干喷和湿喷工艺在超大跨度隧道中的应用对比

高拴存，屈长发，杨 超

(中交二公局第四工程有限公司，河南 洛阳 471000)

随着我国高速公路建设规模不断壮大，超大跨度隧道在公路改扩建工程中所占比例越来越大[1]，隧道施工的机械化程度也越来越高[2-4]。为了能够快速有效地进行超大跨度公路隧道施工，施工单位对隧道初期支护的混凝土喷射技术提出了更高的要求。

现阶段，喷射混凝土从施工工艺上主要分为干喷和湿喷[5-6]，国内学者对干喷工艺和湿喷工艺之间的效果、特点等进行了一些对比研究，取得了一定的成果。付文凤[7]通过对兰渝铁路隧道干喷和湿喷混凝土效果、成本分析，指出湿喷混凝土具有健康环保、高效率、安全性高和经济效果好等优点，具有推广性；杜扬柱[8]在对比了干喷和湿喷工艺的基础上，通过测定作业区范围内的粉尘浓度，得出湿喷作业现场的粉尘浓度明显低于干喷，降尘率达90%以上；赖世荣[9]通过对漳龙高速公路乌石山隧道干喷和湿喷两种不同工艺下喷射混凝土的强度进行测试分析，得出湿喷喷射混凝土平均强度明显高于干喷喷射混凝土平均强度；崔越超[10]从经济角度对干喷和湿喷工艺进行了对比分析，分析出两者成本差距相差不大的情况下，湿喷工艺更适合推广；李少秦[11]通过对陈家山隧道斜井的传统干喷和湿喷工艺进行综合对比，得出在现场相同条件下，湿喷的单台平均生产率略优于干喷，具有较好的经济性、时效性和回弹率等。通过查阅文献发现，上述研究主要针对于铁路隧道及普通公路隧道，而在超大跨度公路隧道中的应用甚少，还有待进一步研究。

本文依托新疆连霍高速G30小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程，在杏花村1号隧道初期支护施工阶段，对干喷和湿喷工艺的设备选型、工艺对比、混凝土损耗和其他方面进行了对比分析研究，以期为今后超大跨度公路隧道初期支护阶段施工提供借鉴。

1 工程概况

杏花村1号隧道位于新疆乌鲁木齐市达坂城区白杨河右岸，与连霍高速G30紧邻，设计为双洞八车道高速公路隧道。杏花村1号隧道下行线起讫里程为XK3494+731～XK3495+922，全长1 191 m；上行线起讫里程为SK3494+558～SK3495+498，全长940 m。隧道最大开挖宽度22.56 m，最大开挖高度14.65 m，属于超大跨度公路隧道。

2 设备选型

杏花村1号隧道在初期支护阶段采用了干喷和湿喷两种工艺。干喷设备采用了GLZ-14C联合自动上料喷浆机，如图1所示，其主要技术参数见表1。湿喷设备选用了HPS3016S型混凝土喷射机，如图2所示，其结构可分为底盘行走装置和机械手装置两大部分[12]，并采用全液压伸缩和无线遥控操作，其主要技术参数见表2。

表1 干喷机主要技术参数

表2 湿喷机主要技术参数

3 干喷与湿喷工艺对比分析

3.1 干喷工艺

干喷工艺是指将水泥、砂、碎石混合料和粉状速凝剂按照设计配合比搅拌均匀后，利用干式混凝土喷射机，以压缩空气为动力，经输料管到喷嘴处，与一定量的压力水混合后，喷射到受喷面上[13]。

3.2 湿喷工艺

湿喷工艺是指将水泥、骨料和水按照设计配合比进行搅拌混合，通过混凝土运输车运送至喷射点，加入喷射机后通过压缩空气或其他动力输送至喷嘴处，与液体速凝剂混合后将混凝土喷射到受喷面，其主要是靠喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压密、凝结硬化而加强和保护受喷面[14]。

3.3 混凝土损耗对比分析

杏花村1号隧道在2018年3月之前采用湿喷工艺进行初期支护阶段施工，2018年3月之后采用了干喷工艺。干喷和湿喷工艺的区别体现在速凝剂和混凝土拌合方式等方面，其具体情况见表3。根据混凝土使用记录台账，本文对杏花村1号隧道下行线Ⅳ级围岩段落采用干喷和湿喷工艺进行混凝土损耗比较分析，在该隧道Ⅳ级围岩段采用了上台阶CD法对隧道进行开挖，其施工工法见图3；干喷和湿喷混凝土损耗情况见表4，表5,在每延米条件下，计算出干喷和湿喷工艺的混凝土损耗率，其具体情况见表6。

表3 干喷和湿喷工艺对比

表4 干喷混凝土损耗表

表5 湿喷混凝土损耗表

表6 每延米混凝土损耗表

由表6可知：干喷混凝土每延米设计量比湿喷多1.03 m3，每延米实际喷射量比湿喷多1.48 m3；湿喷混凝土的损耗率为22.52%，小于干喷混凝土损耗率29.23%。由混凝土喷射量和损耗率对比分析可知：采用湿喷工艺节约了混凝土的使用量，并降低了混凝土的损耗率。

3.4 其他方面对比分析

1)人员数量需求方面。

干喷工艺需要喷射混凝土人员1名，上料人员4名，检修人员1名，指导人员1名，共计7名人员。湿喷工艺需要操作人员1名，检修人员1名，指导人员1名，共计3名人员。可见，湿喷工艺比干喷工艺节约了4名人工数量，减小了对于人工费用的支出。

2)安全、健康方面。

现场干喷作业如图4所示，由于干喷工艺水与混凝土料在喷嘴处快速拌合，不可避免地使部分混凝土料与水结合不充分，从而导致现场出现一定的粉尘。经过现场实测，粉尘质量浓度为30%。在进行喷射作业时，操作手需靠近喷射区进行喷射，所产生的粉尘对人员健康伤害较大，同时，围岩上的碎石存在掉落的可能，人员安全存在一定的风险。

现场湿喷作业如图5所示，由现场作业可以看出粉尘浓度较干喷现场小，空气清晰度较好，其原因是湿喷工艺的混凝土料是在拌合场提前拌和好的，喷射时的混凝土含水量较大，基本不产生粉尘，人员的健康得到了相应的保障。另外，湿喷工艺是操作手通过无线遥控装置控制喷射臂进行湿喷作业[15]，操作手不需靠近喷射区，避免了喷射料反弹伤人等事故。

3)施工效率方面。

干喷的喷射能力为14 m3/h，湿喷为25 m3/h，施工效率是干喷的2倍左右。对于采用干喷工艺进行隧道初期支护阶段喷射混凝土施工时，左上导洞或者右上导洞喷射完成需要2.5 h，而在同样条件下，湿喷作业只需1.5 h，使施工效率得到了提高，加快了施工进度。

4 两种工艺的优缺点

通过以上多方面的对比分析研究，并结合现场施工情况，干喷和湿喷工艺存在以下优缺点：

1)干喷工艺具有技术要求低和操作方便等优点，广泛应用于隧道初期支护施工阶段，但是存在每延米损耗率高、劳动力度大和施工效率低等缺点。

2)相对于干喷工艺，湿喷工艺具有每延米损耗率低、劳动力度小和施工效率高等优点，但是湿喷作业要求操作人员专门培训，持证上岗，并要求操作人员根据不同的喷射部位及时调整风压、喷射速率和速凝剂的加入量等，对操作人员的技术水平要求较高。目前，工程上缺乏此类的技术人员，人员紧缺的情况下会延误施工进度，且劳动力成本高，这是杏花村1号隧道在2018年3月之后将湿喷工艺改为干喷工艺的主要原因。另外，在喷射过程中，各个部位的均匀程度难以控制，存在喷射过厚和厚度不足的缺点。

5 结论

在杏花村1号隧道的施工过程中，通过对干喷和湿喷工艺多方面的对比分析研究，得出了如下结论：

1)对于杏花村1号隧道Ⅳ级围岩初期支护施工阶段，湿喷工艺每延米的混凝土设计量比干喷少了1.03 m3，实际喷射量比干喷少了1.48 m3，节约了混凝土的使用量。2)湿喷工艺每延米的混凝土损耗率为22.52%，比干喷工艺降低了6.71%。3)干喷和湿喷工艺存在各自的优缺点。在超大跨度公路隧道初期支护阶段，应根据现场施工情况选择合适的喷射混凝土工艺。