濕噴機械手在某隧道快速施工中應(yīng)用

濕噴機械手在某隧道快速施工中應(yīng)用中鐵隧道集團(tuán)x處x公司0引言近年來濕噴混凝土成為鐵路、公路及水工隧道成主流施工工藝，但小型濕噴機械很難克服噴射速度慢，易損件損耗大的弊病，一般單臺噴射量小于2.5m3/小時，雖然可以多臺組合同時作業(yè)提高速度，但隧道內(nèi)空間有限，所以，小型濕噴機械的應(yīng)用越來越受到限制。要在隧道盡量提高噴射混凝土速度，目前采用大型噴射混凝土機械手已成為主流施工方式。機械手噴混凝土噴射量達(dá)到15～28m3/小時,相當(dāng)于十多臺小型噴射機同時作業(yè)，其作業(yè)效率可見而知。但機械手噴混凝土存在回彈量大、噴射不平順、對操作人員技術(shù)水平要求較高等特點，使?jié)駠姍C的作業(yè)效率大打折扣，本文以某隧道2#斜井濕噴機械手應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹機械手噴混凝土工藝改進(jìn)和優(yōu)化，并對比分析機械手噴混凝土的優(yōu)勢，機械手獲得較為理想的效果。1工程概況及設(shè)備選型新建南廣鐵路某隧道位于廣東省云浮市、肇慶市兩市，全長12208m。其中2#斜井施工管段全長3800米，隧道洞身穿越加里東期花崗巖、寒武系砂巖、千枚巖、頁巖等地層，其中Ⅳ級圍巖986米、Ⅴ級圍巖110米，所有初期支護(hù)采用C25濕噴混凝土。2#斜井噴射混凝土采用移動式混凝土噴射機組，該設(shè)備可以通過PLC控制系統(tǒng)控制各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人機對話，如外加劑摻量、混凝土輸出量、送料補償修正值，并可以直觀的檢測機器工作狀況、安全裝置工作狀況。噴射機組技術(shù)參參數(shù)最大噴射高度//m16.1理論泵送能力//m3/hh4～30最大噴射寬度//m28.2實際噴射方量//m3/hh7～20最遠(yuǎn)噴射距離//m14.3最大輸送壓力//MPa7.5最小可噴射隧洞洞高度/mm4料斗容量/L300大臂回轉(zhuǎn)角度//°252輸送管內(nèi)徑/mmm80主泵電動機功率率/kW55空壓機電機功率率/kW75大小臂伸縮/mm2噴射骨粒最大粒粒徑/mmm16噴嘴座軸向回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/°360最大作業(yè)深度//m停放平面以下88.7整機質(zhì)量/kgg160002機械手濕噴工藝2.1配合比選擇調(diào)整2.1.1原材料a.水泥噴射混凝土采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，水泥型號符合設(shè)計要求，并按規(guī)定對進(jìn)場水泥進(jìn)行檢驗強。b.粗、細(xì)骨料粗骨料采用自產(chǎn)碎石，花崗巖洞砟生產(chǎn)，最大粒徑不大于15mm，骨料級配宜采用連續(xù)級配。含泥量不大于1%，泥塊含量不應(yīng)大于0.25%。細(xì)骨料采用西江河沙，中砂、細(xì)度模數(shù)2.5～3.0，含水率控制在5%～7%。砂中小于0.075mm的顆粒不大于20%。含泥量不大于3%，泥塊含量不大于1%。c.減水劑本工程采用聚羧酸高效減水劑，摻量根據(jù)試驗確定，摻量為水泥重量的0.8%。d.速凝劑本工程采用的是AC-III型液體速凝劑，摻量不超過水泥重量的5%。根據(jù)試驗，混凝土添加該速凝劑初凝時間1-5min，終凝時間5-10min。它的后期強度保存率大于90%。e.水水質(zhì)應(yīng)符合工程用水的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)。一般應(yīng)采用飲用水。2.1.2配合比選擇調(diào)整項目部根據(jù)現(xiàn)場實際情況，做了幾組模型進(jìn)行現(xiàn)場試驗，選擇最合理的一組，具體見下表。噴施混凝土配合比設(shè)計選型匯總序號水泥用量/kg水灰比速凝劑用量/%%砂率/%坍落度/cm初凝時間/miin終凝時間/miin28d強度/MMPa13600.4545013.33.76.828.223600.4045511.93.26.632.133800.4555013.54.67.537.943800.4055512.24.37.338.854100.4545012.93.36.236.864100.4055512.73.76.537.1分析得出，影響混凝土強度的主要因素為水灰比，影響凝結(jié)時間的主要因素為外加劑的摻量。實際分析考慮，在滿足質(zhì)量要求的情況下盡量節(jié)約成本，配合比采用5號，水泥：砂：碎石：水：速凝劑=1：2.1：2.1:0.45:0.06。2.1.3配合比優(yōu)化根據(jù)噴射混凝土的設(shè)計強度，綜合考慮其生產(chǎn)率、回彈率、一次噴砼厚度和混凝土的和易性等。水灰比過大，速凝效果愈差，回彈量增大，混凝土強度偏低；水灰比小，施工噴射困難，水泥水化不充分，強度較低，回彈增大。施工中不斷調(diào)整優(yōu)化試驗，確定混凝土配合比，保證滿足設(shè)計強度并控制坍落度在120mm±20mm。攪拌混合料采用HZ90的拌合站生產(chǎn)，每次攪拌時間不小于60s。拌合好的混合料運輸時間不超過2小時，混合料隨拌隨用。2.2機械手噴混凝土工藝2.2.1工藝要求濕噴混凝土施工工藝流程圖合格不合格清理混凝土噴射基面埋設(shè)噴射厚度標(biāo)記檢查風(fēng)水電檢查噴漿設(shè)備并試運行檢查液態(tài)速凝劑系統(tǒng)作業(yè)面通風(fēng)照明檢查聯(lián)絡(luò)裝置受噴面清理，排水料場配料拌合機水混凝土噴射機組速凝劑噴射作業(yè)機具清洗斷面測量處理超欠挖制作試塊運輸復(fù)噴檢查(1)噴頭與受噴面的距離：濕噴機要求風(fēng)壓0．6～1．2MPa，噴頭距受噴面太近時，壓縮空氣會將剛“粘”在受噴面上的混凝土拌和料吹走，使粗骨料的回彈量增大，噴射情況表明，當(dāng)噴頭距巖面為0.5～1.2m時較適宜。(2)噴射角度：噴頭應(yīng)保持與受噴面垂直，若受噴面被格柵、鋼筋網(wǎng)覆蓋時，可將噴頭稍加偏斜，但不宜小于70°，如果噴頭與受噴面的角度過小時，會形成混凝土物料在工作面上的滾動，出現(xiàn)凸凹不平的波形噴面，增加了回彈量，影響了所噴混凝土的質(zhì)量。在配有鋼筋網(wǎng)片的巖面噴射時，噴嘴應(yīng)靠近受噴面，并與垂直方向有一個小角度，使鋼筋后面的混凝土能噴射得更加密實，防止鋼筋后漏噴，以獲得較好的包裹效果。(3)噴頭運動方式：機械手活動范圍很大，所以應(yīng)分段、分部噴射，噴射時分段長度不超過6m，由左右邊墻向拱部逐層噴射。噴頭應(yīng)作連續(xù)不斷的螺旋狀圓周運動，螺旋直徑約為20～30m，后一圈壓前一圈三分之一。(4)噴射厚度：噴射混凝土對墻部一次噴層厚可達(dá)10以上，拱部一次噴層厚可達(dá)7cm。影響噴層厚度的主要因素是混凝土的坍落度，速凝劑的作用效果和氣溫。一般10～15cm左右的坍落度可獲得較厚的噴層，能保證混凝土在2min內(nèi)凝結(jié)的效果較好。(5)對有噴射缺陷的地段，應(yīng)鑿除后重新補噴。對噴射后滲、漏水處，可進(jìn)行局部引排后再補噴；2.2.2人員因素由于本工程首次采用大型機械進(jìn)行噴射作業(yè)，沒有較為熟練的班組，我們只有采用自我摸索培訓(xùn)的方式在作業(yè)過程中不斷提高。在機械手噴混凝土作業(yè)中，噴射手至關(guān)重要，噴射手的技術(shù)水平、經(jīng)驗、責(zé)任心在混凝土回彈及噴射速度乃至設(shè)備保養(yǎng)使用中起到?jīng)Q定性作用。一般來說，噴養(yǎng)一個較為熟練的噴射手至少要1個月以上時間，還要看噴射手悟性的高低。3濕噴機械手作業(yè)效果對比分析3.1快速性⑴噴射機組噴射速度快，效率高。在正常工況下施工，該機組的噴射量范圍為7～25m3/h，平均為18m3/h。而TK500型濕噴機的噴射量為3～4m3/h。兩者相比，1臺的效率相當(dāng)于5臺TK500型濕噴機同時噴射的作業(yè)量。⑵準(zhǔn)備時間短。噴射機組行走和噴射臂由內(nèi)燃發(fā)動機作動力，行走采用四輪驅(qū)動，行走速度快，噴射機組到達(dá)工作面時，只需要將電纜卷筒的電纜接頭連接在配電箱內(nèi)，前后支腿支起，使用有線遙控器將大臂和小臂移動到待噴部位，整個過程只需要10min左右。若使用TK500型濕噴機，則需要用裝載機分別將4臺機器和放料盤并排放置在待噴部位，然后依次連接電機電纜、高壓風(fēng)管及速凝劑管等，整個過程需要30min以上。⑶噴射范圍廣且移動方便，能提高作業(yè)循環(huán)的速度。噴射機組的大臂和小臂通過油缸都可以伸縮2m的行程，在噴射機組不移動的情況下，噴射高度可達(dá)16m，寬度可達(dá)28m，特別是采用三臂鑿巖臺車進(jìn)行新增工作面和主隧道的開挖過程中，體現(xiàn)了沒有噴漿臺架利用噴射機組進(jìn)行噴漿的方便快捷性。（2）噴射機組在噴漿支護(hù)的過程中，噴射操作手通過有線遙控器（控制線長為15m）操作噴射臂的噴射位置和噴嘴的角度，而使用TK500型濕噴機進(jìn)行噴漿支護(hù)作業(yè)時，噴射操作手要手持噴頭和噴漿管，靠近施噴面近距離進(jìn)行操作。相比而言，使用噴射機組進(jìn)行噴漿作業(yè)，可以避免掌子面由于圍巖較差而掉落石塊傷人、噴射反彈料傷人等事故，同時可減少操作人員吸入大量噴射混凝土的粉塵而危害身體。因此，具有較好的安全性3.2經(jīng)濟(jì)性以某隧道2#斜井出口方向Ⅳ級圍巖段施工為例，2009年10月份采用TK500型濕噴機與同年12月份采用噴射機組統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析為例，如下表。噴射機組和TKK500型型濕噴機噴噴射成本比比較表設(shè)備名稱PM500PCC型噴射機機組TK500型濕濕噴機購置成本價/萬萬元/臺42010頂拱反彈率/%%1325邊墻反彈率/%%815綜合反彈率/%%1123.5整機總功率/kkW130（主油油泵55++空壓機755）115（濕噴機機33+空壓壓機82）配件消耗量/元元/m325.416.8人工工時/人38速凝劑摻量/%%58噴射循環(huán)時間//h2.5～34.5～5采用噴射機組，可以使速凝劑摻量得以控制，降低噴射的反彈率并且減少混凝土罐車放料和等待噴射的時間。同時，在施工過程中可最大程度的降低設(shè)備的故障率和操作人員的勞動強度，使施工效率和經(jīng)濟(jì)效益得到明顯提高。4.3安全性噴射機組在噴漿支護(hù)的過程中，噴射操作手通過有線遙控器（控制線長為15m）操作噴射臂的噴射位置和噴嘴的角度，而使用TK500型濕噴機進(jìn)行噴漿支護(hù)作業(yè)時，噴射操作手要手持噴頭和噴漿管，靠近施噴面近距離進(jìn)行操作。如右圖所示，相比而言，使用噴射機組進(jìn)行噴漿作業(yè)，可以避免掌子面由于圍巖較差而掉落石塊傷人、噴射反彈料傷人等事故，同時可減少操作人員吸入大量噴射混凝土的粉塵而危害身體。因此，具有較好的安全性。4.結(jié)論濕噴機應(yīng)用某隧道施工，保證了隧道施工安全與質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度，減輕了對環(huán)境的污染，改善了工人的工作環(huán)境，體現(xiàn)出了以人為本的原則。型噴射機組具有施工機械化程度高、工作效率高、回彈量少、施工安全性強，作業(yè)環(huán)境好、總的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著等諸多優(yōu)點。但是噴射手熟練程度及技術(shù)水平的高低使得施工平整度問題還