新型湿喷台车施工技术新探——以渝黔高速公路扩能项目技术革新为例

刘 振

（中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆北碚 400700）

渝黔高速公路扩能项目重庆段长约100公里，路基宽33.5米，双向六车道，设计车速100公里/小时，起于绕城高速忠兴立交，经巴南、綦江到贵州。中铁十八局集团承建渝黔高速公路扩能项目第二合同段，包括5个土建标段和1个路面标段。项目起于重庆市巴南区接龙镇桥边村花土坡，经綦江区隆盛镇、永城镇，过万盛开发区南桐镇、青年镇，止于万盛开发区关坝镇光明村下漕，按照双向六车道高速公路标准设计，线路全长53.542公里，设置互通六处（柴坝、隆盛、永城北枢纽、南桐枢纽、青年、关坝），设置服务区两处（玉星、万盛）。全线桥梁隧道总长13.54公里，占线路长度的25.29%，工期紧，任务重，施工环境恶劣。

渝黔高速公路扩能项目隧道施工采用“四新”技术，以提升工程质量，节约劳动消耗，提高施工效率，缩短工期，从而提高工程建设的综合经济效益。从上场以来秉承“机械化”施工理念，初期支护施工采用湿喷台车，使得隧道施工速度更快、质量更好。

对于大型隧道工程施工，合理选择新型湿喷设备与高性能喷射混凝土匹配是工程技术管理人员精细化研究的课题。

1.隧道混凝土湿喷设备的选型

目前隧道施工主流湿喷车车型是臂架式25～32m3,臂架形式有折叠臂、伸缩臂和回转臂。从喷射混凝土速度看，每小时喷射混凝土在20m3,以上的设备基本满足隧道初期支护需要。选择湿喷设备臂架的长短与折叠形式取决于隧道开挖断面轮廓尺寸[1]。

湿喷设备的分类与适合断面尺寸见下表：

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选择合适的湿喷设备主要考虑生产效率和适用条件，隧道选择铁建HPS3016S和中铁岩峰HP3217，这两种设备适合于铁路隧道大断面开挖，备选替补设备优选小型设备TK700。

普通汽车形式底盘设备价格低，耐久性相对差。工程车底盘实现四轮驱动和四轮转向，稳健耐用。

2.湿喷混凝土优化配合比技术

湿喷混凝土要求配合比技术比较高，对水泥、骨料、外加剂等材料均需要经过检验，必须满足现场需求和国家标准（GB/T14685-2001）。细集料优先采用级配合理且细度模数在2.2～3.2mm之间的天然中粗砂；机制砂石粉含量控制＜5～10%。粗集料宜选用5～10mm的碎石或卵石，其针片颗粒应＜5%，最大骨粒不得超过15 mm。坍落度应根据不同的受喷面调整，控制在80～120 mm之间，水灰比在45～48，水泥用量＞400kg为宜。保持喷射混凝土良好的流动性、和易性。湿喷混凝土实际生产配合比需要通过现场试喷后总结并逐渐调整优化，最终确定配合比的参数[2]。

图1 速凝剂掺量与初凝时间关系曲线图

3.速凝剂掺量调节和使用

液体速凝剂的施工掺量应在实验室确定最佳掺量的基础上，考虑其差异性、敏感性和施工中的损失，进行综合指标确定。原则上在满足凝结要求时应使掺量最小为目标。

3.1 速凝剂掺量控制

速凝剂掺量根据混凝土中水泥含量的一定比例确定的，速凝剂含量通常控制在3-5%。由于速凝剂掺量在一定范围内掺量增加，初凝时间缩短（如图1）；混凝土塌落度（水灰比）越大，初凝时间越长（如图2）。所以在实际生产中根据混凝土喷射部位不同而调整掺量，一般情况是仰拱和边墙掺量按照抵限掺量控制，拱顶适当增加速凝剂掺量。

图2 塌落度与初凝时间关系曲线图

3.2 速凝剂掺量的计算

混凝土实验配合比中速凝剂掺量按水泥重量的3～5%比例掺配，实际生产过程中由于温度、塌落度、速凝剂质量、锚喷位置等因素影响，掺量会根据实际发生变化。湿喷车速凝剂掺量控制原理是调整速凝剂泵的排量，排量增减直接反映出掺量大小。

由于速凝剂是水溶剂，掺量的无限制增加，会导致水灰比增大，速凝效果会降低或者起到反作用。

4.湿喷混凝土现场施工技术

4.1 岩壁素喷混凝土方法

对于隧道围岩等级较好的段落（Ⅱ级围岩），设计素喷混凝土。厚度设计为5cm。根据现场实际调整混凝土的坍落度、供风风压、喷射距离和速凝剂的掺量等参数，掌握喷嘴时应尽量控制喷嘴与受喷面垂直，喷射距离在0.5～1.2 m范围内（与风压成近似反比）。

隧道拱顶湿喷作业时的风压宜控制在3～5bar，边墙湿喷作业时风压宜控制在2～4bar，最大不得超过5bar。

素喷混凝土岩面适合先喷两侧边墙，最后拱顶。无论是喷边墙还是拱顶，喷头前后刷动（运动）逐层向上。预留找平层。

4.2 型钢拱架的混凝土喷射方法

为了确保初期支护安全可靠，对于Ⅳ～Ⅴ级围岩，设计采用格栅钢架、型钢拱架加强支护形式，同时配以钢筋网片，喷射宜采用低风压近距离变化喷射角度的方法，风压控制在2～3 bar，喷头距离岩面0.5 m左右。调整喷头角度先喷实钢拱架背部，再喷实钢筋网背后，最后恢复正常湿喷方法喷实钢架之间。否则湿喷料速凝会在钢架与钢筋网表面形成一个混凝土壳，造成钢架背后、钢筋网背后与围岩之间易形成空洞。

4.3 格栅拱架的混凝土喷射方法

对于隧道内支护采用格栅拱架段落的锚喷混凝土，相似于钢拱架段落。主要区别在于喷射拱架周边时需要增大风压、降低排量和喷头近距离的办法，目的是减少混凝土在格栅外层凝固形成空隙。还有就是格栅拱架周边喷射混凝土一次成型，只预留找平层。

5.喷射混凝土施工技术控制要点

5.1 隧道在喷射混凝土时经常性出现回弹率大、喷锚料浪费，考虑适当提高细集料量、减少粗骨料或者增加水泥用量。回弹率率通常边墙控制在＜10%，拱顶控制在＜15%。回弹率大说明粗骨料比率高，水泥凝胶不能有效粘结骨料颗粒物，在高压风的外力作用下容易脱离。细集料含量高无疑总表面积大，要求用更多的水泥来包裹集料表面，以满足喷射混凝土的强度要求。水泥用量越大，混凝土就越容易干缩、开裂，同时成本也增加。

5.2 速凝剂用量需要根据现场实际情况增或减，不同部位喷锚使用速凝剂掺量决不能一成不变。混凝土湿喷作业过程中，需要不断调整的参数有混凝土泵送排量、速凝剂掺量、风压和喷头角度，这些参数的合理配合才能达到内实外光的效果。

5.3 找平层的处理属于补喷美化的过程，需要增加风压、调大混凝土塌落度、增大水灰比、降低混凝土泵送排量等技术工作。

6.喷射混凝土养护

喷射混凝土养生非常重要，制约混凝土强度提高的时效，从而影响隧道安全。混凝土初凝后发生水化反应放热蒸发失水，然后随着龄期的增长还要吸水提高强度。水化反应蒸发混凝土中的游离水，但是混凝土养生提高强度过程中所吸收水分子成为结晶水。

隧道采用雾泡对喷射混凝土进行养护，均匀撒布，遵从相关标准执行。

7.结束语

湿喷混凝土技术在隧道施工中应用已经非常广泛，为施工带来了巨大的效益，一是工程施工进度的加快，二是施工的初期支护质量更加优质，三是减少了掌子面作业人员的数量，四是创造了更好的作业环境，相信新型湿喷台车喷射混凝土技术在隧道支护施工中将发挥越来越大的作用。