混凝土湿喷机械手在长大隧道中的应用

牛云军 马登举

摘   要：针对长大隧道初期支护施工采用的机械设备进行分析，不难发现湿喷机械手拥有良好的未来发展空间。本文将混凝土湿喷机械手在阿公石二号隧道中的应用作为本文的背景，结合混凝土湿喷机械手工作原理及特点、施工工艺、存在问题及解决策略，从混凝土的初期支护方面出发进行了观点的论述，希望能够为我国隧道施工发展提供帮助。

关键词：混凝土  湿喷机械手  隧道

中图分类号：U455.3                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0021-02

1  工程概括

阿公石二号隧道位于广东省惠州市潼湖镇境内，场区地貌以丘陵为主，地形起伏，且局部较陡。隧道需要穿越砂岩地层;地下水为孔隙水与基岩裂隙水。本隧道为单洞双线隧道，起讫里程为DK365+589～DK367+670，全长2081m，隧道埋深最深约218m。该隧道采用复合式衬砌施工，由初期支护、防水层与二次衬砌组成。

2  新奥法与混凝土湿喷技术

新奥法的核心涉及到巖体力学理论的应用，以维护和围岩自承能力为基础，再结合一定的支护手段（喷射混凝土与锚杆的使用），进而把围岩划入到支护体系当中的一部分，并利用测量、监控围岩与支护的方法实现隧道施工方法的设计。由于新奥法在隧道施工中的应用频率呈现出上升的趋势，因此喷射混凝土施工技术身为新奥法的核心势必引起了热议。

3  混凝土湿喷机械手

3.1 我国混凝土喷射机的现状

混凝土喷射机，意指通过空气的压缩实现按既定配合比的混凝土沿管道连续输送并喷射到施工面上去的机械;在实际工程中主要涉及到两类：干式喷射机以及湿式喷射机。由于我国整体环保意识的提升，导致传统湿式混凝土喷射机已经无法满足人们日渐增长的需求。就我国传统湿式喷射机而言，技术上还存在许多不足，除生产效率不尽人意之外，其功能也比较单一，具体的施工时还要搭配工作台架。与此同时，传统湿式混凝土喷射机在使用过程中需要配合人工手持喷嘴才能实现正常的工作，它与岩面之间的距离较短，工人的健康会因粉尘与骨料的反弹而受到损伤。综上所述，在作业时应用混凝土湿喷机械手，已经成为了喷射混凝土发展的一种趋势。

3.2 混凝土湿喷机械手对应的工作原理

利用泵送作用（稠密流运输）由管道将湿喷混凝土传送至喷嘴处，在不受任何压力作用的情况下让混凝土泵送物流出，通过喷嘴上的高压空气实现将喷射混凝土喷射到工作面上，同时要将速凝剂加到高压空气中，让喷射混凝土在喷射表面的迅速凝固得到保障。

3.3 混凝土湿喷机械手具备的特点

混凝土湿喷机械手的喷头可以旋转360°，并且能够连续工作，在具备灵活操作的同时，还能够实现续航。混凝土湿喷机械手的喷射臂分为三部分：大臂、中臂、小臂。它们都拥有各自的伸缩臂，不仅能够完成折叠动作，还能够实现摆动、伸缩等高难度动作的变换。混凝土湿喷机械手支持以下三种工作模式：手动、半自动、自动。工作人员可以根据实际的施工环境，选择最佳的工作方式，进而为整体工作效率的提高提供帮助。与此同时，湿喷机械手还拥有远程命令操控设备，如：行驶系统、泵送装置、电控柜、高压清洗机等。笔者查阅各种资料发现，混凝土湿喷机械手可以高于理论效率50%。基于以上理论可知，混凝土湿喷机械手已经成为了实现高度机械化施工的关键设施之一。

4  混凝土湿喷机械工艺

4.1 混凝土湿喷机械手所需的作业条件

第一，混凝土骨料的最大粒径要小于等于1.5cm，而坍落度要保持在14～18cm之间。第二，一定要让工作风压的稳定性要得到保障，保证混凝土湿喷机械手空压机中的工作风压为0.2～0.4MPa。混凝土的和易性与风压大小之间存在密不可分的关联，和易性较差的混凝土所需要的工作风压较大。第三，还未喷射时，当机械手进入作业区域时，该设备可以通过自身的高压风完成岩面的清理工作，受喷面的清理内容包括浮尘和岩屑等杂质。这样一来，既实现了初喷混凝土和岩面之间的有效粘结，还满足了强化喷射混凝土附着力所需的要求。第四，操作混凝土湿喷机械手的操作者必须具备相应的工作能力，要求操作者持证上岗。在喷混凝土时，机械手的喷头要和岩面保持垂直状态，且保证距离处于0.8～1.2m之间。除此之外，喷射混凝土的过程中还要注意分层喷射以及分区域作业的重要性，由拱墙至拱部喷射（从下到上）。首先是初喷一层工作的开展，其次，复喷环节的进行是为了保证与设计厚度相符。第五，在喷射时，强化对初喷第一层厚度的重视程度。速凝剂从初凝到终凝的过程需要一定的等待时间，如果初喷的厚度没有掌握好，极易对速凝剂的凝结造成影响，进而对随后的喷射混凝土造成直接影响且会导致回弹量的增加。第六，操作人员一定要按照喷射部位之间的区别进行速凝剂参合量以及混凝土喷射速率的调整工作。

4.2 混凝土湿喷机械手的施工质量

第一，喷射混凝土强度和厚度之间的关系。将配合比、速凝剂等项目的控制工作视作喷射混凝土强度的切入点，能够让其生产质量得到进一步地保障。在喷射时，湿喷机械手能够在混凝土泵、设备自带液态添加剂计量输送等装置的帮助下，让速凝剂的添加得到保障的同时，还能够实现速凝剂与各个部位喷射混凝土的进一步结合。然后按照现场实测数据判断，喷射混凝土的抗压值是否与预期设计相符。除此之外，通过拱架连接钢筋的设置或者分层喷射等方法，都可以让喷射混凝土的厚度得到保障。

第二，喷射混凝土的平整度与施工质量二者之间的关系。湿喷混凝土中的分层喷射工艺，既可以充分利用混凝土自身的附着力，还能够避免喷射混凝土的表面平整度与内部密实度被破坏。由“动大臂，移小臂”的操作原则可知，操作人员能够利用大小臂之间的协调旋转掌控小臂的移动速度，大大地降低了“点→线→面”移动喷射流程中的失误，进而为平整度的确保提供了帮助。

5  混凝土湿喷机械手中出现的问题和相关解决策略

（1）混凝土湿喷机械手是一种价格较高的设备，施工单位在施工之前应该根据实际情况决定租赁还是购买。

（2）不仅混凝土配合比会决定喷施机械手的应用，而且速凝剂的性能质量会对混凝土湿喷机械手产生较大的影响;让二者的科学性与合理性得到保证能够在很大程度上减少回弹率。基于该观点，施工单位要按照现场原材料的性能及时地进行喷射混凝土配合比的更改工作，并定期開展速凝剂的性能检测，速凝剂始终要处于合格状态。与此同时，还要提高对现场存放条件的重视，避免出现速凝剂性能变差或失效过快等现象。除此之外，施工单位还要进行回弹率的定期检测，及时阻止未被发现的机械故障所导致的回弹率提高。

（3）混凝土湿喷机械手的结构较为繁复，操作、维修、保养等工作人员要拥有过硬的专业能力。施工企业一定要保证在职工作人员都属于“持证上岗”;如果有条件，还可以提高定期培训的频率，进而为其综合能力的强化提供帮助。与此同时，还可以建立起对应的责任制度，强化施工队伍的工作纪律，进而让他们的工作精准度得到进一步地提升。

6  结语

在阿公石二号隧道的建设过程中引进混凝土喷机械手，能够让施工质量得到进一步地保障的同时，还可以进一步地降低施工成本，进而为整体施工效率的改变提供帮助。除此之外，在隧道的初期支护阶段使用混凝土湿喷机械手，可以满足“绿色施工”的需求。

参考文献

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[2] 王俊，琚元元，周洋.混凝土湿喷机械手在长大隧道中的应用[J].建设科技，2015（15）：181-182.

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