大型喷射混凝土机械手湿喷工艺施工技术

闫高文

（中交第二公路工程局有限公司隧道工程公司，陕西西安 710000）

0 引言

近年来，大型喷射混凝土机械手湿喷工艺，已经成为混凝土施工的一种新型方法，在隧道施工过程中，得到了广泛应用。该技术的应用，不仅大大提高了混凝土施工的工作效率和施工质量，同时改善了施工作业环境，施工成本降低。以铜怀高速金斗量隧道为例，给出大型喷射混凝土机械手湿喷工艺的相关特点和具体施工细节。以便在实际施工过程中，保证有效应用该施工技术，确保混凝土达到相关要求。

1 工程概况

工程涉及的金斗量隧道为分离式小净距隧道，该标段起讫里程DK691 km+361.53 m～DK716 km+850.00 m，全长25.488 km，包括隧道2座、渡槽1座、框架涵1座，路基土石方21 975.95 m3，无砟道床50.921 km。右侧有G209国道通过，部分山区有乡间水泥路通过，仅局部地段交通较为便利，其余地方通行仍较困难。本隧道起止里程为DK694 km+053 m（YDK694 km+045 m）～DK716 km+804 m（YDK716 km+816 m），为 2条单线隧道，左线隧道全长22 751 m，右线隧道全长22 771 m，隧道内除出口约2 km段为下坡外，其余为上坡。隧道最大埋深约510 m。隧道地质构造及水文地质条件复杂，属控制性重点隧道工程。左洞全长2358 m，右洞全长2506 m，是全线控制性工程，隧道地质情况复杂，岩溶、溶蚀现象集中分布，隧道通过时往往与地下发育、分布的各类规模岩溶、洞穴、溶蚀现象不期而遇，存在较大突水突泥的可能性。隧道右侧有G209国道通过，进出口距G209较近，交通较方便。左线隧道进出口里程为DK691 km+361.6 m、DK694 km+029 m，长度为2667.4 m；右线隧道以燕尾段小间距YDK693 km-530.1 m为起点，出口里程YDK693 km+994 m，长度463.9 m。隧道所处地区内属温暖带大陆性半湿润季风性气候，气候温和，四季分明，气候具有南北过度的特点，属于地温凉湿润区，地势较高，气候温凉。多年平均气温12.6℃左右，最高气温 ℃，最低气温-19.1℃，历年平均降水量647.8 mm，年最大降水量1011.7 mm，由于受地形和气候带的影响，降水量季节性变化明显，降水主要集中在7～9月。

2 工艺操作要点分析

喷射混凝土机械手在进行作业的过程中，混凝土的配比、速凝剂的选用、喷射距离、作业风压以及操作人员技术水平等，都将影响混凝土喷射质量以及回弹率。所以采用大型喷射混凝土机械手对以上相关要求较高，混凝土配比必须通过试验确定并满足设计强度和湿喷工艺的要求，速凝剂的选用必须与混凝土的性能相对应，操作人员必须经过相应的培训方可进行作业，施工设备在施工前，必须对所有的机械设备进行适当调试，确保设备可以达到实际的使用要求。在施工过程中，所有施工人员必须按规定的工艺细则进行操作，保证所有的施工都规范进行，为该项技术的开展提供良好的基础[1]。

3 使用大型喷射混凝土机械手的优势

随着人们生活质量的提高，人们对施工成本和作业环境的要求也越来越高。在传统的喷射混凝土施工过程中，喷射混凝土回弹量大、空气粉尘含量高、作业人员多、安全风险大。采用大型喷射混凝土机械手进行施工，能有效降低施工过程中的粉尘含量，改善施工作业环境，大大提高工作效率，降低施工成本，降低作业风险。应用大型喷射混凝土机械手，使得长大隧道施工迈进了一个新时代[2]。

4 HPS3016S湿喷台车技术优点

通过前期市场进行调查和研究，确定应用HPS3016S混凝土喷射台车用于混凝土喷射施工。该设备具有生产率高、喷射砼密实、性能稳定、方便快捷、操作简单、喷射无死角、节能减排并改善劳动条件、降低施工安全风险等特点。

HPS3016S湿喷机械手设备技术参数：整机重量19.5 t；外形尺寸11234 mm×2500 mm×3198 mm；作业范围（宽×高）31 400 mm×17 500 mm；作业深度在停放平面以下7.6 m；作业距离≤15.3 m；最大理论方量30 m3/h；爬坡能力≤34%；控制方式为机控+无线遥控，最大遥控距离100 m。

HPS3016S湿喷机械手是集行走、泵送和喷射于一体，通过喷射机泵将稠密流料泵送至喷头处与电脑全自动配比掺量控制的液体速凝剂混合，再用高压空气进行混凝土喷射的设备，可在狭长的隧道中灵活操作，添加剂的流量采用手动调速与变频调速相结合，使添加剂流量控制范围更宽，实时无级调节[3]。

5 HPS3016S湿喷台车喷射混凝土施工

（1）施工工艺。图1为HPS3016S湿喷台车喷射混凝土施工流程。施工过程中，为了保证最佳的混凝土喷射质量，应严格按施工流程进行施工。

图1 HPS3016S湿喷台车喷射混凝土施工流程

（2）湿喷配合比的选定。以往在对喷射混凝土配合比进行设计的过程中，人们更注重混凝土的保水性、流动性、黏聚性，忽略了混凝土配比是否可以适应湿喷机。对比国外，国内对于湿喷机的研究水平以及应用水平都不及国外，但是国内的湿喷机生产厂家积极学习国外的湿喷机生产工艺，同时融入自己的设计思路。不管哪一种湿喷机，其喷射能力都不尽相同，在对配合比进行设计的过程中，不仅要充分考虑混凝土的性能，还需要考虑湿喷机的性能[4]。

在正式施工之前，必须通过试验室试验确定最佳的混凝土配合比，试验开始之前，先配制经济性较好，性能更稳定的基础配合比，然后进行试喷试验，边进行试验边对配合比进行调整，最终得出既可以满足混凝土性能要求；又可以适应现场湿喷机机械性能要求的配合比。

控制坍落度处于（160～200）mm，有效解决了堵管、表面平整度不佳以及回弹量较大的问题。具体的原材料配比用量见表1。

表1 原材料配比用量kg

（3）HPS3016S湿喷台车喷射混凝土施工。喷射混凝土施工按照分段、分片，自下而上、先墙后拱顺序进行，分层喷射，边墙每层厚度按照（6～8）cm 控制，拱部厚度按照（4～6）cm 控制，后一层在前一层混凝土终凝后进行，直至复喷到设计厚度。控制混凝土速凝剂的添加量≤6%。控制混凝土的坍落度处于（16～20）cm。严格控制细集料含量，控制风压为0.6 MPa左右。

（4）减少回弹的方法与措施。①提高喷射手的操作技能。只有正确操作机械，使理机械可以发挥足够的优势，才能有效保证回弹量。必须对操作人员进行适宜的培训，选择更为专业技术人员对HPS3016S湿喷台车进行操作，技术人员必须充分掌握HPS3016S湿喷台车操作性能，给降低回弹量打好基础。②正确的喷射方式。减少回弹另外一个关键步骤就是调整喷头，使喷头形成螺旋状，后一圈大约压前一圈1/3进行喷射。③试验指导施工。正式施工开始前，必须对施工现场的地质条件和施工环境进行仔细调查，确定最佳的配合比以及速凝剂的掺量，控制风压处于最佳状态，提高喷射效率。④选用与混凝土相匹配的速凝剂，该隧道在湿喷台车使用过程中发现市场采购液体速凝剂普遍存在质保期短易结晶失效问题，容易造成喷射混凝土回弹量大，喷浆效果不理想。项目通过认真总结，并组织速凝剂厂家对项目湿喷砼特点进行分析论证后，确定了现场加工液体速凝剂方案，可根据砼需求变化灵活调整液体速凝剂生产，即产即用，有效避免速凝剂存放时间过长出现结晶情况，喷射砼回弹损耗明显降低，砼质量也得到了保证[5]。

（5）HPS3016S湿喷台车喷射混凝土工效分析。通过湿喷台车施工，隧道单洞喷浆作业仅需2人（1名操作手，1名普工），较传统施工（8～10）人节省人员（6～8）人，由此可大大降低拱顶落石直接打击造成人员伤亡等安全风险，安全性能大大提高，使用湿喷设备较传统工艺效果及综合延米成本对比见表2。

表2 工艺效果及综合延米成本对比

6 结束语

实际工程验证，HPS3016S湿喷台车不仅可保证初凝混凝土的质量，而且可以保证混凝土的结构强度、表面平整度以及混凝土密实性。大型喷射混凝土机械手的应用，可降低人力投入，混凝土回弹量更加合理，有效节省施工材料。湿喷工艺对液体速凝剂质量要求较高，必须保证液体速凝剂质量，建议采用自加工液体速凝剂，根据水泥情况动态调整速凝剂参数。湿喷机械手适合上台阶或全断面施工，不适合下导施工。台阶法施工时，下台阶施工受到工作面限制及二衬安全步距等因素影响，操作空间不足。