郭武
中铁七局西安铁路工程有限公司 陕西省西安市 710001
摘要：结合蒙华铁路隧道KC-30湿喷机械手在隧道中应用，就加强隧道大型喷射混凝土设备的湿喷施工技术，保证施工质量，降低施工成本，提高施工效率，改善作业环境，为同类隧道喷射混凝土施工提供了先进经验。
1.工程概况
高阳山隧道位于河南省三门峡市陕县境内，隧道起讫里程改DⅡK649+273～改DⅡK654+045，全长4772，为单洞双线隧道，最大埋深160.5m，地表自然坡度20°～30°，该地区地形切割强烈，沟谷纵横，地势总体东南高，西北低，多呈“V”型。隧道穿越了高阳山温泉旅游景区，膨胀性岩土，湿陷性黄土等不良地质及特殊土。
2.湿喷机械手湿喷工艺简述
2.1 喷射混凝土机械设备选型
为满足工期要求，高阳山隧道在施工作业面全部引进KC-30湿喷机械手。
2.2湿喷机作业原理
（1）工作原理：利用压缩空气，将按一定级配混凝土料，通过输送管经喷射机的喷嘴，并与速凝剂等添加剂混合后，以很高的速度喷射出去，从而在受喷面上行成混凝土支护层。
（2）结构原理
喷头可实现360回转、180左右摆动和360连续刷动，使得在180º的球面上实现了无盲区喷射，操纵灵活自如。
喷射臂由大、中、小臂组成，大、小臂又各自有伸缩臂，全液压控制，实现了喷射臂和喷射头的回转、仰俯、伸缩、折叠、摆动等全部喷射动作。整机一次就位后就能获得最大的无盲区喷射范围。前方最远喷射距离15米，最大喷射高度16.8米，最大喷射宽度30米。自动平行系统使得小臂在大臂仰俯时，能够自动保持平行移动，而小臂的仰俯又可以独立操作。这样，在喷射同一工作面时，喷射角度和喷射距离都能得到很好的控制，喷射质量也能得到保证。
刚性底盘，内燃-静液压驱动，四轮驱动(4WD)，四轮转向(4WS)。内燃机驱动主液压系统，提供底盘行驶驱动力，提供喷射臂等临时辅助液压动力。
采用了先进可靠的变频调速技术，结合PLC的D/A转化功能和电脑控制，根据混凝土输出量和设定添加比率自动调节变频器输出，实现电机调速和自动按混凝土输送量调整速凝剂的添加量，减少混凝土的反弹浪费，降低了施工成本。
2.3速凝剂添加
在混凝土喷射过程中，KC-30湿喷机械手配置了液态速凝剂计量系统，可精确控制速凝剂用量；速凝剂掺量按拱部采用6%，起拱线以上采用5%，起拱线以下采用3%来控制比较合理，且效果较好回弹量较低。
3.湿喷机械手喷射工艺流程要点
3.1混凝土最大粒径不超过16mm，坍落度控制在12~16cm范围内。
3.2要求机械手操作人员具有一定的经验和熟练程度，喷混凝土过程中，要求机械手的喷头与岩面垂直，距离在0.8~1.2m范围内，喷射混凝土应划分区域，分层喷射。
3.3喷射前，湿喷机械手采用自带高压风对岩面进行1次清理，清理受喷面上的浮尘、岩屑，保证初喷混凝土与岩面的有效粘结，以提高喷射混凝土的附着力。
3.4工作风压要稳定，机械手采用自身配备的施耐德空压机，工作风压在0.2~0.4MPa比较适宜。
3.5喷射混凝土过程中，分层喷射的厚度非常关键，由于速凝剂的初凝和终凝需要经过一段时间，初喷厚度过大，容易使混凝土尚未凝结，新喷射混凝土覆盖上来，引起较大的回弹。
3.6混凝土应连续供应，喷射过程混凝土泵送经常中断，容易造成喷头处堵管，堵管清理非常麻烦，耽误作业时间，影响施工进度。
3.7操作人员根据不同的喷射部位调整喷混凝土速率和速凝剂的掺加量。边墙喷混凝土速率为18~20m 3 /h;拱部喷混凝土速率为15m 3 /h;边墙喷混凝土速凝剂的掺加量为3%~5%;拱部喷混凝土速凝剂的掺加量为6%。
4.湿喷机械手在隧道实际应用
4.1湿喷机械手施工效率
由表1可知，K30湿喷机械手在功效及回弹率在隧道中应用中优势明显。
4.2湿喷机械手作业空间
KC30湿喷机械手喷头可实现360回转、180左右摆动和360连续刷动，使得在180º的球面上实现了无盲区喷射，前方最远喷射距离15米，最大喷射高度16.8米，最大喷射宽度30米。基本满足隧道所用开挖工法施工初支喷射混凝土作业。
双线隧道台阶法施工，上台阶宽度5m，中台阶宽度8m，最大断面宽度12m。KC30湿喷机械手支立后，就能完成上中台阶喷浆作业。
因掌子面围岩稳定性差，预留核心土。核心土与上台阶拱脚死角部分，KC30湿喷机械手可无死角喷射各个部位。由此也可以断定KC30湿喷机械手也可满足CD法及CRD法狭小空间湿喷作业。
图4下台阶及隧底施工时的短栈桥，由于K30湿喷机械手喷头可实现360回转、180左右摆动，栈桥完全不影响喷浆作业。
4.3湿喷机械手安全及施工环境
KC30湿喷机械手采用高质量的无线遥控，遥控所有湿喷作业，随时电子调配添加剂配比，改善作业环境。
使用KC30湿喷机械手时操作人员站位远离作业危险区域，作业环境中的粉尘得到有效控制。
4.4湿喷机械手施工质量
隧道施工现推广的“新奥法”施工理念，初期支护成为阻止围岩发生松动破坏第一保证，为保证初支整体稳定性，喷射混凝土的强度，密实度，平整度成为质量控制重点。
（1）喷混凝土平整度
湿喷混凝土采用分层喷射，混凝土本身附着力较好，喷射混凝土的平整度、密实度能够得到保证，能够达到喷射混凝土表面平整、内部密实。通过实践总结出“动大臂，移小臂”的操作要点，通过大小臂之间的协调旋转，操作人员可以掌握小臂行程速度，确保移动喷射由点到线再到面，保证喷射混凝土的平整度。喷射混凝土完成后采用靠尺进行检测，要求有钢架处不大于5cm，无钢架处不大于10cm，经检查，均符合要求。
（2）喷混凝土强度
喷射混凝土强度从配合比的配制、水灰比控制以及速凝剂的选择等各方面人手，精确添加速凝剂，保证不同部位的喷射混凝土与速凝剂的充分结合，保证喷射混凝土的强度。现场实测数据（见表2）验证喷射混凝土的抗压强度能够达到设计要求。
表2 喷射混凝土现场1d强度及现场试块试压数据
5.结论
在高阳山隧道的施工过程中，通过引进的KC-30喷射机械手，经过消化吸收，成功地掌握了大型喷射混凝土设备的湿喷施工技术，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，具有强大的作业能力和广阔的发展前景。
参考文献：
[1]《刘旭全，范恒秀.客运专线大断面黄土隧道含水地段快速施工技术［M］.隧道标准设计，2007》
论文作者:郭武
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/27
标签：混凝土论文; 机械手论文; 作业论文; 隧道论文; 小臂论文; 速凝剂论文; 喷头论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;