浅谈隧道喷射混凝土湿喷机械手施工工艺

秦毅

（沈阳公路工程监理有限责任公司，辽宁 沈阳 110100）

在当前施工工艺发展形势下，机械化施工将在未来劳动力逐渐减少的前提下成为趋势。隧道初期支护喷射混凝土的施工机械主要有液压湿喷机和湿喷机械手两种，液压湿喷机工艺简单、功能单一、机械化程度低、施工效率低、回弹率高，严重影响了施工质量，同时，回弹产生的物料影响了作业面环境；湿喷机械手回弹率低、粉尘少、混凝土强度高、施工效率高、平整度好，但对操作手熟练程度及操作技术水平要求高。本文结合沈阳四环快速路棋盘山段新建工程棋盘山隧道初期支护喷射混凝土施工所采用的施工工艺，对使用湿喷机械手喷射混凝土施工工艺进行深入的分析论述。

1 工程概况

棋盘山隧道是沈阳已建成四环快速路闭合段落的一部分，隧道入口（北侧）为平望线马庄子度假村，出口（南侧）为汇鑫山庄。隧道全长2158 米，左右洞呈分离布置，入口端左右线隧道最小净距为27 米，洞身段左右线平面净距为41米，出口端左右线隧道最小净距为30 米。隧道入口（北侧）段及出口（南侧）段为V 级围岩，洞身段全部为V、IV 级围岩，隧道V 级围岩长度占隧道总长度的69%。隧道单洞三车道，基本总宽度为13.5 米，高度为8 米，左右线进出口洞门均采用削竹式洞门。该隧道主要有跨度大、地质差、洞身埋深浅及破碎带多等工程技术特点及风险点。初期支护采用喷射C25早强混凝土，主要厚度为20cm、22cm 和26cm。

2 喷射混凝土主要施工流程

检查开挖面轮廓尺寸、清除浮碴危石、清理受喷岩面→湿喷机械手就位→喷射混凝土拌和、运输→添加速凝剂→初喷4-6cm 喷射混凝土→施做锚杆、钢架、钢筋网→复喷至设计厚度→清理施工机具。

3 施工机具简介

本项目左右洞分离式隧道进出口4 个洞口同时施工，每个洞口各配备一台喷射混凝土湿喷机械手，采用意大利进口CIFA SPRITZ SYSTEM CSS-3 型湿喷机械手，湿喷机械手尺寸及外观详见图1。

图1

3.1 该湿喷机械手主要特点为：

3.1.1 速凝剂添加自动跟随混凝土流量；

3.1.2 双驱动（电、柴油）；

3.1.3 三段式折叠大臂，喷射臂伸缩；

3.1.4 两级转盘；

3.1.5 一级转盘可以在车架上滑移；

3.1.6 整机自动润滑；

3.1.7 封闭式驾驶室内可以旋转操作台。

3.2 机械手主要参数，如表1。

表1

3.3 混凝土泵送参数，如表2。

表2

3.4 作业范围详见图2。

图2

3.5 施工作业安全

3.5.1 施工前应制定湿喷机械手安全技术操作规程，并建立每台湿喷机械手设备安全技术档案。

3.5.2 湿喷机械手设备进场前应检查设备证件、性能、状况。

3.5.3 湿喷机械手设备进场后应向操作手进行安全技术交底。

3.5.4 湿喷机械手在使用过程中应加强维修、保养，保证设备处于良好状态，车身应设置反光警示标识。

4 喷射过程操作控制要点

4.1 喷射混凝土作业前，应做好以下准备工作：

4.1.1 检查开挖断面净空尺寸。

4.1.2 清除松动岩块和墙角岩渣、堆积物，并清洗受喷面（当岩面受水容易潮解、泥化时，应采用高压风清扫）。

4.1.3 设置控制喷射混凝土厚度的标志。

4.1.4 检查湿喷机械手设备和风、水、电等管线路，并试运转，喷射机械手应具有良好的密封性能，输送连续、均匀，附属机具的性能应能满足喷射作业需要。

4.2 喷射混凝土配合比设计必须同时满足混凝土性能和喷射混凝土工作度（可喷性）要求，喷射混凝土配合比应通过试验确定。

4.3 混凝土喷射作业应参照以下要求进行：

4.3.1 喷射作业应分段分片依次进行，喷射顺序自下而上进行，每次作业区段纵向长度不宜超过6m。喷嘴应与岩面保持垂直，且距受喷面1m 为宜。现场作业时湿喷机械手喷嘴本身具有全方位可调性能，操作手可以根据岩面的高低起伏做微小的调整以确保喷嘴始终垂直于受喷面。

4.3.2 一次喷射厚度可根据喷射部位和设计厚度确定，为了快速封闭岩面裂隙，防止岩体发生松弛，要求初喷混凝土必须尽早施工，提早形成刚度，因此，初喷时速凝剂的掺量应比复喷时稍高一些，当然，具体掺量应通过试验确定，初喷厚度一般控制在4-6cm。复喷一次喷射厚度拱部不得超过6cm，边墙不得超过10cm。

4.3.3 喷混凝土时应控制好风压和速凝剂掺量，减少回弹。经过现场试验，15m/s 的料速喷射速度，反弹率可以保持在15-20%，这时湿喷机械手所需风压应稳定在0.3-0.6MPa范围内。

4.3.4 分层喷射混凝土时，后一层喷射混凝土应在前一层混凝土终凝前进行。若终凝1h 后再喷射，应先清洗喷射混凝土表面。

4.3.5 钢架与岩面之间的间隙应用混凝土充填密实，喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖。

4.3.6 喷射作业紧跟开挖作业面时，下一循环爆破应在喷射混凝土终凝4h 以后进行。

4.3.7 当有渗水和大面积潮湿的岩面与喷射混凝土不宜黏结时，为了增加其黏结性，初喷在岩面上的混凝土可适当增加水泥用量。

5 湿喷机械手湿喷工艺与传统液压湿喷机械湿喷工艺比较的优点

5.1 机械化程度高，湿喷机械手湿喷工艺属于机械化操作，操作手可以站在已经完成初期支护的安全位置，利用遥控装置控制喷头进行有效的喷射作业。传统液压湿喷机属于半机械化湿喷机，工人需站在掌子面位置控制喷嘴。

5.2 施工速度快，湿喷机械手喷射混凝土量可达到30-45m3/小时，混凝土采用机械拌和，拌和质量及供应速度有保障，传统液压湿喷机械采用人工控制喷嘴，速度一般为15-20m3/小时。

5.3 喷射空间大，湿喷机械手由于三节臂总长达到12米，故在半径12 米空间范围内均可以进行施工，传统液压湿喷机比湿喷机械手喷射范围窄，喷射范围全靠人工走位。

5.4 喷射质量好，本项目通过配合比试配与湿喷试验，最终确定的C25 喷射混凝土配合比如表3。

表3

影响喷射混凝土喷射质量的因素包括喷射厚度、风压大小、喷嘴移动速度以及操作人员的经验水平等，采用湿喷机械手能更好、更容易控制喷射厚度、风压大小和喷嘴移动速度等，从而保证喷射质量。采用湿喷机械手所喷射的混凝土具有较强的附着力，喷射均匀且具有较高的密实度，能够更好的满足施工质量要求。

5.5 喷射回弹率低，采用湿喷机械手喷射混凝土，回弹率可控制在20%以内，影响喷射混凝土回弹率的原因主要有惰性建筑材料颗粒；水和水泥比例；喷射的速度；喷射的距离；喷射的角度；岩壁的位置；钢筋网片的质量；岩壁的前期准备；喷射厚度；喷射方法（干喷或湿喷）；泵系统，稠密输送/流体输送。

本项目针对喷射角度和距离进行对比，最终得出最理想的喷射距离是距离喷射面1m，高于或低于1m 会造成回弹率增高；最佳喷射角度是与喷射面成90°，角度越小，回弹率越高。传统液压湿喷机械喷射距离及喷射角度均需人工近距离控制，喷射压力大，不易控制回弹量。

5.6 提高了操作手的安全性及作业环境，喷射混凝土的作用就是给岩面进行初期支护，增加岩面承载力，在施工过程中存在岩面坍塌的危险性，湿喷机械手采用遥控机械臂操作比传统液压湿喷机械的人工近距离控制角度、喷射距离安全性更高。湿喷机械手回弹率低，液压湿喷机械回弹率高，容易造成物料浪费及掌子面环境污染，见图3。

图3

结束语

综上所述，隧道喷射混凝土湿喷机械手施工工艺与传统液压湿喷机械施工工艺相比，可以全面提高施工质量，更加经济、安全、环保，更加符合绿色发展理念。同时，随着近些年人口老龄化，传统农民工越来越少，新型的机械化操作手农民工日渐增多的情况下，采用湿喷机械手进行机械化作业更是大势所趋。当然，由于对操作手及施工人员有较高的要求，湿喷机械手操作手目前仍然非常紧缺，因此，为了更好的发挥湿喷机械手在施工中的作用，应加强湿喷机械手操作手的安全技术培训，使操作手全面了解和掌握机械设备的操作要领和应用环境，从而切实提高湿喷机械手的施工效率和施工质量。