高速公路隧道工程中混凝土湿喷应用

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摘要：在高速公路隧道施工中，混凝土湿喷机械手到了广泛应用，其能够给机械化施工模式的实现提供重要支持，在保证施工安全、提高质量、减轻员工工作压力等方面均具有突出的作用。为充分发挥出湿喷机械手的应用优势，必须加强探索，把握技术要点，合理操作机械设备。鉴于此，着重围绕湿喷混凝土机械手的应用要点展开探讨。

关键词：高速公路隧道；湿喷施工；机械手；参数控制

1喷射机应用优势

某工程选取的混凝土湿喷机械为Aliva-500型喷射机，其具有如下应用优势：喷枪运行姿态稳定，能够与受喷面保持垂直的位置关系，喷射全过程中始终维持最佳的喷射距离，以免因距离异常而出现混凝土回弹量偏大的情况。可控性较好，能够根据现场情况提前确定喷浆作业轨迹，实际运行中，机械设备沿着既定的轨迹高效推进，由此降低质量问题的发生几率，减少材料的浪费量。喷射压力以及角度均可调，无需搭设特定的喷浆作业平台。经济高效，正常情况下仅由1名专业人员参与即可，并且依托于湿喷机的性能优势，实际喷射效果较佳。

2湿喷混凝土施工技术要点

2.1施工准备

喷射支护前，先处理作业面的危石以及欠挖部分，而后用高压风深度清理。局部含水量较大时，为缓解水侵蚀问题，埋设盲管，集中引排水。根据工程要求，选择合适型号的机械设备，检验性能，无异常状况后方可投入使用。隧道施工环境较为封闭，光线、通风等基础条件较差，因此适配照明设施、通风设备等，营造良好的施工条件。根据设计厚度，在岩面打入短钢筋，标出刻度，形成醒目的标记。在使用粗骨料前，先安排过筛处理，以免因超粒径材料的使用而影响施工效果。其他各类材料均要满足要求。

2.2原材料的选取

选取32.5R的硅酸盐水泥或强度等级更高的水泥。选取JL-20液体速凝剂，其用量取水泥用量的1.5%~2.0%。选取连续级配河砂或山砂，亦可使用优质的机制砂。选取的粗骨料最大粒径不得超过15mm，满足连续级配的要求，以瓜米石为宜。2.3混凝土配合比设计按公式（1）展开计算，确定混凝土的适配强度f：f=f0+1.645δ（1）式中：f0——设计强度标准值，MPa；δ——混凝土标准差，取4.0。水泥用量取380~450kg/m3，考虑施工所用喷射机的性能参数（着重关注输送管的直径），确定粗骨料的最大粒径，即15mm；砂率为55%~60%；水灰比根据输送软管的直径、输送长度等条件而定，取0.45~0.60。坍落度取80~120mm。速凝剂用量取水泥用量的1.5%~2.0%，为了保证速凝效果，以2%最为适宜。经综合分析后，确定C20喷射混凝土的配合比，具体如表1所示。

2.4喷射机风压的控制

开机时，检测设备的风压，保证合理性。喷射时，加强对喷嘴风压的检测与控制，要求该值稳定在0.2MPa，否则将出现明显的混凝土回弹现象。各喷射部位的风压传送距离存在差异，因此遵循动态化施工的原则，通过对喷嘴出料状况、浆液粘附程度等情况的分析，动态调整现场风压，保证该项参数的合理性。

2.5喷射量及速凝剂用量的控制

喷射机电机运行后，用手轮调整喷射量，具体调整幅度视风量以及工程喷射要求等条件而定。显示屏的人机交互特性良好，液体速凝剂可进入配比菜单，根据预先确定的要求设定速凝剂的用量，即取水泥用量的2%。

2.6喷射

按照先墙后拱、自下而上的基本顺序喷射。隧道喷射施工中，优先考虑的是两侧边墙底部，随着喷射工作的持续开展，最后在拱顶中心线处闭合。喷射过程中严格控制喷头的姿态，使其与受喷面呈垂直位置关系。喷射交角偏小时，将明显加大混凝土的回弹率，导致喷射到位的混凝土缺乏足够的密实性。因此，必须做到其垂直于岩面喷射，将回弹率控制在相对较低的区间内，保证喷射效果。喷射施工期间应有足够的风压，若喷头与受喷面间距过小，高压风会吹散存在于受喷面的混凝土，随之加大回弹量。对此，根据机械设备的运行特性以及现场作业条件，严格控制喷头的姿态，使其与岩面保持1.2~1.5m的距离。喷射施工中，规范操作机械设备，首先伸展机械手大臂，调整喷头的姿态，完成边墙底部的喷射作业。而后使小臂与地面呈平行的位置关系，调整喷头的角度以及该装置与受喷面距离，继续喷射。施工全流程中，尽可能保证喷头姿态、喷头与受喷面距离的稳定性，不宜随意变动。及时启用自动伸缩功能，控制喷头在小臂上的自动伸缩量。经过来回多次喷射后，再伸展大臂（约30cm），于拱部适度翻转小臂，大臂沿着垂直、水平的方向运动，进入下一喷射部位。以此类推，完成整个区域的喷射作业。喷射施工中遇堵管问题时，随即关闭喷射机及计量泵，拍打软管，将其中的混凝土清理干净。此后向管内注水，深度清理软管内残留的杂物，待其保持畅通后，方可恢复喷射施工。随着骨料粒径的提升，施工时面临的阻力也会有所增大，进而导致骨料无法成功喷出、喷头被堵塞，影响最终施工效果，为此要控制好骨料最大粒径。若施工岩面较脏，可利用高压风、水等清理表面，有效提升混凝土凝结离力，最大程度上优化喷射效果。若施工遇到渗水岩面，则在施工时先封堵住渗水处，若渗水问题非常严重、已经形成水流，需要专门安设排水孔、挂防水板，然后才能开始喷护施工。若喷射层厚度太大，极易受到自重的影响，出现错裂、塌落等问题。但若喷射层太薄又会引起粗集料回弹，严重削弱了整体喷射效果。随着掺量的提升，回弹也会越发显著，混凝土喷层的密实性随之下降。若其掺量不足，将导致喷层流淌下坠，出现微裂纹、掉块等问题。基于此，施工人员在施工的过程中必须严格把控掺量大小，最大程度上减少施工成本。喷射完成后，项目单位需尽快撤离施工机械，严格依照设计标准对其进行维护、保养。考虑到机械手所需消耗的维修成本较高，施工人员更应重视日常的维护保养工作，尽可能避免其出现故障。

3湿喷混凝土施工注意事项

3.1喷射方法的合理应用

喷射混凝土时，按照自下而上的顺序进行，在此过程中首先喷射岩面凹陷部位，使整个受喷面平整，而后再继续完成后续的喷射作业。为保证最终的喷射效果，宜采取分层、往复的喷射方法。

3.2合理分段

对上次喷射混凝土预留斜面，将此部分宽度控制在200～300mm。用压力水全面冲洗该预留斜面，待其保持洁净后，方可继续于该处喷射混凝土。在采取此方法后，两次喷射的混凝土便可共同组成完整的结构体。

3.3合理分层

喷射时，按先墙后拱的顺序操作，使其形成小螺旋形的喷射线路。绕圈直径约30cm，为保证各圈混凝土的连接密实性，后一圈压前一圈1/3~1/2，使其达到“圈圈相扣”的效果。喷射纵向第2行时，则要保证该行与前一行形成搭接关系，否则会影响混凝土的完整性，相邻两行搭接量控制在2~3cm。喷射旋转时尽可能保持匀速，避免速度过快或过慢，并根据设计要求严格控制分层的厚度[1]。分层喷射施工中，协调层间作业关系，待前一层混凝土终凝后，方可继续喷射后一层，按照此方法逐层喷射到位。若在前一层混凝土终凝1h后再组织喷射作业，需用高压风和清水全方位冲洗喷射面，以免影响层间结合稳定性。对于各层混凝土厚度的控制，需要视实际施工情况而定，在合理分层厚度下，混凝土应当无滑移、无坠落。不同部位的分层厚度有所差异，通常拱部各层厚度以5~10cm为宜，边墙部位的厚度增加至7~15cm。无论何种分层方式，均要尽可能保证各层厚度的均匀性。

3.4喷射中的注意事项

喷射施工期间严格控制喷射风压，该值过大时，喷射速度也将加大，明显增加混凝土的回弹量。因此，喷射机启动后需要加强对风压的观测，待起始风压达到0.5MPa后方可操作，并根据实际喷射情况对风压做动态化的调整。通常拱部的喷射风压为0.4~0.65MPa，边墙部分0.3~0.5MPa。合理控制喷射角度，使混凝土被有效喷射至岩面上。理论上，喷嘴与喷射岩面需呈90°的关系，即相互垂直，但对于边墙部位，宜将喷头适当下俯10°左右，以避免粗骨料直接与受喷面接触，进而达到控制回弹的效果。为使喷射到位的混凝土在短时间内凝固，可掺入适量的速凝剂。此时该材料的用量成为重点控制对象。若速凝剂的掺入量偏少，混凝土凝固的效果较差，混凝土成型时间延长，强度增长相对有限；反之，速凝剂偏多，将迫使喷射到位的混凝土在极短时间内异常凝固，急剧形成坚固表面，从而使回弹量增大。混凝土喷射施工是一项专业性较强的工作，需由具有资质的员工参与其中。因此，应注重对喷射施工人员的资质审核，合理挑选员工，组建一支高素质的施工队伍。在日常施工中，要加强对人员的培训与考核，提高员工的综合素质，使其能够完成回弹率试验、平整度试验等相关工作，为施工质量保驾护航。水泥水化热过强时，易导致混凝土产生温差裂缝，从而影响喷射施工效果。对此，在混凝土终凝后2h随即安排养护，期间根据水泥的水化热特性以及周边环境（温度、湿度），灵活调整洒水的次数以及单次洒水量，使混凝土在相对良好的条件下有效成型。通常，养护时间至少为14d。此外，养护过程中由专员采集数据并记录，形成完整的养护记录表。

4环保措施

喷射施工过程中伴随产生粉尘，会对周围环境造成污染，这不仅限制了施工效率，也严重威胁了施工人员的生命安全。为了有效控制粉尘，项目单位可对喷射机进行密封处理，避免其出现跑风、漏气等问题。若施工已对周边造成粉尘污染，可以借助通风的方式，合理控制粉尘浓度。在喷锚的时候，应先启动通风机，待其掘进长度超出2km后，可在距离喷锚作业面30m左右的位置安设抽出式通风机，以此增强通风效果。此外，为了避免粉尘威胁到施工人员的安全，施工人员开展作业时，应按照规定佩戴好防尘眼镜、面罩、防护网等防护装备。所有参与施工的人员在工前、工间以及工后应接受健康体检。若施工者先前参与过职业危害作业，则需要为其制定专门的体检方案，成立健康监护档案。项目施工之前，项目单位应成立相应的环保、文明施工领导小组，由项目经理负责该小组的日常工作。若施工人员处于粉尘环境下开展施工，除了需要做好日常的洒水、通风工作以外，施工人员则应依照相关规定佩戴防护器具。隧道中所有排出的污水都应经由治理净化后才能排出，严禁直接将其汇入河道中。施工过程中应尽可能控制噪声，以减少对周围居民的影响。除此之外，项目施工完成后，所有更换下来的零配件都需要专门回收，废油废水等也需要及时处理，严禁乱倒。

5安全措施

整个施工过程必须严格参照设计标准进行，项目单位需根据规定做好施工设备的维护、保养工作。一旦施工过程中排查出设备故障，应及时暂停施工进行处理。所有参与施工的人员应接受专业培训，无关人员严禁擅自触碰设备按钮。设备施工时需尽可能避免出现安全故障，施工设备应在允许的坡度、速度范围内开展施工。操纵设备者必须依照规定正确佩戴防护装置，避免因混凝土回弹而伤害自己。此外，在开展喷射作业时，施工人员只能站在已经支护好的安全区域，机器本身也应停在初期支护完成的部位，操作人员通过机械臂伸缩到掌子面进行喷射作业。

6结语

在高速公路隧道施工中，混凝土湿喷机械手到了广泛应用，其能够给机械化施工模式的实现提供重要支持，在保证施工安全、提高质量、减轻员工工作压力等方面均具有突出的作用。为充分发挥出湿喷机械手的应用优势，必须加强探索，把握技术要点，合理操作机械设备。本文围绕湿喷混凝土机械手的具体应用要点展开了探讨，希望所提内容能够给同仁提供参考。

参考文献

[1]孟凡喜.高速公路分离式隧道湿喷混凝土施工技术[J].工程机械与维修,2021(5):90-91.

作者:王玖玲 单位:中铁十九局集团第二工程有限公司