邢寶全

關(guān)鍵詞： 隧道 混凝土噴射臺車 支護 噴射混凝土

中圖分類號： U455.4 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0126-04

北京到沈陽鐵路客運專線北京段站前工程JSJJSG-9 標(biāo)段起訖里程DK73+530.91～DIK92+666（長鏈15.198 km），正線長34.333 km。主要包括路基工程、橋涵工程、隧道工程等其他相關(guān)工程。本工程橋隧比例較高約占全線81%，其中本標(biāo)段巨各莊隧道全長4 877 m，梨花頂隧道全長6 189 m，隧道沿線地質(zhì)復(fù)雜多變，主要地質(zhì)問題為巖爆、崩塌、崩滑、突涌、圍巖失穩(wěn)等問題，施工風(fēng)險較大。

1 混凝土噴射臺車在隧道施工中的應(yīng)用

1.1 混凝土噴射臺車機械設(shè)備選型

京沈客專巨各莊、梨花頂?shù)人淼涝谑┕こ跗谝MHPS3016S 型混凝土噴射臺車（俗稱：濕噴機械手），具體如圖1 所示，該混凝土噴射臺車集行走、泵送、噴射三大功能于一體，具有回彈度低密實度好、生產(chǎn)率高、自動化程度高的特點。其噴射速度可達30 m?/h，施工速度較常規(guī)小型濕噴臺車與干噴機大幅提升。噴射混凝土粉塵濃度同干噴相比大大降低，減輕了對工人健康的危害，有效減少粉塵污染，符合施工現(xiàn)場預(yù)防職業(yè)病消除粉塵危害的要求。

1.2 噴射臺車噴射混凝土施工工藝、方法以及控制要點

1.2.1 施工工藝

本工程隧道初期支護混凝土采用廠站集中拌和，使用混凝土罐車運送至開挖需噴射支護面。斷面開挖或部分開挖完成后采用高壓風(fēng)進行清理松散土質(zhì)或巖石基面，先進行噴射一層素混凝土使巖面封閉，埋設(shè)測量標(biāo)志樁，然后再進行打錨桿注漿使地層穩(wěn)定，隨后根據(jù)設(shè)計圖紙地質(zhì)巖面情況選擇架立格柵拱架或鋼拱架，同時掛設(shè)鋼筋網(wǎng)和拱架縱向連接筋。架設(shè)完畢經(jīng)檢驗合格后，對初次噴射巖面再進行復(fù)噴至設(shè)計厚度［1］。

1.2.2 施工方法

（1）施工前準(zhǔn)備。

①噴射混凝土前可采用高壓水或者高壓空氣沖洗受噴巖面的土質(zhì)、巖石碎屑。然后應(yīng)先噴一層與混凝土同配合比的水泥砂漿，待水泥砂漿強度達到設(shè)計強度后再進行噴射混凝土。

②噴射混凝土應(yīng)嚴(yán)格控制噴射的厚度以免少噴造成強度不足或者多噴造成侵線影響二襯混凝土的澆筑，厚度的控制通常采用預(yù)埋鋼筋頭的方法，除此之外還可以在進行噴射混凝土的時候插入鐵絲，長度通常比設(shè)計圖紙要求噴射的厚度長5 cm，根據(jù)施工情況每1.5 m 左右設(shè)置一根。

③檢查噴射臺車狀況和配套使用的空壓機、風(fēng)管、水管、施工用電等相關(guān)情況，濕噴機到達作業(yè)面之后首先試運轉(zhuǎn)確保作業(yè)時能夠以最大效率進行噴射作業(yè)。

第一，空壓機提供的風(fēng)壓應(yīng)滿足混凝土噴射臺車的工作風(fēng)壓和耗風(fēng)量需求。第二，對風(fēng)管、水管的嚴(yán)密性進行檢查，保證噴射臺車噴射作業(yè)時壓力穩(wěn)定處于設(shè)計規(guī)定值。第三，打開通風(fēng)機對隧道通風(fēng)，使用高亮度照明設(shè)備進行照明。第四，進行噴射施工時隧道內(nèi)的環(huán)境溫度不得低于規(guī)范要求5 ℃。第五，料斗處可加設(shè)鋼筋篦子以免有塊石等雜物落入料斗內(nèi)，罐車加料前再次檢查料斗內(nèi)有無異物。第六，檢查速凝劑計量泵和配套使用的速凝劑管、速凝劑輔助風(fēng)截止閥連接情況及運轉(zhuǎn)是否正常。

（2）混凝土攪拌、運輸。

混凝土攪拌采取廠拌強制式全自動計量攪拌機。

配料嚴(yán)格按照實驗室出具的配比進行投料，禁止使用具有堿活性的材料。噴射混凝土應(yīng)采用早強混凝土，速凝劑在混凝土噴射臺車加料時進行添加，使用前應(yīng)做凝結(jié)時間試驗，要求混凝土的初凝時間≤5 min，終凝時間≤10 min。使用罐車運送，隨拌隨用避免長時間等待影響混凝土和易性。作業(yè)時多臺混凝土罐車交替進行運送，保證混凝土不間斷持續(xù)運料澆筑，避免運輸過程中混凝土發(fā)生離析、初凝等現(xiàn)象，如混凝土流動性、保水性等不足致使坍落度不符合泵送要求時，應(yīng)及時添加減水劑使混凝土的和易性滿足泵送要求。

（3）噴射作業(yè)。

噴射作業(yè)應(yīng)采用分段、分片、分層依次自下而上進行，分段長度≤6 m。先將低洼處大致噴平之后再進行往復(fù)噴射。為保證混凝土與拱架黏結(jié)密實，需先噴鋼拱架（鋼格柵）與壁面的間隙，再噴兩榀鋼架之間的混凝土，如圖2 所示。分層噴射時后一層應(yīng)在前一層混凝土終凝之后進行，一次噴射厚度以混凝土不滑移不墜落為度，既不因厚度太大增大用量，也不能太薄增加回彈量影響支護強度［2］。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7～10 cm，拱部控制在5～6 cm。

（4）養(yǎng)護。

噴射混凝土的養(yǎng)護應(yīng)在終凝2 h 后進行，養(yǎng)護時間不小于14 d。當(dāng)環(huán)境潮濕有水時，可根據(jù)情況調(diào)整養(yǎng)護時間。當(dāng)氣溫低于5 ℃時，不得灑水養(yǎng)護。

1.3 噴射施工控制要點

1.3.1 噴射操作程序

噴射操作程序是：施工準(zhǔn)備→濕噴機械手就位→啟動液壓系統(tǒng)→啟動空壓機→料斗加料→噴射作業(yè)→作業(yè)結(jié)束清理機械→設(shè)備退場→機械手保養(yǎng)。

1.3.2 試噴混凝土

開始工作前，應(yīng)做性能檢查和空載試運轉(zhuǎn)。選擇與開挖斷面圍巖狀況相同的地段進行試噴，按施工組織設(shè)計規(guī)定的方法對開挖斷面進行噴射，留取同條件試塊養(yǎng)護，通過試驗段噴射獲取速凝劑最佳摻量、臺車運轉(zhuǎn)的性能狀況、混凝土和易性能否滿足泵送要求等最佳試驗參數(shù)，以便達到最佳噴射效果。

1.3.3 噴射施工技術(shù)要求

（1）隧道開挖后應(yīng)及時初次噴射混凝土，使圍巖斷面形成強度。噴射混凝土?xí)r，應(yīng)確?；炷凉捃囘\料的供應(yīng)連續(xù)均勻，噴射作業(yè)時，應(yīng)先送風(fēng)送水之后再啟動噴射臺車，然后再通過罐車往料斗里卸料；噴射作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)在噴漿管內(nèi)混凝土使用完畢后，再關(guān)閉混凝土噴射臺車停止空壓機供風(fēng)?；炷羾娚涫┕ね戤吇蛘咭蚬┝喜患皶r、斷電、堵管等原因不得已中斷時，應(yīng)先停止空壓機工作停風(fēng)停水，然后將噴射臺車與噴料管內(nèi)剩余的積料清理干凈。

（2）混凝土噴射前應(yīng)檢查噴射臺車噴頭的連接狀況，噴射速度要符合設(shè)計與規(guī)范要求，以利于提高混凝土的密實度。風(fēng)壓過大會造成混凝土反彈量大造成混凝土用量增加造成成本浪費；風(fēng)壓過小噴射速度小造成粗骨料沒有足夠的沖擊力嵌入砂漿層而脫落，造成混凝土密實度不足、混凝土用量增加造成成本浪費。多以起始風(fēng)壓大于0.5 MPa 后才能進行噴射作業(yè)，同時觀察噴頭出料情況隨時調(diào)整風(fēng)壓的大小?；炷羾娚渑_車作業(yè)時噴頭處的風(fēng)壓大于0.1 MPa，隧道內(nèi)拱架間進行噴射時一般工作風(fēng)壓為：邊墻0.3～0.5 MPa，拱部0.4～0.7 MPa［3］。

（3）噴射完成后可用錘敲擊檢查噴射混凝土與巖面黏結(jié)情況，同時檢測斷面平整度，并與開挖斷面對比確認(rèn)噴射厚度是否符合設(shè)計尺寸。當(dāng)有空鼓時，及時鑿除并沖洗干凈后重新噴射或采用壓漿法填充。

（4）在遇水的地段進行噴射混凝土作業(yè)時，應(yīng)先對滲漏水的巖層開挖斷面處理合格后再進行噴射作業(yè)，從遠(yuǎn)離滲漏水逐漸向滲漏水處噴射作業(yè)。

（5）在整機沒有可靠就位前，不得開始使用噴射臂。遵守施工地區(qū)的安全規(guī)則，并設(shè)定警戒范圍。操作過程中，操作手必須能夠觀測到整個工作范圍，如果觀測有困難，應(yīng)安排助手協(xié)助觀測指揮操作。

（6）冬季施工時應(yīng)有防凍保暖措施，噴射作業(yè)面環(huán)境溫度和噴混料進入臺車料斗溫度均不應(yīng)低于5 ℃；混凝土強度6 MPa 前不得受凍。

2 混凝土噴射臺車的操作及注意事項

2.1 機組支腿就位

機組就位后應(yīng)保持橫向和縱向水平，支腿沒有正確支撐妥當(dāng)前噴射臂不得舉升和展開。橫向和縱向允許的最大傾斜角度不得大于3°。超過會造成噴射臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)超負(fù)荷，并危及機組的穩(wěn)定性。在噴射混凝土的整個程序過程中，所有支腿應(yīng)始終穩(wěn)定地支撐在堅固平整的地面上。

2.2 泵送

2.2.1 泵送準(zhǔn)備

混凝土泵加黃油潤滑，對容易黏附混凝土的機件涂抹脫離劑或油壓液，便于作業(yè)完后清理。正式噴射前使用和噴混料同配合比的水泥砂漿進行噴射以到達潤滑輸送泵管的目的。

如果輸料管是新的或者是長期未使用，第一次泵送必須使用水泥漿，否則容易在開始泵送時出現(xiàn)堵管，也會加快輸料管的磨損。對不符合泵送噴射要求的混凝土，泵送時還可加入泵送劑提高混凝土的和易性從而提高混凝土的可泵送性。

2.2.2 開始泵送

從混凝土泵料斗開始泵送混凝土到噴嘴穩(wěn)定地噴出混凝土，稱之為“開始泵送”時段，是隨后工序能否順利進行施噴的關(guān)鍵階段。輸送管路的預(yù)潤滑是否恰當(dāng)，是保證實現(xiàn)順利“開始泵送”的關(guān)鍵，混凝土的合理配比及和易性是保證順利泵送的重要前提。

準(zhǔn)備向混凝土泵料斗卸料前，罐車應(yīng)以最快轉(zhuǎn)速攪動3～8 min（具體根據(jù)罐車等待時間確定），以保證混凝土和易性。順序為將混凝土從攪拌罐車送入料斗→啟動攪拌器和振動電機→開始泵送。

2.2.3 泵送間斷

噴射混凝土作業(yè)時應(yīng)盡量避免中斷，混凝土在輸送過程中受振動影響容易產(chǎn)生離析，在噴射中斷的時間里有可能初凝堵管。如果必須中斷泵送，應(yīng)做以下處理。

（1）對保水性差的混凝土，禁止中斷輸送。當(dāng)重新泵送時，必須先反抽直到充分?jǐn)噭恿隙穬?nèi)的混凝土，再開始正常泵送。

（2）若預(yù)計中斷時間達到初凝時間，應(yīng)將泵管內(nèi)混凝土反抽回料斗。

在重新泵送之前，須將料斗內(nèi)的混凝土重新攪拌達到泵送混凝土和易性的要求之后再進行泵送噴射作業(yè)。

2.3 噴射臂的運作

在整機沒有可靠就位前，不得使用噴射臂。操作過程中，操作手必須能夠觀測到整個工作范圍。如果觀測有困難，應(yīng)安排助手協(xié)助觀測指揮操作。噴射臺車噴射臂最大噴射高度可以達到17.5 m，最遠(yuǎn)噴射距離可以達到15.3 m，最低作業(yè)深度為混凝土噴射臺車停放水平面以下7.6 m［4］。

2.3.1 伸展噴射臂

噴射臂的伸展和收攏嚴(yán)格按程序操作，如果不按照噴射臂伸展和收攏的程序操作將會導(dǎo)致噴射臂及其附屬構(gòu)件的損壞。噴射臂展開的程序如下：提升一臂→展開二臂→展開三臂→伸展四臂。

2.3.2 收攏噴射臂

先收縮噴射四臂，收縮時注意不要損壞噴頭、噴嘴、管路和液壓元件等附件。依次收攏三二一臂，回轉(zhuǎn)到停放、行駛位置。

噴射臂下降時不要造成碰撞和擠壓任何機件、管路、線纜。如果噴射臂動作失效，必須立即嘗試向相反方向移動、使噴射臂離開危險區(qū)域，移到能夠掌握、控制的區(qū)域，控制住噴射臂［5］。

2.3.3 設(shè)備清洗

每一次作業(yè)后應(yīng)立即徹底檢查并清洗料斗、管路、擺管閥等所有密封件，保證臺車工作性能。

如果噴射作業(yè)僅是暫時中斷，并在終凝前能夠再次施噴，則可以不做清潔保養(yǎng)作業(yè)。如果泵送噴射中斷時間預(yù)計會超過初凝時間，則應(yīng)立即進行清理作業(yè)。對于80 mm 內(nèi)徑的輸送管路宜采用DN120 或DN150 的海綿球［6］。

3 結(jié)語

通過HPS3016s 型混凝土噴射臺車在京沈客專巨各莊、梨花頂?shù)人淼缹嶋H應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)：混凝土噴射臺車可同時有效解決干噴機和小型濕噴機存在的不足，加快施工進度，為后續(xù)二襯澆筑縮短時間；混凝土噴射臺車造成的粉塵污染比干噴機大大降低，改善了施工環(huán)境，滿足地方對施工揚塵治理要求，對操作手等隧道內(nèi)施工人員的身體健康有了保障，降低了職業(yè)病的概率；混凝土噴射臺車采用遙控自動操作，角度及距離等能夠精準(zhǔn)掌控使混凝土達到了低回彈率的要求，同時也保證了密實度，進一步提高了工程質(zhì)量；混凝土噴射臺車在隧道初期支護中優(yōu)點諸多，在今后的施工中具有不錯的發(fā)展前景。