表面變成波形，也會(huì)增加回彈，對(duì)噴射質(zhì)量造成影響。

(6)混凝土噴射要分層進(jìn)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(chǎn)生明顯的裂紋，進(jìn)而引起大面積脫落的現(xiàn)象，一般情況下分層厚度應(yīng)按照4～6 cm嚴(yán)格控制。兩層混凝土噴射之間的時(shí)間間隔應(yīng)控制在15～20 min范圍內(nèi)。完成第一次噴射施工后，厚度約5 cm，在其實(shí)際強(qiáng)度不低于5 MPa后，方可繼續(xù)噴射，直到設(shè)計(jì)要求的厚度。在第一次噴射過程中，要在確定好設(shè)計(jì)斷面后，先進(jìn)行測量組件的埋設(shè)，包括收斂測點(diǎn)和沉降測點(diǎn)。當(dāng)隧道的一次初期襯砌存在鋼拱架時(shí)，和圍巖之間存在的空隙要用混凝土將其填充密實(shí)，使混凝土覆蓋整個(gè)鋼骨架至少2 cm，以免鋼骨架發(fā)生銹蝕。

5 濕噴臺(tái)車優(yōu)點(diǎn)

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

(2)減小回彈率。采用遙控手柄對(duì)噴射臂進(jìn)行控制，能自由進(jìn)行噴嘴旋轉(zhuǎn)及大臂伸縮，在垂直與水平方向上都能進(jìn)行自由動(dòng)作，每項(xiàng)操作完成后都能快速反應(yīng)，施工中可長時(shí)間保持在最佳距離與角度狀態(tài)，對(duì)噴射質(zhì)量的保持與回彈率控制都有很大幫助。濕噴臺(tái)車可自供高壓風(fēng)，施工中長時(shí)間保證風(fēng)壓的穩(wěn)定性，并能結(jié)合實(shí)際情況將風(fēng)壓調(diào)整到最佳值，對(duì)邊墻進(jìn)行噴射時(shí)，風(fēng)壓通常為0.2～0.4 MPa，當(dāng)對(duì)拱部進(jìn)行噴射時(shí)，風(fēng)壓通常為0.3～0.5 MPa，風(fēng)壓過大或過小均會(huì)對(duì)混凝土質(zhì)量造成影響，引起回彈量明顯增加。濕噴臺(tái)車采用專門的系統(tǒng)對(duì)外加劑摻量進(jìn)行嚴(yán)格控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)速凝劑等在內(nèi)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(yè)人員熟練操作，進(jìn)一步減小回彈率。通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的廣泛采集，經(jīng)計(jì)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出的要求低。

(3)改善作業(yè)環(huán)境。采用遙控手柄對(duì)噴漿臂進(jìn)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(gè)受噴面。濕噴臺(tái)車的駕駛室滿足歐洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也能滿足防落石和防翻滾方面的要求，能提高現(xiàn)場作業(yè)人員安全。另外，施工現(xiàn)場基本沒有粉塵產(chǎn)生，能有效改善整個(gè)工作環(huán)境，避免對(duì)作業(yè)人員健康造成危害。

6 結(jié) 語

綜上所述，目前該隧道濕噴作業(yè)已順利完成，經(jīng)檢查，濕噴作業(yè)質(zhì)量合格，所用施工技術(shù)，尤其是濕噴臺(tái)車合理可行，值得類似隧道工程參考借鑒，為濕噴臺(tái)車的廣泛應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。