混凝土湿喷机械手在长大隧道中的应用

林涛

【摘  要】隧道是交通基础设施的重要组成部分，由于长大隧道的特殊性，建设难度比较大。传统技术无法保证施工质量、进度的需求，因此需要采用混凝土湿喷机械手。论文先介绍混凝土湿喷机械手工艺，再分析施工效率和质量，最后提出问题和改进建议。

【Abstract】Tunnel is an important part of traffic infrastructure. Because of the particularity of long tunnel with large section， it is difficult to construct. Traditional technology can not guarantee the construction quality and progress， so it is necessary to use concrete wet spraying manipulator. This paper firstly introduces the wet shotcreting technology， then analyzes the construction efficiency and quality， and finally puts forward the problems and improvement suggestions.

【关键词】混凝土湿喷机械手;长大隧道;有效应用

【Keywords】concrete wet spraying manipulator; long tunnel with large section; effective application

【中图分类号】U455                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）06-0147-02

1 引言

随着隧道长度和断面的增大，隧道施工难度在不断增加，对隧道施工工艺提出了更高的要求。混凝土湿喷机械手经过多年的发展，在施工的高效、安全、环保、自动化方面有了长足的发展，在长大隧道的建设中得到普遍应用。

2 喷湿机械手工艺

2.1 湿喷机械手设备选型

在正式施工之前要选择合适喷湿机机械手，这是非常重要的。湿喷机选型需要根据施工现场的实际情况：隧道断面尺寸决定了臂架最小展开尺寸，过大的臂架无法在小隧道中展开;掘进速度决定了泵送方量，正常状态下要求3～4小时喷完一个掘进尺;现场是否具备压缩空气决定了主机是否需要带空压机;工地路面情况决定是采用工程底盘还是汽车底盘。作为专业性施工设备，必须要做针对性选择，只有符合施工需求，才能最大发挥其性能，提高工程质量、进度。

2.2 混凝土配合比

在隧道建设中，混凝土是施工的主要材料，其质量直接关系到工程质量，所以要加强控制。水灰比和施工强度有着直接关系，所以要进行有效控制，保证其塌落度在140～200mm，同时由于湿喷的特性，要求将混凝土中的骨料粒径严格控制在16mm以下。混凝土配合的原料种类比较多，其质量直接关系到混凝土质量，在配合过程中要控制不同原料的比例，才能保证混凝土质量[1]。由于速凝剂是和水泥起反应，为了降低回弹量，对配比中的水泥掺量是有严格要求的，建议每方的水泥含量不低于500kg。

2.3 添加速凝剂

混凝土喷湿过程中，湿喷机一般会配置液态速凝剂计量输送装置，如此可以保证速凝剂添加的精确性。速凝剂过少导致回弹率上升，混凝土回彈、掉落增加，速凝剂过多，成本大幅增加。速凝剂的掺量保证在水泥重量的2%～8%，速凝剂本身有酸性、中性、碱性三大类，水泥也种类繁多，常用的有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥六大类，在喷湿之前，应做速凝剂与混凝土的匹配性实验，要求测试速凝剂掺量，以此设定速凝剂与泵送排量的比例关系，以此保证上墙效果。同时对不同区域，需要对速凝剂掺量进行微调，隧道顶部需要适当提高掺量，两侧则可以减少一些，不同的地质情况也会对回弹率造成影响，从而对速凝剂掺量产生影响。

2.4湿喷机械手工艺流程

做好施工前的准备工作，对受喷面用压缩空气进行处理，将表面的灰尘、泥土、碎石进行清理，保证达到施工要求，埋设喷层厚度标钉，接通电源后调试设备，确保处于正常运行状态之中，之后进行润管，避免出现堵管。一切工作准备就绪之后，就可以开始喷射混凝土，施工结束后进行工程质量检查，如果不合格就要补喷，对配合比进行适当调整，保证满足施工需求。在喷射混凝土过程中，有一定的顺序和要求，因此要按照规定执行，绝不可随意变化，否则会影响到施工质量。每一个环节都要由专业技术人员来完成，确保准确无误后才能继续下一步施工，实现对工程质量的有效控制。

2.5 施工作业要点

混凝土质量要满足要求，主要控制好配比和塌落度两个方面，塌落度越大，泵送性越高，工作风压越小，但是回弹率越高。骨料粒径越小，回弹越低，喷浆过程中需要注意喷头到墙面尺寸保证在1～1.5m，与墙面夹角成75～90°，喷浆时喷头要进行Z字形移动，每层厚度为1～3cm，实现薄层多次喷，从而保证混凝土的初凝效果，避免出现塌落，保证混凝土原料供应的连续性，过程中机械手不能停止喷射，容易出现堵管的问题，影响到正常施工进度。在混凝土喷射结束后，要做好机械手的维护，确保后期正常投入使用[2]。

3 湿喷机械手施工质量

3.1 喷射混凝土平整度

由于隧道受力、外观等因素影响，隧道施工中对混凝土平整度的要求日渐增高，影响混凝土平整度的因素有以下几点：骨料粒径，骨料过大，混凝土表面的麻点越清晰;风量大小，风量过小，混凝土难以上墙，风量过大，平整度效果难以保证;速凝剂掺量，速凝剂掺量过低，常发生滑落，平整度无法保证。为保证平整度，一般喷浆采取分层进行喷射，在喷浆过程中，臂架操作特点是 “动大臂、移小臂”，协调好大小臂之间的运转，其中小臂尤为重要，必须要控制好行程速度，在合理范围之内，才能保证混凝土喷射效果

3.2 喷射混凝土强度和厚度

为了提升喷射混凝土施工水平，需要从整体上把控，处理好各方面的工作，保证施工质量达到规定要求。在喷射过程中，喷射机械手通过混凝土泵将混凝土在喷头处，利用设备自带液态添加剂计量输送装置，精确添加速凝剂，保证不同部位的喷射混凝土和速凝剂实现充分结合，有利于提升喷射混凝土的强度。在施工现场，要采用预埋钢筋、分层喷射、覆盖钢筋等方式来保证喷射混凝土的厚度。

4 湿喷机械手施工效率和回弹量

运用湿喷机械手大大提升了施工效率，只需要2～3个人就可以操作，具有很好的自动化水平。和普通湿喷机比较而言，湿喷机械手施工效率优势明显，对于相同施工量，可以在更短时间内完成，而且需要的施工人员更少。湿喷机械手整体结构由多个部分组成，其中大臂、小臂、喷头发挥着重要作用，为了保证施工效果，过程中必须控制好喷头和喷射面的距离及角度。湿喷机机械手自带空压机，采用电动机驱动方式，具有独立的供风系统，为施工提供所需的风压。湿喷机械手配置液态添加剂计量输送装置，提升了添加速凝剂的精确性。实现对混凝土和速凝剂流量的同步控制，保证速凝剂的最佳掺量。通过对比施工现场实际收集回弹的混凝土量和使用量，可以计算出喷射隧道拱部回弹率[3]。

5 湿喷机械手的作业环境

开展喷射混凝土施工时，施工人员可以站在提前准备好的位置上，对喷头控制实现遥控，不需要人员动手操作，不仅减轻了施工强度，而且保证了人员安全。湿喷机械手采用机械臂伸縮到掌子面进行喷射施工，机器本身停留在已经初期支护完成的部位，即使掌子面出现塌方也不会对机器造成影响。对于施工现场的作业环境，要求粉尘浓度不能高于标准值，保证作业区域内的空气良好，保证施工人员身体健康。作业环境对施工质量会产生较大影响，因此要进行有效控制，创建出良好环境条件，为施工开展提供可靠保障。另外，良好环境可以保证施工人员身体健康，减少有害因素的影响。

6 存在的问题和建议

问题：随着湿喷机技术的不断发展，国内湿喷机厂家不断涌现，国内市场已经难见国外品牌，甚至三一重工等厂家已经进入国际市场。但是施工功法并没有随着设备的提升而提升，同时速凝剂市场随着市场的迅速扩大质量变得参差不齐，而速凝剂质量对喷浆质量有着巨大的影响。湿喷机械手结构复杂，对操作人员提出了较高的要求，而操作人员的技能水平难以跟上设备的发展，在维修上面必须要专业技术人员来维修。

建议：为了减少成本投入，国内厂家应当从设备制造商转移到工艺功法上去，研究出更合适的功法，更好地投入到施工中去。同时要和速凝剂厂家进行配合研究，提高速凝剂的质量。

7 结语

综上所述，混凝土湿喷机械手在长大隧道中的应用具有重要意义，可以改善施工效果，提升工程整体质量。运用混凝土湿喷机械手时，要考虑长大隧道的特点，制定出科学合理的施工方案，保证施工顺利开展。为了满足发展的需求，要加强对专业技术的研究，不断提升湿喷机械手操作水平，为隧道事业建设提供支持。

【参考文献】

【1】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，2018（15）：181-182.

【2】袁海燕.机械手湿喷混凝土施工技术在高天隧道中的应用[J].宁波职业技术学院学报，2017，18（06）：91-94.

【3】翟富强.混凝土机械手湿喷技术在长大隧道中的应用[J].隧道建设，2018，30（S1）：346-349.