喷射混凝土液压机械手

1 提出问题的背景

近年来，湿喷工艺取代了原干喷、潮喷工艺，成为铁路、公路及水工隧道施工的主要喷射工艺。

湿喷机的选择是实施湿式喷射混凝土工艺的关键，传统的小型湿喷机械很难克服喷射速度慢，易损件损耗大的弊病，虽然可以多台组合同时作业提高速度，但隧道内空间有限，小型湿喷机械的应用越来越受到限制。随着机械化程度的不断提高，大型喷射混凝土机械手已成为铁路、公路及水工隧道施工的主流设备，也使喷射作业进入现代工业化时代。

长临高速公路LJ4标盘秀山隧道，采用大型喷射混凝土机械手湿喷工艺施工技术，取得了较好的经济效益和社会效益。

2 工艺原理

喷射机械手湿喷混凝土的原理是通过泵送作用（稠密流运输）湿混物经管道流到喷嘴处，泵送物经一定压力流入喷嘴，在喷嘴处与高压空气混流形成喷射，通过调节高压空气可改善湿混物效果，从而减少粉尘的产生和材料浪费。同时在高压空气流中加入速凝剂，既能保证混合物在喷射表面迅速凝固，也不会产生烟尘，并减少对速凝剂的损耗。

3 关键技术

3.2操作要点喷射混凝土液压机械手

3.2.1前期准备

1湿喷混凝土配合比设计：

2原材料选用：

(1)水泥：P042.5普通硅酸盐水泥，水泥用量400kg/m。

(2)粉煤灰：F类C50以下混凝土用粉煤灰。

(3)细骨料：机制砂、细度模数3.3，石粉含量5.3%，泥块含量0.1%

(4)粗骨料：根据混凝土喷射机的输送管直径及施工经验，确定粗骨料级配宜为5～10mm碎石，连续级配，最大粒径不超过15mm，含泥量0.7%，泥块含量0.1%。

(5)速凝剂：KT-5型液体速凝剂。

(6)减水剂：KDSP-1聚羧酸高效减水剂。

(7)水：饮用水。

3基准配合比计算

根据公式确定：混凝土的试配强度、水胶比、用水量、胶凝材料(水泥、粉煤灰)用量、外加剂用量、减水剂用量、砂率选用、混凝土容重、细集料用量、粗集料用量。最后试拌调整，确定基准配合比。

3.2.2喷射顺序

喷射应先墙后拱，从下至上、以S曲线移动进行喷射。隧道从两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合，完成一环喷射混凝土的一次喷射。

3.2.3喷射角度

喷射时，喷头应保持与受喷面垂直。喷射交角过小将增加混凝土的回弹率，降低喷射密实度；垂直于岩面喷射时，连续的混凝土“稀薄流”对反弹物有二次嵌入作用，可以降低回弹率，增加一次喷射厚度。

3.2.3喷射距离

由于湿喷要求的风压较大，如果喷头距受喷面太近，高压风会将刚“附着”在受喷面上的混凝土吹掉，使混凝土的回弹量增大，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。

3.2.4喷头移动

喷射混凝土回弹在刚喷射时最大，当岩面喷厚达到2～3cm 后，回弹最小，且稳定，当喷射到附着在岩面的混凝土滑落、流淌时，此时不能再继续喷射，应等喷射混凝土初凝后方能进行复喷。

喷射时首先伸展机械手大臂调整喷头在边墙底部施喷位置，使用机械手小臂自动平行功能调整小臂与地面水平，与隧道边墙平行，调整喷头距离、角度，完成上述工作后可开始喷射，喷射中尽量不要再调整喷头距离、角度及动机械手大臂，仅需使用自动伸缩功能控制喷头在小臂上自动伸缩，即从一端缓慢运行到另一端来回2～3 次可完成一遍喷射；然后伸展大臂30cm 左右(在拱部根据隧道轮廓小臂做适当翻转)，大臂做垂直、水平移动，确保喷头与岩面的角度和距离，按上述顺序喷射下一部位，如此循环完成需喷混凝土的喷面。

3.2.5堵管处理

喷射施工中极少发生堵管，若发生时应立即关闭机械手及计量泵，关掉输送风，拍打软管，并倒掉管内存留混凝土，堵管处理完成后应先加水喷射洗管，确保管路畅通无误后才能进行再次喷射施工。

3.2.6风压、风量调整

根据工作面距离，合理选用机械手的输送管直径，确保得到合适的混凝土出口速度，实际施工中应根据混凝土和易性、风压稳定性影响进行调整，以保证喷射混凝土在喷射口形成连续喷射、无流淌、并使得喷射混凝土能以合适速度垂直射向受喷面。

3.2.7外加剂计量系统

外加剂计量系统能够精确测量并自动调节外加剂添加量，在泵送参数发生变化时保持外加剂添加比率恒定，按照机械手喷射混凝土配合比要求，根据每立方混凝土中胶凝材料(水泥、粉煤灰)用量按3％～5％设置速凝剂添加量。

4 实施效果

4.1实施效果一

喷射混凝土液压机械手

长临高速公路LJ4盘秀山隧道全长右线3832m、左线3765m，占全线的55.92%。隧道为左右线分离式隧道。两洞边墙间距约30米。右洞起止桩号为K39+025~K42+857，全长3832米，洞体最大埋深210.733米，位于K40+540处。左洞起止桩号为ZK39+000~ZK42+765，全长3765米，洞体最大埋深212.826米，位于ZK40+520处。

盘秀山隧道穿越浅埋地带时，在此施工期间，施工现场要加快初期支护喷射混凝土施工时间，加强初期支护施工质量，确保隧道快速顺利安全渡过该段。为此，采用GSP-D2机型机械手湿喷作业，通过该工艺的实施，使浅埋段的喷射混凝土在喷射速度、喷射混凝土强度、喷射回弹率等方面均得到较大提高，为浅埋段的顺利通过起到了至关重要的作用，同时极大的节约了施工成本。

4.2实施效果二

由中国中铁股份有限公司承建的分离式白鸽岭隧道，该合同段右洞全长1690米，左洞1801米，为特长隧道。进口左右洞均位于半径为R=2500m的平面曲线内。右洞进口设计桩号为YK89+710,设计高程251.280m；左洞进口桩号为ZK89+582,设计高程249.486m。隧道纵坡坡率/坡长：右洞为1.3%/1690m，左洞为1.3%/1801m。在此施工期间，施工现场为加快初期支护喷射混凝土施工时间，加强初期支护施工质量，确保隧道快速顺利安全贯通，采用机械手湿喷作业，通过该工艺的实施，极大提高了工序循环时间，同时极大的节约了施工成本，取得了较好的经济效益和社会效益。