笔架山隧道湿喷工艺应用技术总结

海 涛

(山东省济南市轨道交通集团有限公司，山东 济南 250000)



笔架山隧道湿喷工艺应用技术总结

海 涛

(山东省济南市轨道交通集团有限公司，山东 济南 250000)

介绍了宝兰客专笔架山隧道湿喷施工所用的机械设备，从施工准备、喷射混凝土、堵管处理、维修保养等方面，阐述了湿喷操作要点，并介绍了劳动力组织方案与质控措施，达到了提高工效的目标。

隧道，湿喷工艺，混凝土，质量控制

0 引言

传统的湿喷设备大多结构简单、功能单一、生产效率低，施工时需要人工手持喷枪进行喷射，工人劳动强度大，骨料的反弹及喷射产生的粉尘对施喷人员健康有极大的危害,且回弹率高达30%～40%，造成较大的浪费。业内目前积极推广使用喷射速度快、机械化程度高、回弹率低的大型喷射混凝土机械手。

1 工程概况

中铁十四局承建的宝兰客专笔架山隧道全长8 406 m，隧道地处渭河南岸南陇山与西秦岭北缘过渡带，通过区地势起伏较大，山势陡峻，河流曲折，呈峡谷地貌景观，洞身纵坡为23.4‰的单面上坡，岩性是燕山期花岗岩。

2 机械选型

正洞开挖断面116 m2，设计初支喷混凝土每延米7 m3，按上中下台阶同时施工，一次开挖进尺2榀拱架间距1.6 m，喷混凝土量为7×1.6×1.2=13.5 m3。考虑回弹量，预留变形量、超挖量，每循环喷混凝土量一般在30 m3左右。

经过市场调查及与工程适用性能的比较，初步选定岩峰TKJ-15型混凝土喷射机组和铁建重工HPS3016喷射台车。

1)TKJ-15型混凝土喷射机组：机械手主电动机功率45 kW，最大喷射高度15 m，最大喷射宽度18 m，生产率8 m3/h～12 m3/h，该机组主要由湿喷机、行走底盘、臂架、喷射头、电缆卷筒、速凝剂添加系统、气路系统、液压系统和电气控制系统等组成。全长8.1 m，总高3.2 m，总重15 t，主臂最大长度8.1 m，一级举升臂最大举升高度3.9 m，二级伸缩臂伸缩行程3 m。该机械采购价格82万元。

2)HPS3016喷射台车：主电动机功率75 kW，爬坡能力16°。前后两个驾驶室、四轮驱动、四轮转向；适应狭小空间隧道内无需掉头；在通过各类作业门架、仰拱栈桥时行车视野好，行车安全有保障。臂架系统一次定位覆盖范围广，操作灵活，可轻松实现隧道弧面喷射，一次定位喷射高度覆盖3.5 m～17.5 m、宽度覆盖31.4 m、纵向覆盖15.3 m，一次定位无需挪车即可完成一循环弧面喷射混凝土。该机械国内首次采用独特的二级回转台结构设计和前后移动的导轨结构，采用全液压驱动的三节折叠臂和一节伸缩臂。该机械采购价格176万元。

3 工艺要点

湿喷操作要点：风压大小、岩面整洁度、速凝剂掺量、一次喷射厚度、操作手经验水平、喷射距离、角度、喷射顺序、喷头移动等等。

3.1 施工准备

开机前检查准备工作是否充分，风压系统是否稳定，电源供应是否正常，人员是否到位。施喷前，先检查管路是否畅通，湿式喷射机是否处于正常状态，进料口振动筛(筛孔10 mm)是否安设妥当。

3.2 喷射混凝土作业

喷射时首先调整喷头位置，调整小臂与地面水平，与隧道边墙平行，调整喷头距离、角度，完成上述工作后可开始喷射，喷射中尽量不要再调整喷头距离、角度及机械手大臂，仅需使用自动伸缩功能控制喷头在小臂上自动伸缩，即从一端缓慢运行到另一端来回2次～3次可完成一遍喷射；然后伸展大臂30 cm左右，大臂做垂直、水平移动，确保喷头与岩面的角度和距离，按上述顺序喷射下一部位，如此循环完成需喷混凝土的喷面。

3.3 喷混凝土技术要求

1)混凝土坍落度。骨料最大粒径应小于16 mm，否则会因阻力过大无法顺利喷出而冲掉喷嘴处塑料喷头而短时中止施喷，影响工效；混凝土坍落度宜为10 cm～18 cm。

2)工作风压、风量。工作风压宜控制在0.1 MPa～0.15 MPa。工作风压的选择与混凝土的和易性有关，和易性越好，工作风压较小，反之偏大。风压调整应根据工作面距离，合理选用机械手的输送管直径，确保得到合适的混凝土出口速度，实际施工中应根据混凝土和易性、风压稳定性影响进行调整。

3)岩面整洁度。对于较脏岩面，先用高压风或水清洗受喷面，提高混凝土与岩面的粘结力以达到喷射最佳效果。欠挖超标过多的先行局部处理。对于渗水岩面，一般情况下湿喷可以将渗水封住，对于渗水较严重，形成水流时就需要打排水孔、挂防水板，然后进行喷护作业。

4)喷射层厚度。分层喷射，一次喷射厚度不宜超过3 cm～5 cm，待硬化并强度达到5 MPa～8 MPa后，在设计确定的断面位置埋设厚度量测组件；继续分层喷射达到设计厚度。

5)速凝剂掺量。掺量过大导致回弹增大，混凝土喷层密实性变差；掺量过小导致喷层流淌下坠形成微裂纹或掉块。因此须在进行喷射混凝土作业时严格控制其掺量，以达到质量控制和节省成本的目的。一般拱部部分速凝剂掺量较边墙部分稍大，且喷射速度也相应较慢。

3.4 喷混凝土控制要点

1)应先墙后拱，从下至上、以S曲线移动进行喷射。隧道从两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合，完成一环喷射混凝土的一次试喷。

2)喷头应保持与受喷面垂直，连续的混凝土对反弹物有二次嵌入作用，可以降低回弹率，增加一次喷射厚度。

3)由于湿喷要求的风压较大，如果喷头距受喷面太近，高压风会将刚“附着”在受喷面上的混凝土吹掉，使混凝土的回弹量增大。喷头距岩面的距离宜为0.6 m～1.2 m。

3.5 堵管处理

喷射施工中若发生堵管现象应立即关闭机械手及计量泵，关掉输送风，拍打软管，并倒掉管内存留混凝土，堵管处理完成后应先加水喷射洗管，确保管路畅通。

3.6 维修、保养

定期按操作规程对机器进行维护、保养。因机械手的维修难度和费用较高，因此机械手的日常维护保养工作十分重要。

4 劳动力组织

劳动力组织见表1。

表1 主要人员组织表

5 混凝土配合比

施工采用的C25喷射混凝土配合比为：水泥460 kg、砂968 kg、碎石792 kg、水180 kg、减水剂4.6 kg、速凝剂23 kg，坍落度140～180，掺加速凝剂的初凝时间不大于5 min，终凝时间不大于10 min。该配合比经现场实际使用，强度满足要求，有利于现场喷射，能够有效降低回弹率，施工过程中应加强配合比的控制，根据试验人员出具的施工配合比进行拌制混凝土，严禁随意调整，混凝土运输过程中严禁私自加水。

6 质量控制措施

影响喷层质量的主要因素有混凝土拌合物工作度、设备性能、操作手水平、速凝剂掺量、材料及混凝土配合比等。

1)采用分层喷射、“动大臂、移小臂”的操作要点，确保移动喷射点由点到线再到面保证喷射混凝土的平整度。

2)优化配合比，选择高质稳定的速凝剂，严格控制水胶比和速凝剂掺量，确保混凝土强度。

3)采用预埋钢筋、分层喷射来保证喷射混凝土厚度。

4)喷射过程中严格按操作规程进行，调整喷头至岩面的角度和距离、工作风压、速凝剂掺量等工艺参数至最佳状态，降低喷射回弹率。

5)每次喷混凝土厚度不宜大于10 cm，复喷应间隔5 min～10 min进行。

6)成立专业班组，通过培训指导提高技能，以提高机械手喷射技术。

7)所有进场材料须有出厂合格证和产品检验报告。

7 总结及建议

宝兰客专笔架山隧道施工中采用大型喷射混凝土机械手进行施工，显著改善了喷射混凝土质量，减少了回弹量，操作人员劳动强度低，提高了工效，取得了较好的效果。需改进问题如下：

1)初期使用时喷混凝土回弹率较大。主要是原材料质量不稳定、喷混凝土配合比、速凝剂掺量、喷锚手水平等多方面原因造成。目前回弹率基本控制在20%以内。

2)TKJ-15型混凝土喷射机组主臂伸长量8.1 m，而隧道采用三台阶法开挖，每台阶长度4 m～5 m，总长15 m，且斜井坡度为14.5%，受作业空间及臂长限制，每次上台阶喷混凝土时，需将下台阶填平至中台阶高度，上中台阶间设置斜坡，以便于机械操作，每循环喷混凝土时间一般在3.5 h～4.5 h。现场及时购买了臂长13 m的HPS3016喷射台车，每循环喷混凝土时间在2.5 h左右，提高了效率。

3)一般情况下，施工机械化程度越高，生产效率就越高，施工进度也越快，因此工期要求紧时，应选择性能好、产量高的设备,且数量要能满足要求。根据机械价格、生产效率、现场适应性等方面综合比较分析，对于短隧道或工期要求不紧的隧道可以选择购买成本低的设备，对于长大隧道施工建议购买大型设备。

[1] 刘金书.HPS3016S混凝土湿喷机的研制和应用[J].铁道建筑技术，2016(10):87-89.

[2] 杨建民.基于全电脑多臂凿岩台车和湿喷机组的公路隧道施工工艺研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.

[3] TB 10108—2002,铁路隧道锚喷构筑法技术规范[S].

On summary of wet-spraying technique of Bijiashan Tunnel

Hai Tao

(ShandongJinanRailTrafficGroupCo.,Ltd,Jinan250000,China)

The paper introduces the mechanic equipment of the wet-spraying construction of Bijiashan Tunnel along Baoji-Lanzhou Special Passenger Railway, illustrates the wet-spraying operation from the construction preparation, wet-spraying concrete, treatment of blocked pipes, and maintenance, and introduces the organization scheme of the labor and quality control measures, so as to improve the construction efficiency.

tunnel, wet-spraying craft, concrete, quality control

1009-6825(2017)15-0165-03

2017-03-15

海 涛(1988- )，男，工程师

U455

A