杨东东
中铁隧道股份有限公司 河南郑州 450003
摘要：目前公路隧道喷射混凝土大多采用潮喷工艺，人工喷射混凝土劳动强度大，工作环境恶劣，回弹率高，浪费材料，质量没有保证。人工台架存在安全隐患，且费工费料，由于施工现场的粉尘浓度严重超标，还会对工人的健康带来严重的危害，很易导致矽肺病的产生。雅康高速公路二郎山隧道率先采用湿喷机械手工艺，实践证明：湿喷机械手对改善作业环境，提高综合效益均优于传统湿喷工艺。
关键词：特长隧道；湿喷；机械手；公路特长隧道
0、引言
随着经济发展，高速公路隧道施工人员紧缺现象日益凸显，现场施工人员年龄偏大，职业健康安全要求越来越高，隧道施工机械化配套将是发展的必然趋势。湿喷机械手具有：动力消耗小、喷射效率高、安全系数高、喷射混凝土质量好、喷射作业粉尘低、回弹少的特点，在公路特长隧道施工中有较高的应用价值。
1、工程概况
1.1、工程概况
雅康高速公路二郎山隧道起点位于雅安市天全县新沟乡滥坪坝，止于甘孜州泸定县五里沟村，隧道全长13459m，其主要特点为：一是超长：隧道主洞13400米，国内公路隧道长度第三；二是超深：隧道最大埋深1700米，地应力高，极易出现岩爆、大变形；三是地质条件极其复杂：隧道穿过13条地震断裂带，存在瓦斯、岩溶、涌突水等不良地质情况，被专家称为西南地区地理博物馆；四是地震强度高：隧道位于八度地震区，施工安全风险高；斜井建设规模大：单洞达3.3km，国内最长，施工安全风险极大；五是公路隧道独头掘进全国之最：独头掘进达6800米，施工组织难度极大。
1.2隧道水文地质情况
本区地质构造处于龙门山断裂带西南段内，沿线经过地层主要为元古界震旦系，古生界奥陶系、志留系、泥盆系、二迭系，中生界三迭系、侏罗系、白垩系，及新生界下第三系、第四系地层。沉积岩、岩浆岩均有出露，岩性众多，除广泛分布于沟谷两岸及山坡坡脚的第四系覆盖层外，主要岩性以砂岩、泥岩、页岩、灰岩等为主。隧道穿越的区域断裂主要有新沟断裂、保凰断裂、二郎山断裂的东支、中支等11条断裂。沿线不良地质主要包括崩塌危石、岩堆、滑坡、泥石流等。
本标段河流主要属岷江水系，地下水丰富，类型齐全。地下水补给源主要为大气降水和地表水直接或间距渗入补给。
1.3隧道设计情况
二郎山隧道进口采用了8种不同衬砌形式，分别为Z3、Z3j、WZ5、WZ4、Z4、Z4w、Z4j、Z5、Z5j。复合式衬砌分段情况如表1
表-1 复合式衬砌分段情况（单位：m）
2 施工方法
二郎山隧道左线采用两台三臂凿岩台车开挖，装载机、挖掘机配合自卸车出渣，湿喷机械手喷浆。左线Ⅲ、Ⅳ级围岩采用全断面开挖，Ⅴ级围岩采用三台阶开挖。
二郎山隧道右线与隧道左线共用三臂凿岩台车开挖，以隧道左线为主攻面，装载机、挖掘机配合自卸车出渣，喷浆采用2台一拖二自动上料喷浆机喷浆。
3 设备选型
3.1设备选型原则
（1）施工机械与施工方法配套。
（2）设备选型以电为主，减少后配套设备投入，降低使用成本。
（3）考虑质量可靠高效，经济合理，维修方便，机械设备生产能力要匹配。
（4）引进设备要考虑零配件和易损件能及时供应。
3.2设备选型
经项目多方比选及实地考察，最终选择了安徽佳乐建设机械有限公司生产的国产HSC-2815系列湿喷机械手，该机械手为电机驱动，柴动可排料、清理及收臂，该湿喷机械手喷射垂直最大高度为15m，喷射水平宽度2×13m，喷射深度8m，电机额定功率为59Kw，机械内置空压机额定功率为55Kw。
表-2 喷锚作业线机械配备表
4.2 速凝剂添加
采用国际领先的瑞典原装进口软管泵，应用最新研制的电气液压控制系统，速凝剂添加由软管泵完成，其添加量按设定的比例随混凝土泵送量的变化而同步变化，能根据泵送量自动调节流量，添加比例均匀，大大降低混凝土回弹量，提高了混凝土强度的稳定性和可靠性。
现场速凝剂掺加比例：起拱线以下3%，起拱线以上5%，拱顶7%。
4.3 机械手湿喷工艺流程
4.4 机械手湿喷工艺操作要点
（1）喷射混凝土：喷射混凝上料速度要均匀连续，保持进料斗中有一定的贮存量，及时清除振动筛上粒径大于25mm的粗料及其它异物。
（2）喷射应分段、分部、分块，按先墙后拱、自下而上进行喷射。
（3）喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6m。喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。
图-2 喷射混凝土作业顺序
（4）喷射距离：初喷喷头距岩面为60-150cm；复喷在边墙位置喷头距离岩面60-120cm；拱顶位置喷头距离岩面50-100cm。
（5）喷射厚度：边墙每层喷射7-15cm，拱顶每层喷射厚度为5-10cm。
（6）喷射角度：喷射料束以垂直受喷面为最佳。
（7）喷射速度：风压过大，喷射速度过快，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，才能开始操作，一般工作风压：边墙0.3～0.8MPa，拱部0.4～1.0MPa。
5 综合性比较
5.1 施工进度
隧道传统干喷机，每台需要4～5人配合，每循环3台同时作业，至少需要12人，每小时作业能力13m3；而该混凝土湿喷台车正常施工中仅需要2人，作业能力为每小时20m3，且相对施工准备及撤离更方便、更节约时间。
表-4 工序循环时间统计表（以IV级为例）
平均104.61分钟/延米（213.4分钟/循环）77.11分钟/延米（184.3分钟/循环）
结论：机械手喷砼延米耗时较人工潮喷节约27.5分钟；循环节约29.1分钟。折合日增加进尺16.5cm（2个循环/天），计算式：4.08m/天/1440分钟*29.1分钟*2循环=0.165m/天.
5.2 施工质量
干喷混凝土拌合用水及速凝剂掺入量均为现场人为控制，难以准确计量，使喷射混凝土强度得不到保证。该混凝土湿喷台车混凝土由搅拌站严格按配合比生产，速凝剂添加智能控制，拌合均匀，混凝土强度稳定可靠。经过3次钻芯进行抗压强度试验结果如下：
表-5 干喷与湿喷混凝土强度对比
5.3 职业健康安全
由于干喷或普通湿喷全由人工操作，施工人员利用作业台架需近邻掌子面作业，易因落石、坍塌等突发性的不良地质灾害，引发群体伤亡事故。该混凝土湿喷机械手实现机械化作业，操作人员少，且处于相对安全的位置远程遥控操作，有效保障了作业人员的安全。
对于溶洞、断层构造等不良地质段地下工程施工，该设备可安全、迅速的对岩面进行初喷砼封闭、加固作业，减少地质灾害的发生。
干喷工艺粉尘含量平均为161.7mg/m3，采用湿喷后粉尘含量为15.2mg/m3，粉尘浓度降低了91%，改善了施工环境，保证了作业人员身心健康。
5.4 施工成本
表-6 湿喷机械手与自动上料喷浆机综合成本分析表
6 存在的问题及建议
该国产湿喷机械手配备了小型空压设备，但现场施工过程中不能满足施工用风需要，须外接1台空压机设备，造成了能耗利用率低，需选择小体积、大方量的空压设备与该设备配套。
机械手喷射混凝土速度快，对操作人员熟练程度要求高，专业操作人员较少，需根据施工要求储备相应技术工人。
湿喷工艺对速凝剂质量要求较高，现场使用国产速凝剂存在质量不稳定，造成回弹较大。
7 结论与讨论
在二郎山隧道进口的施工过程中，通过引进HSC-2815喷射机械手，掌握了大型湿喷机械手施工技术，保证了施工质量。降低了施工成本，提高了施工效率，改善了作业环境。在长大隧道施工中在解决职业健康安全、粉尘、施工质量、进度方面均有较大优势，湿喷机械手在长大隧道施工中有较高的推广应用价值。
论文作者:杨东东
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/4/1
标签：隧道论文; 机械手论文; 作业论文; 混凝土论文; 设备论文; 风压论文; 粉尘论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;