混凝土喷射台车在京沈客专隧道施工中的应用

邢宝全

关键词： 隧道 混凝土喷射台车 支护 喷射混凝土

中图分类号： U455.4 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2024）01-0126-04

北京到沈阳铁路客运专线北京段站前工程JSJJSG-9 标段起讫里程DK73+530.91～DIK92+666（长链15.198 km），正线长34.333 km。主要包括路基工程、桥涵工程、隧道工程等其他相关工程。本工程桥隧比例较高约占全线81%，其中本标段巨各庄隧道全长4 877 m，梨花顶隧道全长6 189 m，隧道沿线地质复杂多变，主要地质问题为岩爆、崩塌、崩滑、突涌、围岩失稳等问题，施工风险较大。

1 混凝土喷射台车在隧道施工中的应用

1.1 混凝土喷射台车机械设备选型

京沈客专巨各庄、梨花顶等隧道在施工初期引进HPS3016S 型混凝土喷射台车（俗称：湿喷机械手），具体如图1 所示，该混凝土喷射台车集行走、泵送、喷射三大功能于一体，具有回弹度低密实度好、生产率高、自动化程度高的特点。其喷射速度可达30 m?/h，施工速度较常规小型湿喷台车与干喷机大幅提升。喷射混凝土粉尘浓度同干喷相比大大降低，减轻了对工人健康的危害，有效减少粉尘污染，符合施工现场预防职业病消除粉尘危害的要求。

1.2 喷射台车喷射混凝土施工工艺、方法以及控制要点

1.2.1 施工工艺

本工程隧道初期支护混凝土采用厂站集中拌和，使用混凝土罐车运送至开挖需喷射支护面。断面开挖或部分开挖完成后采用高压风进行清理松散土质或岩石基面，先进行喷射一层素混凝土使岩面封闭，埋设测量标志桩，然后再进行打锚杆注浆使地层稳定，随后根据设计图纸地质岩面情况选择架立格栅拱架或钢拱架，同时挂设钢筋网和拱架纵向连接筋。架设完毕经检验合格后，对初次喷射岩面再进行复喷至设计厚度［1］。

1.2.2 施工方法

（1）施工前准备。

①喷射混凝土前可采用高压水或者高压空氣冲洗受喷岩面的土质、岩石碎屑。然后应先喷一层与混凝土同配合比的水泥砂浆，待水泥砂浆强度达到设计强度后再进行喷射混凝土。

②喷射混凝土应严格控制喷射的厚度以免少喷造成强度不足或者多喷造成侵线影响二衬混凝土的浇筑，厚度的控制通常采用预埋钢筋头的方法，除此之外还可以在进行喷射混凝土的时候插入铁丝，长度通常比设计图纸要求喷射的厚度长5 cm，根据施工情况每1.5 m 左右设置一根。

③检查喷射台车状况和配套使用的空压机、风管、水管、施工用电等相关情况，湿喷机到达作业面之后首先试运转确保作业时能够以最大效率进行喷射作业。

第一，空压机提供的风压应满足混凝土喷射台车的工作风压和耗风量需求。第二，对风管、水管的严密性进行检查，保证喷射台车喷射作业时压力稳定处于设计规定值。第三，打开通风机对隧道通风，使用高亮度照明设备进行照明。第四，进行喷射施工时隧道内的环境温度不得低于规范要求5 ℃。第五，料斗处可加设钢筋篦子以免有块石等杂物落入料斗内，罐车加料前再次检查料斗内有无异物。第六，检查速凝剂计量泵和配套使用的速凝剂管、速凝剂辅助风截止阀连接情况及运转是否正常。

（2）混凝土搅拌、运输。

混凝土搅拌采取厂拌强制式全自动计量搅拌机。

配料严格按照实验室出具的配比进行投料，禁止使用具有碱活性的材料。喷射混凝土应采用早强混凝土，速凝剂在混凝土喷射台车加料时进行添加，使用前应做凝结时间试验，要求混凝土的初凝时间≤5 min，终凝时间≤10 min。使用罐车运送，随拌随用避免长时间等待影响混凝土和易性。作业时多台混凝土罐车交替进行运送，保证混凝土不间断持续运料浇筑，避免运输过程中混凝土发生离析、初凝等现象，如混凝土流动性、保水性等不足致使坍落度不符合泵送要求时，应及时添加减水剂使混凝土的和易性满足泵送要求。

（3）喷射作业。

喷射作业应采用分段、分片、分层依次自下而上进行，分段长度≤6 m。先将低洼处大致喷平之后再进行往复喷射。为保证混凝土与拱架黏结密实，需先喷钢拱架（钢格栅）与壁面的间隙，再喷两榀钢架之间的混凝土，如图2 所示。分层喷射时后一层应在前一层混凝土终凝之后进行，一次喷射厚度以混凝土不滑移不坠落为度，既不因厚度太大增大用量，也不能太薄增加回弹量影响支护强度［2］。边墙一次喷射混凝土厚度控制在7～10 cm，拱部控制在5～6 cm。

（4）养护。

喷射混凝土的养护应在终凝2 h 后进行，养护时间不小于14 d。当环境潮湿有水时，可根据情况调整养护时间。当气温低于5 ℃时，不得洒水养护。

1.3 喷射施工控制要点

1.3.1 喷射操作程序

喷射操作程序是：施工准备→湿喷机械手就位→启动液压系统→启动空压机→料斗加料→喷射作业→作业结束清理机械→设备退场→机械手保养。

1.3.2 试喷混凝土

开始工作前，应做性能检查和空载试运转。选择与开挖断面围岩状况相同的地段进行试喷，按施工组织设计规定的方法对开挖断面进行喷射，留取同条件试块养护，通过试验段喷射获取速凝剂最佳掺量、台车运转的性能状况、混凝土和易性能否满足泵送要求等最佳试验参数，以便达到最佳喷射效果。

1.3.3 喷射施工技术要求

（1）隧道开挖后应及时初次喷射混凝土，使围岩断面形成强度。喷射混凝土时，应确保混凝土罐车运料的供应连续均匀，喷射作业时，应先送风送水之后再启动喷射台车，然后再通过罐车往料斗里卸料；喷射作业结束后，应在喷浆管内混凝土使用完毕后，再关闭混凝土喷射台车停止空压机供风。混凝土喷射施工完毕或者因供料不及时、断电、堵管等原因不得已中断时，应先停止空压机工作停风停水，然后将喷射台车与喷料管内剩余的积料清理干净。

（2）混凝土喷射前应检查喷射台车喷头的连接状况，喷射速度要符合设计与规范要求，以利于提高混凝土的密实度。风压过大会造成混凝土反弹量大造成混凝土用量增加造成成本浪费；风压过小喷射速度小造成粗骨料没有足够的冲击力嵌入砂浆层而脱落，造成混凝土密实度不足、混凝土用量增加造成成本浪费。多以起始风压大于0.5 MPa 后才能进行喷射作业，同时观察喷头出料情况随时调整风压的大小。混凝土喷射台车作业时喷头处的风压大于0.1 MPa，隧道内拱架间进行喷射时一般工作风压为：边墙0.3～0.5 MPa，拱部0.4～0.7 MPa［3］。

（3）喷射完成后可用锤敲击检查喷射混凝土与岩面黏结情况，同时检测断面平整度，并与开挖断面对比确认喷射厚度是否符合设计尺寸。当有空鼓时，及时凿除并冲洗干净后重新喷射或采用压浆法填充。

（4）在遇水的地段进行喷射混凝土作业时，应先对渗漏水的岩层开挖断面处理合格后再进行喷射作业，从远离渗漏水逐渐向渗漏水处喷射作业。

（5）在整机没有可靠就位前，不得开始使用喷射臂。遵守施工地区的安全规则，并设定警戒范围。操作过程中，操作手必须能够观测到整个工作范围，如果观测有困难，应安排助手协助观测指挥操作。

（6）冬季施工时应有防冻保暖措施，喷射作业面环境温度和喷混料进入台车料斗温度均不应低于5 ℃；混凝土强度6 MPa 前不得受冻。

2 混凝土喷射台车的操作及注意事项

2.1 机组支腿就位

机组就位后应保持横向和纵向水平，支腿没有正确支撑妥当前喷射臂不得举升和展开。横向和纵向允许的最大倾斜角度不得大于3°。超过会造成喷射臂回转机构超负荷，并危及机组的稳定性。在喷射混凝土的整个程序过程中，所有支腿应始终稳定地支撑在坚固平整的地面上。

2.2 泵送

2.2.1 泵送准备

混凝土泵加黄油润滑，对容易黏附混凝土的机件涂抹脱离剂或油壓液，便于作业完后清理。正式喷射前使用和喷混料同配合比的水泥砂浆进行喷射以到达润滑输送泵管的目的。

如果输料管是新的或者是长期未使用，第一次泵送必须使用水泥浆，否则容易在开始泵送时出现堵管，也会加快输料管的磨损。对不符合泵送喷射要求的混凝土，泵送时还可加入泵送剂提高混凝土的和易性从而提高混凝土的可泵送性。

2.2.2 开始泵送

从混凝土泵料斗开始泵送混凝土到喷嘴稳定地喷出混凝土，称之为“开始泵送”时段，是随后工序能否顺利进行施喷的关键阶段。输送管路的预润滑是否恰当，是保证实现顺利“开始泵送”的关键，混凝土的合理配比及和易性是保证顺利泵送的重要前提。

准备向混凝土泵料斗卸料前，罐车应以最快转速搅动3～8 min（具体根据罐车等待时间确定），以保证混凝土和易性。顺序为将混凝土从搅拌罐车送入料斗→启动搅拌器和振动电机→开始泵送。

2.2.3 泵送间断

喷射混凝土作业时应尽量避免中断，混凝土在输送过程中受振动影响容易产生离析，在喷射中断的时间里有可能初凝堵管。如果必须中断泵送，应做以下处理。

（1）对保水性差的混凝土，禁止中断输送。当重新泵送时，必须先反抽直到充分搅动料斗内的混凝土，再开始正常泵送。

（2）若预计中断时间达到初凝时间，应将泵管内混凝土反抽回料斗。

在重新泵送之前，须将料斗内的混凝土重新搅拌达到泵送混凝土和易性的要求之后再进行泵送喷射作业。

2.3 喷射臂的运作

在整机没有可靠就位前，不得使用喷射臂。操作过程中，操作手必须能够观测到整个工作范围。如果观测有困难，应安排助手协助观测指挥操作。喷射台车喷射臂最大喷射高度可以达到17.5 m，最远喷射距离可以达到15.3 m，最低作业深度为混凝土喷射台车停放水平面以下7.6 m［4］。

2.3.1 伸展喷射臂

喷射臂的伸展和收拢严格按程序操作，如果不按照喷射臂伸展和收拢的程序操作将会导致喷射臂及其附属构件的损坏。喷射臂展开的程序如下：提升一臂→展开二臂→展开三臂→伸展四臂。

2.3.2 收拢喷射臂

先收缩喷射四臂，收缩时注意不要损坏喷头、喷嘴、管路和液压元件等附件。依次收拢三二一臂，回转到停放、行驶位置。

喷射臂下降时不要造成碰撞和挤压任何机件、管路、线缆。如果喷射臂动作失效，必须立即尝试向相反方向移动、使喷射臂离开危险区域，移到能够掌握、控制的区域，控制住喷射臂［5］。

2.3.3 设备清洗

每一次作业后应立即彻底检查并清洗料斗、管路、摆管阀等所有密封件，保证台车工作性能。

如果喷射作业仅是暂时中断，并在终凝前能够再次施喷，则可以不做清洁保养作业。如果泵送喷射中断时间预计会超过初凝时间，则应立即进行清理作业。对于80 mm 内径的输送管路宜采用DN120 或DN150 的海绵球［6］。

3 结语

通过HPS3016s 型混凝土喷射台车在京沈客专巨各庄、梨花顶等隧道实际应用可以发现：混凝土喷射台车可同时有效解决干喷机和小型湿喷机存在的不足，加快施工进度，为后续二衬浇筑缩短时间；混凝土喷射台车造成的粉尘污染比干喷机大大降低，改善了施工环境，满足地方对施工扬尘治理要求，对操作手等隧道内施工人员的身体健康有了保障，降低了职业病的概率；混凝土喷射台车采用遥控自动操作，角度及距离等能够精准掌控使混凝土达到了低回弹率的要求，同时也保证了密实度，进一步提高了工程质量；混凝土喷射台车在隧道初期支护中优点诸多，在今后的施工中具有不错的发展前景。