湿喷机械手在桐梓隧道施工中的应用.pdf

1、湿喷机械手在桐梓隧道施工中的应用陈应强 黄力【摘要】随着隧道施工技术的发展，机械手湿喷因为性能优良、大大降低隧道内粉尘浓度、生产率高、回弹度低、施工质量高的特点已经成为隧道喷锚施工的主要手段。论文以机械手湿喷在桐梓隧道中的实际应用为例，对机械手湿喷工艺全过程进行了阐述和分析，总结得出适用于隧道机械手湿喷的工艺要求。【Abstract】With the development of tunnel construction technology，themechanical hand wet spray has become the main means of tunnel shotcrete an

2、chorconstruction because of its excellent performance，greatly reducing the dustconcentration in the tunnel，high productivity，low resilience and highconstruction quality.Taking the practical application of mechanical hand wetspray in Tongzi tunnel as an example，this paper expounds and analyzes thewho

3、le process of mechanical hand wet spray，and summarizes the technologicalrequirements suitable for tunnel mechanical hand wet spray.【关键词】隧道;湿喷机械手;湿喷工艺【Keywords】tunnel;wet spray mechanical hand;wet spray technology【中圖分类号】U455.3【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2020）04-0190-031 引言目前，国内隧道机械手湿喷工艺因为其较传统工艺的诸多优点正在快速得

4、到普及，也因在环保、职业健康、隧道施工质量的大环境下，传统的干喷、潮喷、湿喷等工艺必将被淘汰，但是针对机械手湿喷工艺很少有较为完整且具有实际指导施工的工艺流程阐述。通过机械手在桐梓隧道的施工应用，详细地从机械手湿喷各个因素进行阐述，为隧道喷锚施工总结出机械手湿喷工艺参数，也为类似工程提供借鉴。2 工程概况桐梓隧道为分离式特长隧道，左幅起讫桩号为 ZK34+508ZK45+005，全长 10497m，最大埋深约 639.61m，右幅起讫桩号为 YK34+530YK45+015，全长 10485m，最大埋深约639.07m。隧道左右幅均为上坡，纵坡均为 1.75%。隧道穿越地质复杂，均为岩溶隧道，

5、全隧穿越 3 条断层破碎带，12 次不同地层，斜井穿越近 200m 岩溶向斜施工，主洞横穿 2 层高瓦斯煤层施工，隧道具有突水、突泥、溶洞、暗河、瓦斯、高地应力等不良地质高风险特点。隧道初期支护采用湿喷工艺喷射 C25 混凝土。3 机械手湿喷工艺3.1 机械手湿喷原理桐梓隧道采用五新 CHP25B 型湿喷车，其主要参数见表 1。湿喷机械手工作原理是利用压缩空气将预拌好的混凝土混合料通过管道输送至喷枪，在喷枪口同步接入压缩空气和速凝剂，将混合料高速喷射到受喷面，经快速凝结硬化形成混凝土支护层1。3.2 喷射混凝土喷射配合比与喷射混凝土强度、回弹率、初喷层厚度有密切关系2，根据设计确定水灰比后，设

6、计重点放在混凝土和易性和速凝剂的选择上，坍落度控制在 160200mm，并具有良好的粘聚性，考虑混凝土回弹率控制在 15%以内，而速凝剂需要操作手现场操作控制，所以操作手必须根据要求并结合现场实际情况及经验，灵活并及时调节速凝剂掺量。施工现场根据喷砼效果将设计配合比进行调整，实际施工用配合比如表 2 所示。3.3 喷锚顺序先将上一循环与本循环钢拱架背后喷密实，喷至拱腰位置。然后开始从拱脚位置喷射，一般是拱架之间左右交替喷射，堆喷成凹弧状。然后开始喷射拱顶位置，喷射厚度约10cm，最好不超过 15cm，然后开始将边墙位置复喷平整，期间需要人工用长柄铁锹将拱架上混凝土铲掉，以免视线问题造成喷射面不

7、平整问题。然后开始补喷拱顶，喷至凹弧形。最后将上一循环拱顶补喷平整。至此喷锚工序完成。边墙超挖过大时，超挖部分加塞网片，加大喷射压力，一直堆喷至凹弧形，待喷完拱顶再复喷平整。拱顶超挖过大时，分层喷射，分层厚度约为 10cm，并加大速凝剂掺量，平均加大至 6%。超挖处喷射混凝土需要操作手根据经验掌握喷射技巧，以免造成因加塞网片导致喷射混凝土不密实或空洞。3.4 喷射参数3.4.1 喷射角度根据现场喷射混凝土经验，边墙喷射混凝土时，喷射角度宜控制在 90，即喷嘴与受喷面呈 90角。而拱顶喷射混凝土时，喷射角度控制在 6090，首先 90喷射，后60喷射，便于形成一个较小斜面，增大喷射混凝土的初始接

8、触面积，既可以减少回弹，也可以适当增加喷射混凝土一次性喷射厚度。复喷或补喷喷射角度最好不要低于 70，否则会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响混凝土质量。3.4.2 喷射厚度喷射混凝土应划分区域，分层喷射。一般情况下，每个区域喷射时可先初喷一层，厚度不超过 10cm，然后再复喷至设计厚度。另外，尽管喷射混凝土加有速凝剂，但是初喷厚度过大，容易使速凝剂尚未凝结，新喷射混凝土覆盖上来，引起较大的回弹，甚至导致直接大面积掉块现象。如果遇到超挖现象，尤其是拱顶超挖，应针对超挖处加塞钢筋网片，再视情况分多次分层喷射混凝土。3.4.3 喷射风压实际施工中，喷嘴风压的控

9、制需结合现场情况来定，风压过大或过小都会影响喷射混凝土的密实度、强度及回弹率，现场技术员可根据试验室的试验结果指导操作手灵活调节风压。另外，风压的大小与混凝土的和易性有关，和易性越好，所需风压较小，反之则偏大。湿喷车显示空压机提供风压为 0.8MPa。遥控器上有按钮可调节喷嘴处的风压，一般情况下，边墙喷嘴处风压约 0.4MPa，拱部风压约为 0.5MPa，喷射混凝土试验结果满足设计及规范要求。3.4.4 喷锚距离一般情况下，喷嘴到受喷面的距离控制在 0.81.2m，具体数值需要操作手根据开始喷射混凝土效果来调节。复喷时，喷嘴到受喷面的距离控制在 1.52.0m，因为此时喷射混凝土接触面积小，增

10、大喷射距离可以减小混凝土反射力，减少回弹。3.4.5 喷锚时间掌子面喷射混凝土时间按现场实际情况来看，一循环（循环进尺 3m）喷射时间平均为5h，而其中喷射时间最长的部位在于拱顶，基本占喷射时间的一半，所以拱顶超欠挖控制尤为重要。操作手可根据现场实际超挖情况，优先噴射超挖处，减少喷射混凝土时间。3.5 喷锚效果一般情况下，边墙喷锚可在一个循环内喷射到位，而拱顶喷锚需要下个循环或专门二次补喷才能达到设计要求。3.6 回弹率测定现场喷射混凝土回弹率测定采用传统方法：现场取若干点算出回弹混凝土的平均厚度，据此估算回弹量。为使算出的数据尽可能准确，喷射混凝土前应将掌子面底板机械整平，然后再喷射混凝土。

11、据此得出回弹率约为 12%。再考虑喷射混凝土过程中混凝土因喷嘴处喷射压力在 7MPa 以上，会造成部分回弹混凝土无法测定等原因，综合得出回弹率约为 13%。4 注意事项4.1 关于喷嘴与受喷面的距离控制喷嘴与受喷面的距离与风压、速凝剂、砼坍落度等参数有关。假设上述参数已达到最优，则由操作手根据现场的回弹量经验来调整，回弹小则减小距离，回弹量大则增大距离，最终找到喷砼堆积快，回弹量又可接受的平衡距离。4.2 关于喷射角度的选择根据现场观察来看，边墙喷射角度尽量控制在 90左右，回弹量最小。喷砼至拱腰时，一般先 90喷射，然后调整角度约 60斜喷，可减少回弹量。4.3 关于混凝土坍落度根据现场经验

12、来看，坍落度调整至砼可以从罐车顺利流出即可。坍落度过大，加大速凝剂掺量也无明显改善效果，而且速凝剂影响喷射混凝土的强度。4.4 关于喷砼技巧有丰富经验的操作手开始时可近距离试喷，根据喷射出的砼情况调整喷射时的参数。喷砼时可先将拱架背后喷密实，然后开始从拱架处向拱架之间慢慢堆喷，这样可以让砼有更大的依附面，减少掉块现象。喷至拱架面时必须用铁锹铲平拱架上的混凝土。因为现场作业环境影响操作手视线，不及时铲平拱架上的混凝土，很容易造成喷砼喷厚，导致喷锚面侵限。复喷时，喷嘴与受喷面距离可调整至 1.52m，一是可以减少回弹量，二是操作手易控制喷射厚度，更容易控制砼面平整度。4.5 关于掉块现象掉块现象造

13、成原因有原材料（速凝剂、砂石料等）质量、风压、超挖、一次性喷砼厚度过大等。解决方法有严格控制原材料进场质量，尤其是速凝剂质量以及砂石料质量;严控控制爆破，控制超挖现象;操作手根据经验，喷不同位置调节风压。掉块现象集中在拱腰以上，拱部如有超挖，可先喷射拱顶，喷射厚度不超过 15cm，然后再喷边墙位置，给拱顶砼一定的凝固时间后，再喷射拱顶位置，如此循环操作，可节省喷射混凝土时间。喷射拱顶时，调小风压和增大喷射距离，否则后喷混凝土对先喷混凝土也会有大的扰动，造成掉块现象。4.6 关于喷射时间喷射时间与混凝土质量、操作手熟练程度、超欠挖、现场工序衔接等因素有关。其中，如前所述，拱顶喷射时间大约占喷射总

14、时间的一半，所以拱顶超欠挖控制尤为重要。4.7 关于喷射混凝土喷射混凝土质量至关重要，若质量差将直接导致喷射混凝土过程中喷射管堵塞或者喷射混凝土掉块等现象。另外，混凝土的供料要连续，喷射过程中经常停机，容易造成喷头处堵管现象，清除堵管非常麻烦，耽误作业时间。5 结论在桐梓隧道湿喷施工过程中，通过对工艺的总结，目前得出混凝土综合回弹率为13%，满足规范要求。但是以后仍需继续对工艺进行总结，将回弹率控制在 10%以内，争取更大的经济效益。机械手湿喷仍为人工操作遥控实现，所以机械手操作员的素质也是一个不可忽略的因素。对于像桐梓隧道大断面的隧道建议可以研发有两个自由喷射臂的机械湿喷机械手，可以同时喷射拱顶和边墙，只要调节好喷射部位，两个臂可互不干扰工作，可节约约一半的喷锚时间。【参考文献】【1】李鹏华.混凝土湿喷机械手在隧道施工中的应用J.工程建设标准化，2015（2）.【2】宋晓辉，徐飞萍，方耀卿，等.公路隧道湿喷工艺一体化施工方案研究J.山东交通科技，2008（2）：84-87.