混凝土湿喷机组高原地区施工的技术措施

刘刚 贾贵青

摘要：在高原隧道施工过程中，混凝土湿喷机组已经成为隧道施工标配的自动化设备。保障混凝土湿喷机组在高原施工环境的可靠性和出勤率，才能保证整个隧道施工循环的正常运行。本文结合TUC3016B湿喷机组在高原高寒隧道的施工案例，分析了湿喷机组在高原施工环境下所采用的主要技术措施。

关键词：混凝土湿喷机组;高原施工;技术措施

1 背景

在海拔较高地区以及季度寒冷地区，机械的使用性能会大大降低，输出功率也会降低。TUC3016B混凝土湿喷机组针对在高原环境下的施工工况的保障技术，已经在黑龙江佳牡客专线路红旗隧道、以及拉林铁路雀儿山隧道，藏噶隧道等项目施工过程中得到检验，可以给类似的建设工程提供参考。

雀儿山隧道工程位于四川省甘孜州德格县境内，国道318线，隧道全长7048米，本标段工程整体位于海拔4200米左右的高原地区，属高海拔地区工程，具有海拔高，地应力高，低气温，含氧低，气压低的特点，年平均气温-0.3℃，海拔越高，气温越低，积雪及结冰日期越长，气候条件恶劣。同时造成机械设备及施工人员功效大幅度降低，要想顺利完成施工建设，必须保证大规模机械化作业。这就要求高原地区施工的工程机械，要针对高原环境特点做针对性的技术处理和改进，以保证设备的正常运行。

2 针对高原环境主要技术措施

2.1 发动机

在高原低温的特殊环境下，以内燃机为动力的工程机械出现功率下降，油耗上升，排放恶化，磨损加剧，气动困难，水温升高，使用寿命缩短，维护频率升高等问题，大大降低了其使用的可靠性和经济性[1]。

（1）发动机采用非道路工程机械专用发动机，四缸直列式水冷四冲程涡轮增压柴油机。在高原上含氧量低，气压低，普通发动机在这样的恶劣环境下，工作效率显著降低，发动机进气量不足，输出功率大幅降低，难以满足动力输出需求。所以要选用增压型发动机来保持所需功率。

（2）配置更有效的低温启动装置，启动前对发动机进行预热，利用外置加热炉，将发动机内的防冻液进行循环加热，这样可以保证发动机在高原低温缺氧的环境下，海拔4000米，零下30的环境下能够正常启动。

（3）使用低温燃料和防冻冷却液，使系统运行温度符合工作环境要求。使用-35号低温柴油，乙二醇防冻液，5w/30专用机油。

（4）发动机在高原环境下工作，工作特性会发生变化，需要对发动机进行针对性的调校，柴油机供油提前角在高原上有着火延迟，将柴油机供油提前角进行适当的提前，这样可以提升柴油机的运行经济型。配套弗列加工程机械专用两级空气过滤器。

（5）进气管和空气滤清器的调整，增压式柴油机的滤清器采用旋风纸质空滤，两级过滤，这样可以保证在高原缺氧，风沙大的条件下，柴油机仍可吸入足够的空气。

（6）发动机散热水箱采用高原型水箱，降低水箱内压，增大水箱散热面积。

2.2 主体钢结构

车架采用Q345低合金高强度结构钢焊接而成，Q345低合金结构钢和碳素结构钢比。具有强度高、综合性能好、使用寿命长、应用范围广、比较经济等优点。为了防止车架受扭和提高整车的驱动性能，车架与两驱动桥的连接采用了三点支撑的连接形式。车架与后车桥一端刚性固定与车桥上，形成两点支撑，一端与前车桥铰接，形成一点支撑，三点支撑结构有效防止了车架受扭，保证四个车轮与地面同时接触，保证地面对整车的附着力，增强整机的驱动性能。

2.3 底盘传动系统

针对高原低温环境，车桥及变速箱齿轮油要根据环境温度进行匹配：

车桥齿轮油：GL-4：80W-90-适用最低温度-26℃;GL-4：75W-90-适用最低温度-40℃;

变速箱齿轮油：GL-5：80W-90-适用最低温度-26℃;GL-5：75W-90-适用最低温度-40℃。

2.4 液压系统

混凝土喷射机组的液压系统主要由喷射臂液压系统，混凝土泵送液压系统，行走液压系统，辅助液压系统。在高原低温环境，液压油粘度变大，流动性降低，系统效率低，油泵吸油困难，因此选用粘度较低的L-HV32#低温抗磨液压油。同时，由于高原地区气压低，空气稀薄，散热器散热能力降低，因此需要降低液压系统的发热，同时增大液压散热器的散热功率。湿喷机组臂架系统采用负载敏感系统，电比例多路阀控制，该系统控制精度高，压力损失小，系统发热小。同时针对泵送和行走系统，进行功率匹配，提高控制精度，提高系统效率，减小发热。

2.5 电控系统

为了适应高原隧道作业工况，确保其安全、可靠性，整车低压产品均采用施耐德产品，控制器和显示器为德国进口易福门品牌，工程机械专用系列产品，性能稳定，抗震抗干扰能力强，耐低温性能好，使用温度可达零下-45℃，同时整车主要电气元件均安装在具有防护等级为IP55的电控箱内，防止电气元件受潮、落尘。整车采用双动力源控制系统，整车行驶时采用內燃机驱动，处于工作状态时采用外动力源，内燃机和外动力源不可同时启用。为了适应隧道的工作环境，此设备分为本地控制和遥控器控制，防止信号的干扰，遥控器采用的是有线遥控，在遥控器上可进行臂架伸缩、俯仰、回转、自动喷射、混凝土增减、速凝剂增减等等。

高原电机要求在海拔高、气压低、缺氧、高寒、温差大、风沙大等恶劣条件下运行.所以高原电机需要更高的绝缘水平、良好的通风散热结构以及电机防振、防沙等结构。海拔对电机的功率有较大影响，由于海拔高，空气稀薄，转子和定子之间的间隙的导磁能力差，直接影响到电机的额定功率输出。相同功率的电机于高原运转时，实际功率会有所降低，因此选定电机时需计算电机功率降低余量及绝缘温升需求，选用适当的电机。另外，高原地区面临低温，低压，缺氧，温差变化剧烈等因素，容易引起电瓶电解液粘稠，电阻增加，充放电效率降低，蓄电池钝化现象加剧，进而导致蓄电池电量明显降低，极端情况下，甚至不足以满足设备的正常工作。因此我们选用风帆低温系列专用启动电瓶，满足设备-40℃环境下使用。

3 结语

随着川藏铁路施工进一步推进，雅安至林芝段新建线路967.178km，其中新建隧道788.940km/71座，占线路总长81.57%，跨七江穿八山，大部分隧道施工处于高原高寒环境，因此，混凝土湿喷机组高原施工的保障技术措施，应该予以推广，服务于更多高原施工项目。

参考文献：

[1]王俊，琚元元，周洋.混凝土湿喷机械手在长大隧道中的应用[J].建设科技，2015（15）：181-182.