铁路隧道施工中的机械手湿喷施工技术

谢海林

摘要：当今时代，随着铁路行业的快速发展，混凝土技术水平稳步提升，湿喷工艺已经成为铁路隧道施工中的主要喷射工艺。但是现有混凝土湿喷设备相对来说功能单一，机械化程度不高，效率较低，且存在较高的混凝土回弹率，既难以保障施工效率和施工质量，又在很大程度上造成了物料的浪费。基于此，人们在传统混凝土湿喷工艺的基础上发展了喷射混凝土机械手设备工艺，有效克服了传统混凝土施工过程中所遇到的各种问题，大大提高了施工效率，保障了施工质量。

关键词：铁路隧道；机械手湿喷；施工技术

引言

随着中国经济飞速发展，与周边国家、地区之间建立和连接铁路网、公路网，形成高速快捷的交通体系，不仅满足人们对跨国跨地区便利的交通需求，对“一带一路”（即建设“新丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”）实现沿线国家优势互补、开放发展也有着重要而深远的意义。在铁路项目施工中，喷射混凝土是一道重要的施工工序。

1湿喷机械手工作原理及工艺流程

1.1湿喷机械手工作原理

喷射混凝土机械手工作原理是利用压缩空气将按设计配合比拌制的喷射混凝土沿着机械臂输送至喷头处，同时通过电脑控制掺量添加液体速凝剂与之混合，再用压缩空气高速喷射到隧道岩面上，形成初期支护层。

1.2湿喷机械手工艺流程

整个湿喷机械手的工艺流程包括：施工准备（配合比设计、喷射混凝土拌制运输、受喷面处理、机械手就位）、正式喷射施工（上料、添加速凝剂、操作喷射岩面）、质量检查（补喷）、结束（清洗保养）。

2工程概况

玉磨铁路站前15标位于云南景洪市大渡岗乡境内，铁路设计时速160KM/h。其中隧道6座。隧道总长达到了4.3Km，设置为典型的单洞双线的形式。其中大团山隧道长2.3Km，隧道设两个工作面，洞身以Ⅳ级、Ⅴ级围岩为主。

3铁路隧道施工中机械手湿喷施工技术的应用

3.1原材料的选用

（1）水泥：本工程中选用的是云南普洱西南PO.42.5普通硅酸盐水泥。

（2）细骨料：选用的是澜沧江景洪段河砂，要求其细度模度达到2.5，此外含泥量以及泥块量分别对应的标准为1.4%以及0.1%。

（3）粗骨料：要求其碎石粒径控制在5~10mm。

（4）速凝剂：采用江苏苏博特型号为SBT-N（I）型，严格控制胶凝材料的掺量，需要介于4%~6%范围内。

（5）减水剂：采用江苏苏博特型号为PCA-I（T）型，严格控制胶凝材料的掺量，以1%为宜。

（6）水：河水。

3.2试拌调整，确定理论配合比

基准配合比如表1所示。基于表1给出的标准展开拌制施工，得到的混凝土坍落度以170mm为宜，要求其具备高度的粘聚性。此外，混凝土拌合物也需要达到工程标准，且还需要展开28d强度实验。

表1喷射混凝土配合比

3.3施工工艺

机械手湿喷混凝土是一项复杂的工程，诸如骨料粒径、风压值、喷射厚度、喷射顺序等都是需要重点考虑的问题，而这些均会对最终的工程质量带来影响。

3.3.1喷射顺序

严格注重喷射顺序，应遵循先墙后拱的原则而展开。在进行隧道喷射施工时，需要从两侧边墙底部进行处理，而后逐步延展到拱顶中心线区域，最后达到闭合的效果。

3.3.2喷射角度

在进行喷射施工时，需要严格控制喷头与受喷面位置，二者需要达到高度垂直的状态。实际结果表明，若夹角偏小，此时回弹率随之增加，但对应的喷射密度会随之缩小；如果垂直岩面进行喷射施工，此时会产生持续的“稀薄流”，它会对反弹物产生二次嵌入影响，由此抑制了回弹率，所以喷射厚度随之增加。

3.3.3喷射距离

风压也是需要严格控制的指标，施工过程中密切关注喷头与受喷面间距，如果该值偏小，在高压风的影响下将会对手喷面混凝土造成影响，致使其无法稳固置于受喷面上，在此状态下，混泥土回弹量会表现出增加的趋势；除此之外，喷头与岩面间距也至关重要，需要介于0.8~1.2m区间内。

3.3.4喷射混凝土作业工艺

如果岩面喷厚介于6~10cm区间内，此时带来的回弹量最小，并且处于高度稳定状态；如果附着在岩面的混凝土出现了滑落现象，此时将无法展开后续的喷射施工，即需要给已经完成的混凝土一段等待时间，当其达到终凝状态后方可展开后续复喷施工，当完成上层喷射施工后，需要给予10min间隔时间，由此展开下层喷射。在喷射施工时，首先应当确保机械手大臂处于伸展状态，不断对喷头的位置进行优化，使其达到边墙底部的施喷区域，由于小臂配备有自动平行功能，因此可以调整小臂的位置，确保其与地面处于相平行的状态。应当明确的是，在喷射过程中无需调整喷头的角度与位置，基于自动伸缩功能可以实现小臂的灵活伸缩，此时能够由一端以缓慢的方式移动到另一侧区域，基于2~3次循环作业后即可。

3.3.5堵管处理

施工过程中，喷射施工中会出现堵管现象，一旦出现此情况时则需要确保机械手以及计量泵处于关闭的状态，在此基础上再切断输送风，安排人员拍打软管，并将残留在其中的混凝土清理干净，当做好堵物处理工作后应当注入水进行洗管。

3.3.6混凝土坍落度要求

严格控制好骨料粒径，其必须介于16mm范围内，一旦超出该标准后则会引发阻力过大问题，并进一步使得骨料无法顺利喷出，所以会对功效造成直接影响。关于混凝土的坍落度，其需要控制在160~180mm范围内，且伴随着集料类型的不同，对应的砂率也存在差异，通常情况下需要介于50%~60%之区间内。

3.3.7工作风压、风量

关于工作风压力，其需要控制在0.2~0.4MPa区间内，这与混凝土的和易性有着密切的关联，如果和易性较为优良，此时所需的工作风压偏小。风压的具体值需要参考工作面距离而确定，同时需要确保机械受输送管径的合理性，所得到混凝土出口速度应足够合理，在实际施工过程中应当对混凝土和易性以及风压值做以分析，在此基础上进行合适地调整，确保混凝土在喷射口区域的质量。如果岩面较脏，则需要使用高压风进行处理，由此增强混泥土与岩面的粘结力。当出现超欠挖现象后，需要对该部分区域进行处理。如果喷射层厚度偏大，此时在自重的影响下将会引发喷层坍落现象；反之，如果厚度偏小，则会致使部分粗集料发生回弹现象。

结语

综上所述，喷射混凝土机械手湿喷工艺是近些年发展起来的一种混凝土新型施工工艺，相比于传统的混凝土施工工艺该施工工艺可以全面提升施工质量，提高工作效率，并且在实际应用中取得了理想的施工效果。因此，近些年在混凝土施工过程中，喷射混凝土机械手湿喷工艺得到了广泛的推广应用。但是由于喷射混凝土机械手湿喷工艺是一种新型的施工工艺，对施工人员以及施工机械均具有较高的要求，因此，为了更好地发挥其在混凝土施工过程中的作用，要求施工人员应该全面了解和掌握喷射混凝土机械手湿喷工艺的施工特点、应用环境以及操作要点等，从而有效保障喷射混凝土机械手湿喷工艺能够在混凝土施工中得到全面的应用，整体提高混凝土施工项目的施工效率和施工质量。

参考文献：

［1］丁国新．大型喷射混凝土机械手湿喷工艺施工工法［J］．科技创新导报，2017，14（7）：53－54．

［2］贾小平．混凝土湿喷机械手在成兰铁路的应用［J］．建筑机械，2016，36（3）：29－31．

［3］迟作强，陈瑶．大型湿喷机械手在超大跨度公路隧道施工中的应用效果［J］．筑路机械与施工机械化，2018，35（6）：43－44．

［4］郑渊．湿喷机械手在高速铁路隧道施工中的应用［J］．中国设备工程，2017，33（5）：114－115．

［5］郝光辉．混凝土湿喷机械手技术在隧道施工中的应用探索［J］．大陆桥视野，2016，15（6）：112－113．