长大隧道湿喷机械手初支施工技术

王 智 峰

(中铁三局集团有限公司运输工程分公司，山西 晋中 030600)

近年来，湿喷技术取代了原有的干喷技术，成为公路、铁路、水利隧道施工的主要喷射技术。在中国现有的湿喷设备大多结构简单，功能单一，生产效率低。施工过程中需要手动手持喷枪进行注射，工人劳动强度大，集尘和喷雾所产生的粉尘对工人的健康危害极大，且混凝土的喷射质量主要依赖于工人的技术水平，随意性大，混凝土的回弹率高达30%～40%，造成比较大的浪费。

崖头隧道位于山西省临汾市永和县芝河镇境内，全长3 885 m，隧道围岩以Ⅳ级,Ⅴ级为主,本项目部主要承担隧道进口及斜井的施工任务，设计喷射混凝土29 600 m3，大型喷浆混凝土机械手的结构，大大提高了喷射混凝土的质量，提高了工作效率和减少了回弹量，取得了较好的效果，经总结施工经验形成该工法。

1 长大隧道湿喷机械手初支施工工法的概况

长大隧道湿喷机械手初支施工工法的特点：施工速度快，喷浆量可以达到10 m3/h～25 m3/h；喷射混凝土具有良好的粘结性、密实性、高技术性、可控性，比传统干喷混凝土高20%的强度，喷射混凝土表面平顺性较干喷好；机械化程度高，操作人员少，操作人员劳动强度低；作业范围大，最大喷射宽度可达26 m，最大喷射高度可达16 m；喷射回弹率低，回弹率可控制在15%以内；作业环境较好，也较安全。

2 施工工艺操作要点

2.1 机械手湿喷C25混凝土推荐配合比

1)配合比设计技术规程。

根据《铁路混凝土工程施工质量验收标准》，喷射混凝土的水胶比不大于0.50，胶凝料用量不少于400 kg/m3，粗骨料最大粒径不大于16 mm，而细集料的细度模数应大于2.5。

2)原材料的选择。

水泥：P.O42.5普通波特兰水泥；细骨料：天然砂，细度模数为2.9，石粉含量2.4%，粘粒含量0.1%；粗骨料：5 mm～10 mm连续级配碎石，含泥量、泥块含量0.7%,0.1%；促进剂：ZB-6型液体速凝剂，凝胶材料用量减少4%；代理：rawy101型聚羧酸系高性能减水剂掺量为0.5%的凝胶材料；水：饮用水。

3)基准配合比计算。

配制强度：fcu，o=25+1.645×5.0=33.2 MPa。

水胶比：w/c=0.45。

用水量:W=207 L(根据前期坍落度调试后取值)。

胶凝材料用量：C=207/0.45=460 kg/m3。

速凝剂用量：460×4%=18.4 kg/m3。

减水剂用量：460×0.5%=2.3 kg/m3。

砂率选用:SP=50%(根据前期混凝土和易性调试后取值)。

混凝土容重：ρ取2 400 kg/m3。

细集料用量：S=(2 400-207-460-18.4-2.3)×50%=856 kg/m3。

粗集料用量：G=2 400-207-460-18.4-2.3-856=856 kg/m3。

4)试拌调整，确定理论配合比。

在计算配合比的基础上进行试拌，试拌后进行喷射实验，经过多次调整，确定基准配合比见表1。

表1 喷射混凝土基准配合比

根据配合比，混凝土的坍落度为170 mm，混凝土的粘聚性好，混凝土混合料的性能满足施工要求。通过试配确定配合比是由三个不同水胶比的28 d试验验证。配合比满足设计和施工要求，经济合理，确定为理论配合比。

2.2 大型喷射混凝土机械手湿喷工艺操作要点

湿喷作业的机械手、最大骨料粒径、混凝土工作性能、风压、岩石表面洁净度、促进剂用量、喷射厚度、操作者经验水平、喷射距离、角度、喷射顺序、喷头移动都对喷射混凝土的质量、回弹有很大的影响。

1)喷射顺序。

喷射应先墙后拱，从底部到顶部，S曲线移动喷射。隧道从侧壁的底部开始喷射，然后喷射到拱顶的中心线，完成一环混凝土的喷射。

2)喷射角度。

喷射时，喷头应保持垂直于喷射面。喷射角太小会增加混凝土回弹率，降低喷射密度；喷流垂直于岩石表面，连续混凝土的“稀薄流”对嵌入回弹有二次作用，可以降低回弹率，增加喷流厚度。

3)喷射距离。

由于湿喷的风压要求大，如果喷头表面距离喷射面过近，风将只是“附着”喷撒在混凝土上，对混凝土产生回弹。喷头与岩面之间的适当距离是0.8 m～1.2 m。

4)喷射混凝土。

喷射混凝土在刚开始喷射时回弹最大，当岩石表面喷涂厚度达到2 cm～3 cm后回弹最小且稳定，当喷射到附着在岩石表面的混凝土滑落、流动，喷射厚度达到最大值，此时不能继续喷射，具体需等到其凝结后方可以喷。

喷射时首先调整喷头在边墙底部的喷射位置，使用机械臂自动调整臂的功能，让其与地面平行，并平行于隧道壁，调整喷头的距离，上述操作都完成后，可以开始喷射。开始喷射后，途中不可调整距离和机械手臂的角度，只需要使用自动伸缩功能控制喷头自动伸缩，这时从一端缓慢到另一端需来回跑2次～3次，可完成一次喷射；然后伸展手臂30 cm左右(在拱部根据隧道大小进行适当的翻转)，手臂的垂直，水平移动，保持喷头和岩石的角度与距离，根据上述的流程，完成所需要喷射混凝土的喷涂表面。

5)堵管处理。

施工中很少出现射流管堵塞现象，如果出现应立即关闭机械手和计量泵，关闭输送机风、拍软管、外管保持混凝土，堵水处理应在第一次水射流清洗管完成后，以保证管道畅通再喷施工。

6)混凝土坍落度要求。

骨料的最大粒径应小于16 mm，否则，由于阻力太大，无法顺利喷出喷嘴，进而停止喷射。在短时间内会影响工作效率，混凝土的坍落度应为10 cm～18 cm。

7)工作风压和风量。

工作风压应为0.2 MPa～0.4 MPa，工作风压的选择取决于混凝土的和易性，和易性越好，工作风压越小，反之亦然。压力调整应根据工作面距离，合理选择机械手的输入管直径，确保混凝土出口速度适当，根据混凝土的和易性、风压的稳定性调整，确保喷射口形成连续喷射，适当的速度垂直喷在表面。

8)岩石表面的整齐度。

对于污岩表面，采用高压风或水清洗喷面，提高混凝土与岩石表面的粘结力，达到最佳的喷射效果。对于渗水性岩石表面，在一般情况下，湿喷可以封闭渗流。对于严重渗水，在形成水流时，需要设置排水孔，悬挂防水板，然后进行喷护作业。

9)喷层厚度。

一旦喷涂层太厚，在自重作用下，喷涂层就会开裂甚至塌陷。当太薄时，大部分粗骨料会反弹，而喷层只会留下砂浆，会影响喷层的效果和质量。

10)促进剂用量。

当掺量过大时，回弹量增大，喷射混凝土密度较差。因此，必须严格控制喷射混凝土的用量，达到控制质量和节约成本的目的。

11)维修、保养。

喷射结束后，应将机械手开至洞外或不影响正常施工的其他地点，按操作堆积对机器进行维护、保养。因机械手的维修难度和费用较高，因此机械手的日常维护保养工作显得十分的重要。

3 质量措施

3.1 质量控制标准

为确保湿喷混凝土厚度、均匀性、平顺性、强度达到设计要求，必须严格按照设计图纸施工，执行现行的GB 50086—2001锚杆喷射混凝土支护技术规范、《铁路混凝土工程施工质量验收标准》及其他相关规定。

3.2 质量控制措施

影响喷射混凝土层质量的主要因素有：混凝土配合比性能、设备性能、操作水平、促进剂用量、材料和混凝土配合比等。

1)利用分层喷射，移动大臂和活动小臂，确保移动喷射点从点到线，再到面，以保证喷射混凝土的平整度。

2)优化配合比，选用优质稳定的速凝剂，严格控制水胶比和速凝剂用量，保证混凝土强度。

3)预埋钢筋和分层喷射保证了喷射混凝土的厚度。

4)喷射前应先处理岩石表面，高压风冲刷软岩，硬岩则用水进行冲洗，以提高喷射混凝土与岩石表面的粘合强度。

5)在严格按照操作规程进行喷射的过程中，应调整喷头与岩石表面的夹角和距离，且工作气压和速凝剂用量达到最佳状态，以降低回弹率。

6)在喷射完成后，需间隔5 min～10 min，防止混凝土自重过大而掉落。

7)选择责任感强和有一定工作经验的专业人员组建专业团队，通过培训专业队伍和现场跟踪指导，可以快速有效地提高机械手的喷射技术。

8)进入现场的主要材料严格按照规定和设计要求进行控制，所有材料必须有合格证和必要的检验报告。进场料、设备，特别是速凝剂的质量严格按照技术质量标准进行检验。

9)严格控制水灰比，控制外加剂用量，特别是速凝剂，严格按配合比施工。

参考文献：

[1] 王顺林.马安高速公路隧道湿喷机应用与技术研究[J].建筑机械,2017(8)：81-82.

[2] 杨成成.隧道湿喷机械手喷射混凝土质量技术研究[J].建筑知识，2017(4)：129-130.