湿喷台车在隧道支护中的应用

张 伟

(中交二公局东萌工程有限公司，陕西 西安 710119)

1 工程概况

燕子山分离式隧道左、右线总长分别为2 605 m和2 565 m，隧道净宽、高分别为10.25 m和5 m，双向两车道，每条车道宽3.75 m，按80 km/h的速度设计。整条隧道中，III级围岩段总长3 196 m，IV级围岩段总长1 754 m，V级围岩段总长220 m。该隧道所处区域地形较为复杂，进口和出口岩性均以强风化凝灰岩为主，稳定性相对较差。

2 设备选型

燕子山隧道最初采用干喷工艺进行初期支护，虽然这一工艺较为简单，但会产生浓度较大的风尘，且容易产生回弹，对隧道快速施工不利。针对这种情况，改用湿喷技术，引进湿喷台车，以优化工作环境，保证混凝土喷射质量，减少回弹，提高生产效率。该隧道所用湿喷台车主要技术性能参数包括：(1)混凝土喷射泵：①柱塞行程为1 000 mm；②最大输送压力为7.5 MPa；③最大输出量为30 m3/h。(2)添加剂系统：①容量为1 000 L；②最大输送量为300 L/h。(3)喷浆机械手：①臂摆角/仰角为±27°/55°；②最大宽度为15 m。(4)喷转旋转角度为360°。(5)喷浆臂：①臂俯仰为-22°～+55°；②伸缩行程为2 000 mm；③喷浆嘴旋转/俯仰为450°/105°。(6)空压机：①形式为电动螺杆式；②排量为13.5 m3/min；③压力为0.8 MPa。

3 配比设计

对于湿喷时所用混凝土，其配比和混凝土成型后强度、初喷层实际厚度与回弹量等都有直接关系。在配比设计过程中，水灰比会对混凝土强度及和易性造成很大影响。基于此，在按照要求选定了水灰比之后，需将设计要点放在和易性与速凝剂两个方面，使回弹量不超过15%，坍落度保持在120～150 mm范围内，以保持良好黏聚性。以现场材料和设备实际情况为依据，将混凝土配比确定为：水泥∶砂∶碎石∶水=1∶1.57∶1.92∶0.5，在此基础上按照5%的剂量掺加速凝剂，按照0.2%的剂量掺加稳定剂。

4 作业要点

(1)对于湿喷用混凝土，其水泥以普硅水泥为主，砂为中粗砂，其细度模数要达到2.5以上，粒径在0.075 mm以内的颗粒含量不能超出20%，骨料粒径不得超出15 mm，且应有良好的连续级配，间断级配骨料一般不允许施工。将混凝土按照设计确定的配比制备完成后，检查其坍落度是否处在120～150 mm范围内。

(3)混凝土的喷射施工应在分段的基础上分块和分部进行，在分段时，每段的长度不能超出4 m，按照先下后上的顺序和先墙后拱的基本顺序进行，每块的尺寸大小按2 m×1.5 m控制。通过这样的方式，能减少滑动与脱落。在喷嘴运动过程中，应按照S形进行缓慢的移动，在喷射过程中，后半圈应压住前半圈，同时注意半径不能太大，喷射的长度要根据实际速凝效果确定，通常在3～4 m范围内，严格按照规程进行操作，确保喷射后混凝土表面达到平整。

(4)喷嘴和岩面之间的距离应按照0.8～1.2 m的范围严格控制，如果局部有较大的限制，可予以适当调整；喷射时，需要将风压控制在0.3～0.5 MPa范围内，风压太大或者是太小都会对混凝土质量造成影响，或引起回弹，当风压过小时，会由于喷射力不足导致混凝土无法达到密实，而当风压过大时，将由于喷射速度过快导致明显回弹，造成混凝土浪费。

(5)在喷射混凝土的过程中，喷嘴需要和岩面保持垂直，当岩面上存在明显的凹陷时，应先将其找平。同时以实际情况为依据，对风压与水压做适当调。对边墙进行喷射的过程中，应向下倾斜喷嘴，倾斜的角度按10°控制。倾斜的角度不能太小，否则混凝土骨料将在喷射面上发生滚动，导致喷射的表面变成波形，也会增加回弹，对喷射质量造成影响。

(6)混凝土喷射要分层进行，每次喷射的厚度都不能太大，如果厚度过大，将由于受到自重而产生明显的裂纹，进而引起大面积脱落的现象，一般情况下分层厚度应按照4～6 cm严格控制。两层混凝土喷射之间的时间间隔应控制在15～20 min范围内。完成第一次喷射施工后，厚度约5 cm，在其实际强度不低于5 MPa后，方可继续喷射，直到设计要求的厚度。在第一次喷射过程中，要在确定好设计断面后，先进行测量组件的埋设，包括收敛测点和沉降测点。当隧道的一次初期衬砌存在钢拱架时，和围岩之间存在的空隙要用混凝土将其填充密实，使混凝土覆盖整个钢骨架至少2 cm，以免钢骨架发生锈蚀。

5 湿喷台车优点

(1)提高作业效率。采用湿喷台车进行施工时，仅需2～4名作业人员即可对整个施工过程予以控制。在人员分配方面，能节省很多人力资源。在喷射效率方面，湿喷台车单位时间喷射量可以达到30 m3，甚至更高，有效作业半径不小于14.8 m，同时仅就位以此即可进行全方位和多角度的施工，基本无盲区。另外，湿喷台车的最小转弯半径只有6.4 m，能在隧洞中灵活转向和掉头，极大的缩短了不同工序之间的衔接时间，提高喷射效率。

(2)减小回弹率。采用遥控手柄对喷射臂进行控制，能自由进行喷嘴旋转及大臂伸缩，在垂直与水平方向上都能进行自由动作，每项操作完成后都能快速反应，施工中可长时间保持在最佳距离与角度状态，对喷射质量的保持与回弹率控制都有很大帮助。湿喷台车可自供高压风，施工中长时间保证风压的稳定性，并能结合实际情况将风压调整到最佳值，对边墙进行喷射时，风压通常为0.2～0.4 MPa，当对拱部进行喷射时，风压通常为0.3～0.5 MPa，风压过大或过小均会对混凝土质量造成影响，引起回弹量明显增加。湿喷台车采用专门的系统对外加剂掺量进行严格控制，实现对速凝剂等在内的各类外加剂添加有效控制，最大限度保证掺加合理性，加之作业人员熟练操作，进一步减小回弹率。通过对现场数据的广泛采集，经计算可知，拱部混凝土回弹率不超过9%，而边墙的混凝土回弹率不超过5%，均比国家相关标准提出的要求低。

(3)改善作业环境。采用遥控手柄对喷浆臂进行控制，有效工作范围为水平16 m和垂直11 m，能自由伸缩到任何一个受喷面。湿喷台车的驾驶室满足欧洲相关标准，同时也能满足防落石和防翻滚方面的要求，能提高现场作业人员安全。另外，施工现场基本没有粉尘产生，能有效改善整个工作环境，避免对作业人员健康造成危害。

6 结 语

综上所述，目前该隧道湿喷作业已顺利完成，经检查，湿喷作业质量合格，所用施工技术，尤其是湿喷台车合理可行，值得类似隧道工程参考借鉴，为湿喷台车的广泛应用奠定良好基础。