浅谈湿喷机械手在马东铁龙运隧道中的应用

朱伟恒

（中交四航局第一工程有限公司，广东 广州 510310）

1 工程概况

马来西亚东海岸铁路（简称ECRL）横贯马来西亚半岛东西，线路自瓦卡巴鲁引出，沿东海岸向南，途径哥打巴鲁、瓜拉登嘉楼、龙运、关丹，然后折向西南，经文德甲、万宜、布城，至终点站巴生港，线路长约532.6km。新建马来西亚东部沿海铁路项目中，采取的是客货共线铁路形式，道北（Tumpat）至鹅唛（Gombak）建设有轻轨站，该段总长度530.12km，其中正线部分路基长365.99km，为整个线路总长的69%。根据现场施工情况，沿线共设置有114 座铁路桥，总长度114.9km，占线路总长的21.7%。施工中隧道总量36座，总长度49.12km。较特殊的是云顶隧道，此部分总长度17.69km，为典型的特长隧道。

2 机械手湿喷工艺

2.1 工艺概述

湿喷是铁路隧道各环节有序推进的重要技术，小型湿喷机械的局限之处在于速度慢、零部件损耗大，正常情况下单台设备的喷射量为2.5m3/h，尽管具备多台组合作业的条件，但受碍于隧道空间的限制，无法以高效的方式展开湿喷作业。因此，大型湿喷机械手逐步被应用于隧道工程中，其具备喷射的速度相对更快，正常情况下，湿喷量可达15 ～30m3/h。当然，此设备对于技术人员提出较高要求，必须得到成熟技术水平的支持。

2.2 系统工作原理

做好空压机启动前的准备工作，要求压缩机手动截止阀均达到开启状态。截止阀的使用需具有针对性，不可将其作为排放阀而使用，且不允许作为喷射供风阀，若出现此现象将对空压机的稳定运行造成影响，使得油气分离滤芯处于异常状态。若发生紧急情况，可启动手动截止阀，在其作用下隔绝压缩空气，若该阀处于关闭状态，需随即复喷施工作业，注重压力表的读数，该值为0 时才具备打开截止阀的条件；反之，表明管路中存在压力，禁止将截止阀打开。首先，要将供风完全截断，在此基础上，再有效打开空压机排放阀，通过此方式确保管路压力为0，随后开启截止阀。若电控系统运行中发生异常，在此影响下难以切断供风，此时，空压机应暂停运行，逐步打开排气阀，以达到排放管路的效果。

2.3 添加剂系统

其结构如图1 所示。系统中设置有添加剂泵，在其作用下可将添加剂转移到喷头处，工作状态主要有两种：一是吸入，需与添加剂罐保持稳定连接的状态；二是泵出，此时，要与喷射头稳定连接。

图1 添加剂系统

2.4 高压清洗水系统

具体结构示意图见图2。需要注意的是：（1）喷射机组作业前必须注满水箱；（2）滤清器滤网防止固体杂物进入水泵；（3）寒冷季节施工后，应使用排放阀和滤清器的排空塞放净系统剩水，防止冻裂器件。

图2 高压清洗水系统

2.5 机械手喷射混凝土工艺

（1）调整喷头位置，该结构与岩面间距需控制在0.5～1.2m，喷射过程中调节湿喷机风压，以0.6 ～1.2MPa 为宜。（2）喷射角度：确保喷头位置的合理性，应与受喷面处于相垂直的状态，若出现格栅遮盖受喷面的情况，允许适当倾斜喷头，但不可在70°以内，从而确保喷射效果。（3）喷头运动：本工程所用机械手的工作能力较强，覆盖的范围较大，采取的是分段螺旋喷射的方式，喷射过程中各段长度≤6m，同时从左右边墙处展开喷射作业，逐步向拱部推进。整个喷头都要处于持续运动的状态，调节螺旋直径使其介于20 ～30m，控制相邻圈的重叠面积，要求达到前一圈的1/3。（4）喷射厚度：根据不同的部位确定相对应的喷射厚度，墙部至少为10cm，拱部至少为7cm。从影响因素的角度来看，混凝土坍落度会直接对喷层厚度造成影响，部分情况下还与速凝剂性能有关。

3 湿喷机械手的应用

（1）建立输送系统，在其支持下完成对压缩空气、混凝土以及添加剂三部分材料的输送作业，使其能够到达各自对应的喷头处，三者充分混合后再通过相同的喷嘴喷射。（2）设置高效拌和站，在其支持下完成混凝土拌制作业，采取的是湿喷式喷射方法，可达到控制回弹量、降低粉尘的效果，相较于传统方法而言，施工效率得到了显著提升。（3）掌子面开挖过程中兼并喷射混凝土，初喷厚度至少为4cm，设置锚杆并铺设钢筋网，随后执行复喷作业，经上述流程后最终达到设计要求。（4）搭建格栅与型钢，在足够稳定后，方可喷射混凝土，以便提升支护能力。围岩完整性较好，具有较长的稳定时间，结束开挖后需随即展开初喷、搭设锚杆等环节的施工，下一循环支护时再对该处复喷。基于上述方式，各层间隔时间均为一个循环，每层经爆破作业后不可避免会产生裂纹，在后续喷射过程中则被有效填充，新喷层若与掌子面的间距较远，将有效控制爆破振动，明显提升了混凝土层的支护效果。

3.1 喷射砼配合比设计

水泥：此处较为可行的是52.5 普通硅酸盐水泥。细骨料：选择的是足够洁净的中砂或粗砂，要求其细度模数＞2.5。粗骨料：选择的是具有较大硬度的碎石，其粒径至少为16mm，具有优良的级配，所用的石料不允许含有活性二氧化硅。水：不可对水泥的正常凝结造成影响。速凝剂：通过试验明确速凝剂的基本特性，经试验后确定合适的掺量，通常情况下以水泥总量的2%～4%为宜。

3.2 喷射砼施工

隧道初支施工作业时较为可行的是湿喷工艺，设置拌和站，将该处产生的混凝土转移到搅拌车内，沿既定线路运输至指定区域，再利用湿喷机展开喷射施工。结束隧道开挖作业后，需优先完成封闭岩面的喷射作业，在此基础上，再设置钢架、挂钢筋网、搭设锚杆，确保无误后全面清理，随后复喷施工。

3.3 喷射砼前施工准备

做好喷射前的准备工作，即在高压风的作用下有效清理岩面。为确保喷射混凝土厚度的合理性，有必要设置相应标志。实际施工中，应全面检查机具、水电等相关工程因素，将湿喷机转移到指定施工区域。

3.4 混凝土搅拌、运输

引入了强制式自动计量搅拌机，该设备的特点在于精确控制材料用量。经试验后可确定合适的搅拌时间，根据工程要求，至少要达到120s。根据拌和站的实际情况选择合适的砼运输车，实现对运输设备的有效调度，为现场喷射作业提供充足的原料支持。

3.5 喷射作业

喷射施工遵循分段、分片的基本原则，要求各个分段的长度≤6m。优先完成低洼处的喷射作业，随后，再通过由下至上的方式依次分层喷射。边墙喷射施工时，需要从墙脚处开始逐步向上延展；分层喷射过程中，只有在前一层达到终凝状态后方可喷射施工，若已经终凝且经过1h 后，则要利用高压水做好清表工作。关于单次喷射厚度的控制，需确保混凝土不出现滑移现象，若厚度过大，则会降低材料黏结力，反之，若过薄则会提升回弹量。关于边墙的喷射施工，各处都要足够均匀。严格控制喷射速度，以便提升混凝土的压实效果。

3.6 养护

混凝土达到终凝状态且经过2h 后，需随即采取养护措施，此处为湿水养护的方法，持续时间至少为14d。若现场温度在+5℃以内，则转变为养护液养护的方式。

4 结语

机械手在现代工程领域取得了广泛的应用，其具备机械化程度高、回弹量少等多重特点，但施工中对技术水平提出了较高要求，因此，要从实际情况出发选择合适的技术方案，针对各项生产要素采取有效控制措施，此举对湿喷机械手运行效率而言尤为关键。