隧道湿喷机械手施工中堵管和高回弹率的改进措施

陈利新 （中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 引言

长大隧道施工工艺的成熟使很多不可能建的路成为可能，尤其在我国云贵川地区，山高山多，地质又复杂，长大隧道的施工显得更为重要，而初期支护工艺先进性在隧道施工中尤为关键。隧道湿喷机械手由于其湿喷时间短，湿喷混凝土强度高，施工成本低等优点最近在隧道施工中得到广泛应用。

2 工程概况及存在问题

本工程为丽香铁路站前四标长坪隧道，隧道全长9524m，为单线隧道，标准断面内净空6.75m×5.26m，最大埋深为1155m，设计为两个横通道和一个斜井，其中两个横通道长分别为2298m和1366m。因此长坪隧道的特点是隧道长，施工作业面少且狭窄，洞内作业环境差。针对这些特点利用湿喷机械手替代普通的人工湿喷机施工，不仅可以减少施工作业人员，还可以减少施工作业时间，加快施工进度，可谓是本工程隧道初期支护施工的福音。可是由于湿喷机械手在湿喷作业中对外部如湿喷混凝土及电压等要求很高，所以经常会出现堵管和混凝土回弹率高现象，严重影响到了施工进度并增加了工程成本。于是解决湿喷机械手堵管和混凝土回弹率高是项刻不容缓的事情。针对此施工难点，丽香铁路站前四标项目部中心试验室组织并协同工区现场管理人员对湿喷机械手施工堵管及回弹率大的原因进行逐一调查分析，并通过试验、试喷、试验段等方法找到影响因素并进行研究改进，使隧道锚喷初期支护施工得到正常有效进行。

3 湿喷机械手湿喷混凝土施工防止出现堵管及回弹率高的改进

3.1 湿喷混凝土的改进

3.1.1 混凝土原材料

在湿喷机械手施工喷射混凝土初支中发现湿喷混凝土所用的水泥和外水剂的适应性不好，粗细集料的级配差，粗集料超粒径颗粒多等现象都会造成湿喷机械手喷射混凝土施工堵管或回弹率高。同时水泥、减水剂及速凝剂温度的高低变化大，外加剂的沉淀也会造成喷射混凝土离析从而造成堵管。于是在保证对进场原材料的常规检验之外，还要经常进行水泥及外水剂温度检测控制及水泥和外加剂适应性试验。冬天对减水剂储存罐加保温棉保温，采用减水剂循环泵保证减水剂均匀，速凝剂应存放在施工的隧道里。加强进场粗集料超粒径颗粒检测，并在混凝土拌合机粗集料料斗及湿喷机械手混凝土进料口处加过滤超粒径碎石网筛。

3.1.2 混凝土配合比

图1 加保温棉的减水剂储存罐

图2 存放隧道避车洞里的速凝剂

合理的施工配合比是湿喷机械手湿喷混凝土正常施工的关键。虽然现场料仓都是全封闭，不受雨雪影响，但由于现在粗细集料都水洗，所以新进粗细集料和原来材料含水率差别很大，应加强加大集料含水率检测，并根据含水率结果及时调整施工配合比，从而保证混凝土砂率。为适应水泥和减少剂的性能的微小变动，采用掺粉煤灰的湿喷混凝土配合比，其比不掺粉煤灰配合比适用性要强，不容易离析堵管。

3.2 机械设备及人员的改进

3.2.1 湿喷机械手喷射压力及设备供应电压

现场施工中发现湿喷机械手混凝土喷射压力过小和过大都会造成喷射混凝土施工的回弹率上升，还有供应湿喷机械手的电压过高和过低也会提高混凝土喷射的回弹率，根据现场多次试喷的情况来看喷射混凝土施工中控制喷射压力在0.8MPa～1.0MPa，湿喷机械手喷射口与喷射面0.8m～1.0m距离的情况下，喷射效果最好，为防止电压对湿喷机械手的影响，应在供应湿喷机械手的电路安装稳压器。

图3 湿喷机械手湿喷压力0.8MPa～1.0MPa

图4 湿喷机械手线路稳压器

3.2.2 湿喷机械手机械的维修保养

湿喷机械手的手臂喷射管很小，如果里面特别弯角处堆积凝固混凝土对湿喷机械手喷射出混凝土的均匀性和喷射压力影响很大，就会加大堵管和提高湿喷的回弹率的可能。现场施工中发现喷射混凝土对湿喷机械手前端软管内壁磨损很大，使得软管内的加筋铁丝大面积倾入到管内，也让喷射出的混凝土不均匀和湿喷压力大，造成堵管和喷射混凝土回弹率高，因此在湿喷机械手施工完喷射混凝土之后一定要及时仔细清洗干净管内混凝土，并定期及时更换前端软管。

3.2.3 湿喷机械手操作人员

湿喷机械手喷射混凝土时喷射管移动的速度，对应喷射面的距离和角度，以及有钢筋网钢拱架怎么喷，拱顶和拱腰喷射的区别，都会影响并提高喷射混凝土回弹率，因此操作人员的现场操作水平直接影响回弹率。项目部尽量招收有施工经验的湿喷机械手熟练操作人员，加强湿喷机械手厂家对操作人员的指导和岗前培训，加强各洞口操作人员的交流沟通学习，并尽量固定专职湿喷机械手操作人员。

3.3 现场作业面控制及调度管理的改进

3.3.1 现场开挖面控制

开挖面不平整，使得需要喷射的面不平整，因此湿喷机械手喷射混凝土时很难掌握到喷射面的距离和角度，造成湿喷混凝土回弹率提高。在开挖施工中严格控制好超欠挖，保持开挖面平整。同时喷射面有水就会影响喷射混凝土和喷射面的粘结以及喷射混凝土的快速凝结，开挖出的喷射面如果出水量很小并且在侧面边墙部位，可以在喷射混凝土坍落度允许范围适当降低坍落度喷射施工。然而开挖出的喷射面在拱顶并且出水量很大的话，就必须先对喷射面用水玻璃水泥浆止水或用引水管引水后进行喷射混凝土施工。

图5 喷射施工完后清洗湿喷机械手管道

图6 定期更换掉的前端软管

3.3.2 现场人员及调度管理

经调查发现湿喷机械手施工湿喷混凝土中施工作业人员现场对混凝土私自加水及湿喷混凝土罐车现场等待时间过长都是造成湿喷混凝土堵管和回弹率高的因素，因此制定湿喷混凝土现场技术员值班责任制度、混凝土报检通知制度，并严肃奖惩执行。隧道内加装无线网络，有利于现场作业人员与外面和拌合站的畅通联系，拌合站应合理安排罐车保证混凝土合理供应。

4 结语

图7 开挖面不平整的初支喷射

图8 开挖面平整的初支喷射

经上述改进，在长坪隧道湿喷机械手湿喷初支喷射混凝土后施工中动态控制，查找具体原因，采取相应措施，大大减少堵管，把回弹率由以前的45%控制减少到10%以下，既提高了施工速度，加快施工进度，又降低了喷射混凝土施工回弹率，保证施工成本。