长大隧道混凝土湿喷机配套施工工艺

1 工程概况

东茗隧道为双线电力牵引，设计速度为 350km/h，根据《高速铁路设计规范》（TB10621-2014）的相关要求，需严格控制隧道建筑限界内轮廓及基础尺寸。隧道内铺设CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道，轨道高度预留 515mm，隧道内线间距按 5.0m 控制。

2 混凝土湿喷的机械化配套方案

以施工要求为导向，选择合适的机械设备。其中多功能作业台架、三臂凿岩台车、湿喷混凝土机械手、湿喷机、自卸汽车、移动式高压喷雾除尘装置等均较关键。通过相关机械设备的配合，将隧道施工细分为多条作业线，由专员操作相应的设备，以机械化的方式高效完成相关工作。钻爆作业线中，多功能作业台架、风钻、凿岩台车协同运行，按照设计要求打眼，并根据需求对局部做光面爆破处理。装运作业线中，挖掘机与装载机联合作业，高效装碴，产生的弃渣由自卸汽车运输至场外指定堆放场所，避免现场堆积。喷锚作业线中，采用以湿喷混凝土机械手为主的作业设备，同时凿岩台车与风钻配合，进行打锚杆眼作业。衬砌作业线中，根据施工现场对于混凝土的要求，在洞外配套拌和站，于该处生产优质的混凝土。正洞施工中，适配 12m 长的液压模板台车衬砌。斜井部分根据现场作业条件，选用移动式衬砌模板台架衬砌。制备好的混凝土利用运输车平稳运至现场，再泵送入模，做到随拌随用，尽可能缩短中途间隔时间，否则混凝土性能易退化。水沟、电缆沟作业线中，根据要求预制盖板，将其紧密铺设在水沟和电缆沟上。配套轨行式液压水沟电缆槽台车，利用该装置将水沟电缆槽的相关建设工作落实到位。

3 混凝土湿喷工艺原理

3.1 CSS-3 混凝土湿喷机结构特点

喷头装置用于喷锚支护施工，要求其具有低回弹率、低粉尘的特点，以避免大量回弹现象，同时用于减少粉尘的产生量。喷头装置主要由入浆管、搅拌混合管、稳定管、喷嘴组成，彼此间形成紧密结合关系。入浆管采用对接搅拌混合管，根据作业需求，将搅拌混合管设置为如下两个部分：一是旋转面（要求其呈倾斜 45°的状态）。二是搅拌棒。在喷嘴处配套阀门，具体包含阀门头和阀门片两部分，其中后者呈圆弧形。立足于实际施工条件以及施工要求，我们设计了一种混凝土喷头装置。其以轻质钢为主要材料制作而得，满足稳定和轻便化的要求。内套和外套间适配钢珠；混合管包括两部分，即前述所提的旋转面和搅拌棒，采用圆柱体结构形式。同时在混合区和喷嘴间配置稳定管，将阀门布设在喷嘴处，通过阀门片的应用，有效发挥出阀门的作用。实际操作中，浆液经管道转至混合区内，在旋转面的作用下，该部分浆液做出旋转前进的动作，期间伴有反作用力。根据结构特点，在内外套间配套钢套，以有效带动内套转动。期间搅拌棒随之转动，以对浆液产生搅拌作用。随后浆液进入稳定管内，并达到均匀状态。喷射时，灵活调节喷嘴处的阀门，可以控制出浆的压力。喷射全程各项工作均具有主动性，可以根据要求予以控制，由此达到降低回弹率、减少灰尘产生量的双重要求。

3.2 施工工艺流程

施工工艺流程如下：场地准备→湿喷机进场并调试→料斗加料→清理受喷面→正式喷射施工→清理设备及管路（避免混凝土在内部凝固）→进入下一循环。

3.3 应用效果分析

3.3.1 作业时间层面选取普通小型混凝土湿喷机和 CSS-3 型混凝土湿喷机，分别组织喷射试验，统计两类设备的施工数据。对比结果显示，采用 CSS-3 型混凝土湿喷机既可减少设备的配置数量，还可缩短准备阶段以及正式施工阶段的时间，单台设备的流量较普通设备有明显增加，作业效率较高。如表 1、表 2 所示。

3.3.2 施工安全层面 普通的混凝土喷射机在运行期间潜在诸多安全隐患，易在内外部因素的作用下诱发安全事故。CSS-3 型混凝土湿喷机对现场环境的适应能力更佳，能够以更为便捷的方式操作设备，施工可控性较好，可以减小外部因素的影响，安全系数较高。

3.3.3 作业强度层面普通的混凝土喷射机运行期间对人员数量的要求较高，即需要安排 3 人，并且其工作量较大。CSS-3 型混凝土喷射机正常情况下安排 2 人即可，其运行效率较高，员工的工作量明显减少。

3.3.4 经济效益层面CSS-3 型混凝土喷射机的应用有利于提高施工效率，缩短施工时间，同时混凝土回弹量过高的问题得到有效的解决，混凝土应用效率较高，施工成本随之降低。3.3.5 节能环保层面CSS-3 型混凝土喷射机运行过程中，能够高效完成喷射作业，几乎不存在粉尘，可以达到绿色施工的效果。

4 混凝土湿喷作业要点及人员要求

4.1 作业要点

4.1.1 确定合理喷射顺序按自下而上的顺序高效完成喷射作业，喷射进度达到6m 及以上时，可以进入第 2 层喷射施工环节，分为多次有序喷射，单次厚度以 2~3cm 为宜，同时需在拱顶处予以封闭处理。

4.1.2 选择合理喷射角度喷射角度的控制需具有精细化特性。若喷射角度存在较大偏差，则容易引发质量问题。如喷射角度过小时，混凝土易斜向外弹出，导致材料的浪费量增加，利用率偏低。在实际喷射过程中，需尽可能调整好喷头的姿态，使其与工作面呈垂直的位置关系，以避免混凝土大范围回弹，并保证喷射厚度。优先完成两侧混凝土的喷射作业，再逐步转向中间，以避免两侧空洞量过大问题。

4.1.3 合理选择喷射风压与距离根据 CSS-3 型混凝土喷射机的运行特性，并综合考虑现场作业条件，认为喷射机的风压以 0.2~0.4MPa 较为合适。喷射距离控制不当，将直接对混凝土的回弹量以及利用率产生影响。对此，需要综合考虑到混凝土的利用率、密实度等要求，做对比分析，得到合适的喷射距离。经现场的多次试验后，确定喷头与工作面的距离为 0.9~1.3m，可取得较好的喷射施工效果。

4.1.4 堵管处理堵管的原因主要体现在两个方面：一是施工期间混凝土的性能有所变化，例如黏稠度异常加大，流动状态欠佳，混凝土难以高效喷出。二是机械手或其他装置在运行期间存在故障，从而造成堵管。喷射过程中发生堵管时，需随即暂停设备运行，分析成因，仔细清理被堵软管，以免该部分混凝土发生凝固。待管道通畅后，方可再次启动设备，组织喷射施工。

4.1.5 缺陷处理 机械手喷射期间，混凝土容易溅射，且此问题在钢拱架两侧喷射施工时体现得更为明显。在经过持续性的喷射后，混凝土的厚度明显增加（超过设计厚度），影响喷射施工效果。对此，需加强基础设施的配套，仔细清理拱架表面残留的混凝土，待其恢复至洁净状态后启用湿喷机，组织喷射作业，以避免喷射后的混凝土出现缺陷。

4.2 对施工人员的要求优质的机械设备是保证施工质量、提高施工效率的关键。机械设备性能优势的发挥，需要高素质人员的参与，以合理的方式操作机械设备。对此，需要加强对施工人员的培训，兼顾工程质量意识、施工技术水平等方面，以正确的理念为驱动，以先进的技术手段为支撑，将湿喷混凝土的相关工作落实到位。此外，还要制定并落实考核制度，以提高施工人员的积极性，使其能够尽职尽责地完成各项工作。

5 结语

综上所述，通过混凝土湿喷机配套施工工艺的应用，可以创设安全的施工环境，在保证工程质量的前提下提高施工效率，规避传统喷射方法在应用中所存在的混凝土回弹量过高、粉尘量过多的问题。