湿喷机械手在高速铁路隧道施工中的应用

郑渊

（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030013）

湿喷机械手在高速铁路隧道施工中的应用

郑渊

（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030013）

随着高速铁路的发展，采用大型混凝土湿喷机械手已成为隧道湿喷主流施工方式。本文以凤凰岭隧道湿喷机械手应用为例，详细介绍机械手湿喷工艺及湿喷效果。湿喷机械手性能优良，大大降低了隧道内粉尘浓度，保障工人身体健康，并有生产率高、回弹度低、施工质量高的特点。在此之前，湿喷机械手研发技术长期由国外垄断。CHP25B车载式湿喷机械手的研制使用，成功打破了国外垄断，大大降低了湿喷机械手的购买成本。

湿喷机械手；高速铁路；施工

1 工程概况

新建铁路北京至沈阳客运专线（京冀段）控制工程先期开工段施工JSJJSG-Ⅱ标段，位于河北省平泉县七沟镇、平泉镇境内。凤凰岭隧道全长9841m，为单洞双线隧道，内线间距5.0m，最大埋深195.4m。凤凰岭隧道1号斜井长470m，凤凰岭隧道2号斜井长400m。

2 设备选型

喷射混凝土采用CHP25B车载式湿喷机械手（图1），产地为湖南五新隧道智能装备股份有限公司。该设备特性：机动性强，转场方便，可兼顾多个掌子面；电动力系统，适应力强，可靠性高；机械手动作灵活，施工范围大，无施工盲区；速凝剂用量和混凝土方量自动匹配，减少速凝剂消耗；喷射量最大可达30m3/h,综合回弹率可控制不大于15%；性价比高，设备耐久。

图1

3 机械手湿喷工艺

（1）机械手湿喷混凝土工艺。喷射混凝土必须采用湿喷工艺，采用车载式湿喷机械手进行湿喷作业。喷射混凝土必须在规定的拌和站统一拌和，由专用的混凝土运输车运至施工地点。隧道开挖完成后，先对掌子面进行初喷作业，然后按照设计图纸要求施做支护措施，最后进行湿喷混凝土至设计厚度。①喷射前准备。岩面有渗水出露时，应先引排处理。当局部出水量较大时，可采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟等措施，将水引导疏出后再喷射混凝土。混凝土中可根据试验结果增添外加剂以确保喷射混凝土质量。应埋设标志或利用锚杆外露长度以控制喷射混凝土的厚度，确保最小厚度满足设计要求。检查材料、机具、劳力的准备情况，检查风、水、电等管线路并试运转，作业面具有良好的通风和照明条件。②喷射作业。混凝土中的水泥、细骨料、粗骨料以及骨料级配、水要符合《隧道施工及验收规范》的要求。在喷射混凝土之前应检查开挖断面尺寸，清除危石和墙脚的岩碴，用高压风将开挖面的粉尘和杂物清理干净。喷射作业应分段、分片、分层，由下而上依次进行。湿喷机械手喷嘴离岩面距离0.6～1.0m左右，拌合站应严格控制水灰比，使喷射层表面平整、光滑，无干斑或滑移流动现象。每次喷层厚度拱顶为3～5cm，边墙5～7cm，喷嘴应大致垂直岩面，以尽可能减少回弹。改变喷射混凝土配合比，增加水泥用量，先喷干混合料，待其与涌水融合后，再逐渐加水喷射。喷射时，先从远离出水点开始，逐渐向涌水点逼近，将散水集中，安设导管，将水引出，再向导管逼近喷射。当涌水范围大时，可设树枝状排水导管后再喷射。当涌水严重时，可设置泄水孔，边排水边喷射。（2）湿喷机械手对回弹率要求。影响喷射混凝土回弹率的综合因素包括喷射混凝土的配合比、坍落度、速凝剂效果、操作手的操作技能、压缩风压力、受喷面等方面，车载式湿喷机械手在实际工作中回弹率一般可以控制在10%左右，不超过15%。（3）湿喷机械手对速凝剂要求。速凝剂采用液体速凝剂。使用前应做效果试验，要求初凝不超过5分钟，终凝不超过10分钟。应根据水泥品种、水灰比等，通过试验确定速凝剂的最佳掺量，车载式湿喷机械手的速凝剂掺量一般为3%～5%，实际掺量一般为每方混凝土约22～30公斤。（4）湿喷机械手对喷射混凝土配合比要求。根据强度确定水灰比后，在合理控制成本的基础上，喷射混凝土配合比设计放在混凝土和易性上，保证坍落度控制在14～18cm的合理范围，并具有良好的粘聚性，满足易喷射、不易堵管、减少回弹量和粉尘，符合质量好、强度高、密实度高等物理力学指标要求。（5）湿喷机械手对混凝土原材料的要求。水泥选用与液体速凝剂相容性较好的42.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。砂子选用级配合理，细度模数为2.5～3.2的坚硬耐久的中粗砂。石子选用级配合理，5～10mm的坚硬耐久的碎石，且粒形要好、针片状颗粒含量小于15%。（6）湿喷质量控制。①操作规程上墙，严格按照规程施工。②严把原材料关，不合格的原材料严禁入内。③质量保证体系必须到位。④喷射作业前，准备工作必须及时到位。⑤喷射混凝土要保证喷射混凝土厚度和平整度。⑥施工技术人员严格把关喷层厚度、喷层与受喷面粘结情况、喷射作业中各种参数，并形成检查记录。（7）湿喷安全控制。现场张贴安全标识牌，建立安全日志，喷射混凝土时必须带安全帽、防尘口罩等防护用品，电线必须包好，防止用电伤人，安全员必须在掌子面值班，电工必须持证上岗。（8）喷射混凝土粉尘和回弹控制措施 。为了减少粉尘的回弹量，必须采用复合高效减水型速凝剂这种材料，以增加喷射混凝土的粘度。提高培训混凝土操作人员的操作水平，并在湿喷作业施工过程中能熟练掌握。 为避免粉尘扩散严重，必须严格控制空压机的风压程度。加强隧道内的通风效果，将粉尘浓度降至最低，尽量都排在洞外。控制好一次的喷层厚度，避免喷层过厚导致坠落现象。控制好砂率配比和骨料粒径，必须满足要求。控制好受喷面与的最佳距离，一般在0.6～1.2m范围内，喷射角度要求必须垂直岩面，不得大于45°要求。 含砂率必须控制到位，为了减少回弹量，一般采用较多的砂率（60%左右）。当砂粒偏粗时，砂率可稍大些；砂粒偏细时，则砂率宜偏低些。

4 湿喷机械手湿喷效果

车载式湿喷机手的最大理论喷射量为30方/小时，实际工作中，受混凝土流动性、喷射部位、操作手技能的影响，车载式湿喷机械手的最大实际喷射量为25方/小时；根据工地现场工序协调的不同，隧道内一般综合喷射效率为15～20方/小时。从设备进场以来，车载式湿喷机械手的施工效率比之前人工湿喷有了大幅度提升，一个工作循环从进洞到出洞，时间一般控制在3～4个小时。项目部对喷射效率与效果非常满意。

5 湿喷机械手的维修保养

车载式湿喷机械手需要我们经常维护，这样才可以保持它的高性能，才能光洁如新，才能减少故障的发生次数。而没有维护保养的湿喷机往往导致故障频频出现，不仅耽误工期，也可能造成巨大的经济损失。

（1）湿喷机械手的维修。

整机组：①所有安全设施。采用目测和功能检查相结合的方法，排除所有安全隐患。②电线、动力电缆。采用目测检查方法。③电控柜。将电控柜内部灰尘清洁干净，保证正常运转。④水箱。确保水箱已加注满干净水。⑤灯光。开启后目测检查，正常照亮。⑥所有紧固螺栓。按照紧固件扭矩表检查。⑦底盘、喷射臂和混凝土泵所有润滑点，加注润滑脂。

混凝土泵：①整机。喷射作业或长时间中断喷射时彻底清除料斗、泵缸、S-摆管、输出口以及外部残留混凝土。②搅拌轴。检查轴两端支承固定和密封是否完好，检查搅动叶片紧固件。③眼镜板和切割环。检查和调整接触空隙，检查有无磨损和开裂。④手动润滑。清洗后加注润滑脂。⑤自动润滑。检查润滑油泵功能及储脂罐油位。⑥输送管路。检查和调整管箍密封并紧固，检查管壁厚度并转角度安装。

喷射臂：①回转机构、大小臂、喷射头：彻底清除粘附的混凝土；加注润滑油；清洁压轮架和压轮，加注润滑油；检查大小臂刮片；若磨损则更换；外部涂抹脱离剂或废油液。②输送管路：检查和调整管箍密封和紧固；检查钢管壁厚，旋转角度后安装。③混流管：检查密封和腐蚀情况。

液压系统：①检查液压油油位。②目视检查管路接头有无损坏漏油；目测检查液压缸、油马达密封。③检查滤芯污染指示，清理滤清器内的沉淀赃物。

（2）湿喷机械手的养护。树立维护保养意识，良好的维护保养是保证湿喷机良好运行的关键。建立一份日常基本项目检查表，定期进行保养。

6 结语

为确保完成节点目标，项目部隧道施工使用大型湿喷机械手后提高了施工进度与效率。该机械手充分保证了隧道内与其他工序的高效衔接，一定程度上提高了隧道施工进度，改善了隧道内空气质量。湿喷机械手避免掌子面上回弹料伤人事故，减少了操作人员与混凝土的接触，同时降低了洞内粉尘浓度，保护了工人的身体健康。采用CHP25B车载式湿喷机械手，在京沈凤凰岭隧道的初支作业中越来越体现出其独特的优势，有力推动了机械化施工在隧道项目的应用。

TP241

A

1671-0711（2017）03（上）-0114-02