中铁十七局集团第六工程有限公司福建省福州市350000
摘要：结合混凝土湿喷机械手在北山隧道出口段的施工情况，从湿喷机械手的选型、施工工艺和质量控制要点等方面进行了阐述，并针对传统的干喷工艺，从效率、成本等方面与湿喷机械手施工工艺进行分析和对比，表明湿喷机械手在隧道施工中具有优越性，有一定的推广价值。
关键词：隧道、初期支护、湿喷、湿喷机械手
1.工程概况
长乐前塘至福清庄前高速公路北山隧道位于福清市龙山街道境内，北山隧道全长2756m，为分离式双洞隧道，最大埋深260m。隧道以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主。北山隧道由A2、A3两个标段共同施工，本标段隧道长1386米。本隧道主要由上下台阶法施工，洞口段采用双侧壁法施工。隧址区上部为第四系残坡积层；下伏基岩为侏罗系南园组熔结凝灰岩及其风化层。
隧道洞身围岩主要为微风化熔结凝灰岩，属坚硬岩，岩体多较完整～完整；进、出口段附近为中风化熔结凝灰岩，为较坚硬岩，岩体破碎～较完整，对隧道洞身围岩的稳定较有利。
2.设备选型
喷射混凝土采用CHP25B车载式湿喷机械手，产地为湖南五新隧道智能装备股份有限公司。该设备特性：机动性强，转场方便，可兼顾多个掌子面；电动力系统，适应力强，可靠性高；机械手动作灵活，施工范围大，无施工盲区；凝剂用量和混凝土方量自动匹配，减少速凝剂消耗；喷射量理论最大可达25m3/h,综合回弹率可控制在15%左右；性价比高，设备耐久。每班需配备辅助工人2名，湿喷操作手1名。
3.机械手湿喷混凝土工艺。
标准化要求喷射混凝土必须用湿喷工艺。喷射混凝土必须在规定的拌和站统一拌和，由混凝土运输车运至施工地点。隧道开挖完成，先对掌子面进行初喷作业，然后按照设计图纸求施做初期支护措施，最后进行湿喷混凝土至设计厚度。①喷射前准备。岩面有渗水出露时，应先引排处理。当局部出水量较大时，可采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟等措施，将水引导疏出后再喷射混凝土。混凝土中可根据试验结果增添外加剂以确保喷射混凝土质量。应埋设标志或利用锚杆外露长度以控制喷射混凝土的厚度，确保最小厚度满足设计要求。检查材料、机具、劳力的准备情况，检查风、水、电等管线路并试运转，作业面具有良好的通风和照明条件。②喷射作业。混凝土中的水泥、细骨料、粗骨料以及骨料级配、水要符合《隧道施工及验收规范》的要求。在喷射混凝土之前应检查开挖断面尺寸，清除危石和墙脚的岩碴，用高压风将开挖面的粉尘和杂物清理干净。喷射作业应分段、分片、分层，由下而上依次进行。湿喷机械手喷嘴离岩面距离0.6～1.0m左右，拌合站应严格控制水灰比，使喷射层表面平整、光滑，无干斑或滑移流动现象。每次喷层厚度拱顶为3～5cm，边墙5～7cm，喷嘴应大致垂直岩面，以尽可能减少回弹。改变喷射混凝土配合比，增加水泥用量，先喷干混合料，待其与涌水融合后，再逐渐加水喷射。喷射时，先从远离出水点开始，逐渐向涌水点逼近，将散水集中，安设导管，将水引出，再向导管逼近喷射。当涌水范围大时，可设树枝状排水导管后再喷射。当涌水严重时，可设置泄水孔，边排水边喷射。湿喷机械手对回弹率要求。影响喷射混凝土回弹率的综合因素包括喷射混凝土的配合比、坍落度、速凝剂效果、操作手的操作技能、压缩风压力、受喷面等方面，车载式湿喷机械手在实际工作中回弹率一般在10%左右，不超过15%。湿喷机械手对速凝剂要求。速凝剂采用液体速凝剂。使用前应做效果试验，要求初凝不超过5分钟，终凝不超过10分钟。应根据水泥品种、水灰比等，通过试验确定速凝剂的最佳掺量，车载式湿喷机械手的速凝剂掺量一般为3%～5%，实际掺量一般为每方混凝土约22～30公斤。湿喷机械手对喷射混凝土配合比要求。根据强度确定水灰比后，在合理控制成本的基础上，喷射混凝土配合比设计放在混凝土和易性上，保证坍落度控制在14～18cm的合理范围，并具有良好的粘聚性，满足易喷射、不易堵管、减少回弹量和粉尘，符合质量好、强度高、密实度高等物理力学指标要求。湿喷机械手对混凝土原材料的要求。水泥选用与液体速凝剂相容性较好的42.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。砂子选用级配合理，细度模数为2.5～3.2的坚硬耐久的中粗砂。石子选用级配合理，5～10mm的坚硬耐久的碎石，且粒形要好、针片状颗粒含量小于15%。湿喷质量控制。①操作规程上墙，严格按照规程施工。②严把原材料关，不合格的原材料严禁入内。③质量保证体系必须到位。④喷射作业前，准备工作必须及时到位。⑤喷射混凝土要保证喷射混凝土厚度和平整度。
4.湿喷作业技术要点
（1）施工配料严格按配合比进行操作，尤其控制碎石参量，碎石多易堵管，碎石少又影响混凝土的强度。
（2）严格控制风压。风压太小，会使喷射力减弱，无法满足喷射混凝土粘结密实要求；风压太大，喷射混凝土一触及岩面就会被后续的强大冲击力吹走，二者都会加大骨料的反弹，从而直接造成回弹的增加。
（3）无钢筋网喷射时，喷嘴尽量垂直岩面成90°角，并偏向刚喷射部位（倾斜角控制在10°内），保持0.8~2m的距离，以确保混凝土的密实效果，对挂有钢筋网的受喷面，喷嘴略倾斜，距离则宜控制在0.6~1.0m范围内。
（4）从隧道最底处开始由下而上、以S曲线移动进行喷射；从隧道两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合。
（5）喷头均匀地按螺旋轨迹运行，顺时针，一圈压半圈，缓慢移动，每圈直径15~20cm；若受喷面不平，应先喷凹坑找平。
（6）在喷射混凝土终凝1h后进行洒水养护，保持喷射面湿润，养护时间不少于7d。
5.施工效益对比
5.1施工环境质量对比
目前隧道施工过程中，对于初期支护中喷射混凝土的施工工艺有干喷与湿喷两种，两种工艺对粉尘的控制各不相同。
5.1.1干喷：干喷工艺是将骨料、水泥和速凝剂按一定比例干拌均匀，然后装入喷射机，用压缩空气使干集料在软管内呈悬浮状态压送到喷枪，再在喷嘴处与高压水混合，以较高速度喷射到岩面上，施工过程中容易产生较大的粉尘。
5.1.2湿喷：湿喷工艺是将骨料、水泥、水和减水剂按照设计配合比在搅拌站集中拌合完成，由混凝土运输车运输至施工现场，装入喷射机，再由湿喷机抽取速凝剂，利用压缩空气将湿喷混凝土通过管道输送并高速喷射到受喷面上凝结硬化，从而形成混凝土支护面。施工过程中只产生少量水雾状粉尘。
6.施工效率对比
按照每循环进尺2.4m,每1个循环喷锚一次（IV级围岩），每次喷锚时间约为3h，喷射混凝土20m3，湿喷机械手操作人员只需3人；相同工程数量采用干喷工艺或其他小型湿喷机，需投入至少3台相应设备，投入工人18个，喷锚时间至少在6h。再考虑其它工序按扒渣30分钟、测量45分钟、打钻放炮3小时、出渣3小时，立架4.5小时，所以普通湿喷机每循环18.5小时，每月按28天计算，进度为28d*24h/d+18.5h/班*2.4m=87m，而机械手进度28d*24h/d+15.5h/班*2.4m=104m，相对于传统工艺施工效率提高比率约为19.54%，大大缩短了施工工期。
10.总结
混凝土湿喷机械手对比传统的喷射工艺，对提高喷锚施工效率、降低喷锚施工成本、提高喷锚质量、改善作业环境、满足职业健康安全等方面都有显著的效果，在长大隧道中施工优势明显。
参考文献：
[1]TZ204～2008铁路隧道工程施工技术指南[S]
[2]《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）[S].北京：人民交通出版社，2015