大型喷射混凝土机械手湿喷工艺
施工工法
中国中铁四局集团第二工程有限公司
1. 前言
近年来，湿喷工艺取代了原干喷工艺，成为公路、铁路、水工隧道施工主要喷射工艺。国内现有的湿喷设备，大多结构简单、功能单一、生产效率低，施工时需要人工手持喷枪进行喷射，工人劳动强度大，骨料的反弹及喷射产生的粉尘对施喷人员健康有极大的危害,且混凝土的喷射质量主要依赖于工人的技术水平，随意性大，混凝土的回弹率高达30-40%，造成比较大的浪费。随着人员工费上涨和机械化程度的不断提高，选择喷射速度快、机械化程度高、回弹率低的大型喷射混凝土机械手将成为公路、铁路、水工隧道施工发展的必然。
吉图珲香水隧道位于吉林省蛟河市境内，全长4560m，隧道围岩以Ⅲ、IV级为主,设计喷射混凝土14800m3，施工中采用大型喷射混凝土机械手进行施工，显着改善了喷射混凝土质量，提高了工效，减少了回弹量，取得了较好的效果。经总结施工经验形成该工法。
2. 工法特点
2.1 施工速度快，每小时喷射混凝土量可达到10~25m3。
2.2 喷射混凝土附着力较好、密实度较高，工艺可控性高、强度较传统干喷混凝土高出20%左右，喷射混凝土表面平顺性较干喷好。
2.3 机械化程度高，操作人员较少，操作人员劳动强度低。
2.4 作业范围大，最大喷射宽度可达30m，最大喷射高度可达17m。 2.5 喷射回弹率低，回弹率可控制在15%以内。 2.6 作业环境较好，也较安全。
3. 适用范围
本工法适用于铁路、公路及水工隧道喷射混凝土施工。
4. 工艺原理
大型喷射混凝土机械手工作原理是将水泥、骨料、水和外加剂等按设计配合比经强制式搅拌机搅拌均匀后，利用混凝土运输罐车运送至喷射地点加入喷射机，通过喷射机
泵将稠密流料泵送至喷头处，与电脑全自动配比掺量控制的液体速凝剂混合，再用高压空气进行喷射的一种方法。
大型喷射混凝土机械手工作基本原理见图4.1。
图4.1 大型喷射混凝土机械手工作基本原理
5. 施工工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
大型喷射混凝土机械手湿喷工艺流程见图5.1。
受喷面处理 埋设喷层厚度标钉 施工准备 原材料进场检验 选定混凝土配合比 混凝土 喷射机械手就位 合格 自动计量搅拌混凝土 连通电源，开机调试 混凝土运输车运输 清 初喷混凝土 洗 加入液体速凝剂 、 保施作锚杆、钢架（如 养 复喷混凝土作业 果有）、挂钢筋网喷补喷，调整配合比 射 不合格 机质量检查 械 合格 手 机械手退出，结束 图5.1 大型喷射混凝土机械手湿喷工艺流程 5.2操作要点
5.2.1机械手湿喷C25混凝土推荐配合比
1、配合比设计技术规范
根据TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》规定，喷射混凝土水胶比不大于0.50，胶凝材料用量不小于400kg/m3，粗骨料最大料径不大于16mm，细骨料细度模数应大于2.5。
2、原材料的选用
1）水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥； 2）细骨料：天然河砂、细度模数2.9，石粉含量2.4%，泥块含量0.1%； 3）粗骨料：5~10mm碎石，连续级配，含泥量0.7%，泥块含量0.1%； 4）速凝剂：ZB-6型液体速凝剂，掺量为凝胶材料的4%；
5）减水剂：RAWY101型，聚羧酸系高性能减水剂，掺量为凝胶材料的0.5%； 6）水：饮用水。
3、基准配合比计算
配制强度：fcu，o=25+1.645×5.0=33.2(MPa) 水胶比：w/c=0.45
用水量:W=207L（根据前期坍落度调试后取值） 胶凝材料用量：C=207/0.45 = 460 (kg/m3) 速凝剂用量：460×4%=18.4 (kg/m3) 减水剂用量：460×0.5%=2.3(kg/m3)
砂率选用: SP=50%（根据前期混凝土和易性调试后取值） 混凝土容重：ρ取2400 (kg/m3)
细集料用量：S=（2400-207-460-18.4-2.3）×50%=856(kg/m3) 粗集料用量：G=2400-207-460-18.4-2.3-856=856(kg/m3) 4、试拌调整，确定理论配合比
在计算配合比的基础上进行试拌，试拌后进行喷射实验，经过多次调整，确定基准配合比见表5.2。
表5.2喷射混凝土基准配合比
项目 水泥 （kg） 460 粗骨料（kg） 701 细骨料（kg） 1009 速凝剂（kg） 18.4 减水剂（kg） 4.6 水 （L） 207 用量 按此配合比进行拌制，混凝土坍落度为170mm，混凝土粘聚性良好，混凝土拌合物性能符合施工要求。对试拌确定的配合比进行三个不同水胶比的28d强度试验验证，所选配合比能满足设计及施工要求，且经济性合理，确定为理论配合比。 5.2.2 大型喷射混凝土机械手湿喷工艺操作要点
机械手湿喷混凝土作业时，骨料最大粒径、混凝土的和易性、风压大小、岩面整洁度、速凝剂掺量、一次喷射厚度、操作手经验水平、喷射距离、角度、喷射顺序、喷头移动等对喷射混凝土质量、回弹都有很大影响。
1、喷射顺序
喷射应先墙后拱，从下至上、以S曲线移动进行喷射。隧道从两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合，完成一环喷射混凝土的一次试喷。
2、喷射角度
喷射时，喷头应保持与受喷面垂直。喷射交角过小将增加混凝土的回弹率，降低喷射密实度；垂直于岩面喷射时，连续的混凝土“稀薄流”对反弹物有二次嵌入作用，可以降低回弹率，增加一次喷射厚度。
3、喷射距离
由于湿喷要求的风压较大，如果喷头距受喷面太近，高压风会将刚“附着”在受喷面上的混凝土吹掉，使混凝土的回弹量增大。喷头距岩面的距离宜为0.8～1.2m。
4、喷射混凝土作业
喷射混凝土回弹在刚喷射时最大，当岩面喷厚达到2～3cm 后，回弹最小，且稳定，当喷射到附着在岩面的混凝土滑落、流淌时，一次喷厚达到最大，此时不能再继续喷射，应等喷射混凝土初凝后方能进行复喷。
喷射时首先伸展机械手大臂调整喷头在边墙底部施喷位置，使用机械手小臂自动平行功能调整小臂与地面水平，与隧道边墙平行，调整喷头距离、角度，完成上述工作后可开始喷射，喷射中尽量不要再调整喷头距离、角度及机械手大臂，仅需使用自动伸缩功能控制喷头在小臂上自动伸缩，即从一端缓慢运行到另一端来回2～3 次可完成一遍喷射；然后伸展大臂30cm 左右(在拱部根据隧道轮廓小臂做适当翻转)，大臂做垂直、水平移动，确保喷头与岩面的角度和距离，按上述顺序喷射下一部位，如此循环完成需喷混凝土的喷面。
5、堵管处理
喷射施工中极少发生堵管，若发生时应立即关闭机械手及计量泵，关掉输送风，拍打软管，并倒掉管内存留混凝土，堵管处理完成后应先加水喷射洗管，确保管路畅通无误后才能进行再次喷射施工。
6、混凝土坍落度要求
骨料最大粒径应小于16mm，否则会因阻力过大无法顺利喷出而冲掉喷嘴处塑料喷头而短时中止施喷，影响工效；混凝土坍落度宜为10～18cm。
7、工作风压、风量
工作风压宜为0.2～0.4MPa，工作风压的选择与混凝土的和易性有关，和易性越好，工作风压较小，反之偏大。风压调整应根据工作面距离，合理选用机械手的输送管直径，确保得到合适的混凝土出口速度，实际施工中应根据混凝土和易性、风压稳定性影响进行调整，以保证喷射混凝土在喷射口形成连续喷射、无流淌、并使得喷射混凝土能以合适速度垂直射向受喷面。
8、岩面整洁度
对于较脏岩面，先用高压风或水清洗受喷面，提高混凝土与岩面的黏结力以达到喷射最佳效果。欠挖超标过多的先行局部处理。对于渗水岩面，一般情况下湿喷可以将渗水封住，对于渗水较严重，形成水流时就需要打排水孔、挂防水板，然后进行喷护作业。
9、喷射层厚度
一次喷射层太厚，在自重作用下，喷层会出现错裂甚至引起坍落:太薄时大部分粗集料会回弹，喷层仅留砂浆，将影响喷射效果和质量。
10、速凝剂掺量
掺量过大导致回弹增大，混凝土喷层密实性变差；掺量过小导致喷层流淌下坠形成微裂纹或掉块。因此须在进行喷射混凝土作业时严格控制其掺量，以达到质量控制和节省成本的目的。一般拱部部分速凝剂掺量较边墙部分稍大，且喷射速度也相应较慢。
11、维修、保养
喷射结束后，应将机械手开至洞外或不影响正常施工的其他地点，按操作堆积对机器进行维护、保养。因机械手的维修难度和费用较高，因此机械手的日常维护保养工作显得十分的重要。 5.2.3 劳动组织
劳动力组织见
表5.2.3 主要人员组织表
序号 1 2 3 工种 现场负责人 安全员 质检员 人数 1 1 1 工作内容/职责 现场指挥、协调 负责施工中的安全防护 负责质量监控检查 备注
大型喷射混凝土机械手湿喷工艺施工工法
