混凝土喷射机械手在隧道施工中的应用

近年伴随着高速公路隧道建设机械化的成熟，混凝土喷射机械手的应用也日益增多。作为新型混凝土湿喷方法，混凝土喷射机械手能否提高施工质量、改善施工环境成为关注重点。本文结合本单位使用的SPJ3017型混凝土喷射机组进行探讨，为混凝土喷射机械手的应用积累经验。

1　工程概况

国道109新线高速公路西六环路至市界段工程第十工区（位于门头沟区清水镇），里程桩号为K57+421~K68+685，全长9.232?km（清水互通立交除外），从起点清水1号隧道至终点张家庄1号大桥桥尾段。

清水1号隧道进口位于北京市门头沟区清水镇达摩沟村，其出京方向进口南临达洪路，出京方向出口北临国道109。隧道总长2803.5?m。施工工期1141?d。隧道左线最大埋深187?m，右线最大埋深175?m，纵坡坡度0.5%，左右线分离式隧道设计为双向4车道，采用端墙式洞门，分段机械通风，电光照明。本隧道V级围岩占比27.54%，Ⅳ级围岩占比26.15%，Ⅲ级围岩占比46.13%，存在1条断层，无斜井，设人行通道10座，车行通道3座，隧道的设计指标见表1。

表1　隧道主要设计指标

2　工艺原理

2.1　工艺流程

混凝土喷射机械手施工工艺流程为。

（1）将按一定比例的骨料、水、水泥、添加剂加入搅拌机内进行搅拌。

（2）用罐车将充分搅拌的混凝土运至施工地 点，并转移至喷射机内。

（3）将物料与速凝剂在喷射机械手喷头位置快速混合。

（4）混凝土喷射机械手利用活塞式混凝土泵，将物料均匀地喷射至隧道结构表面。

2.2　技术要点

2.2.1　原料选择

喷射机械手的混凝土原料可选用普通硅酸盐水泥；骨料选取细度模数2.8，石粉含量2.5%，泥块含量为0.6%的河沙，粗骨料粒径为0~10?mm，不超过16?mm；选用ZB-6号速凝剂，需配合减水剂及水调和使用。

2.2.2　配合比要求

将上述原料按比例倒入搅拌机进行充分搅拌，在坍落度为170?mm时的混凝土聚合性最佳。

混凝土的保水性与流动性往往最受重视，但应经试验确定配合比。设计配合比时还需全面了解喷射机械手的性能，减少回弹率。

3　技术优势

3.1　混凝土喷射机械手的性能

本工程选用的SPJ3017型混凝土喷射机械手采用活塞式混凝土泵，其工作原理是利用液压泵来回往复运动推动输送缸。再利用稀释后的压缩空气传动输送。在混凝土喷射期间，混凝土喷射机械手需与其他喷浆设备配合。

使用混凝土喷射机械手可在提高工程机械化水平的同时，解决现场用工量大等问题，使现场工人从传统的手工劳动转变为对机械的监管工作。

混凝土喷射机械手可控制混凝土喷射量，把控混凝土的回弹率，由于全程为机械操作，可使喷射面更均匀，有利于提高隧道工程质量。

3.2　混凝土喷射机械手的技术优势

（1）原需8~9人的劳力工作，使用混凝土喷射机械手只需2~3人，显著提升了施工效率 ，减少人工成本。

（2）隧道内部因工作面较狭窄影响施工效率，混凝土机械喷射手可少占作业空间，使工作面更大，提升了施工效率（图1、图2）。

图1     隧道主要设计指标

图2     SPJ3017型混凝土 喷浆机械手

（3）混凝土喷射手可严格控制混凝土的回弹 率，使回弹率低于15%，保证混凝土质量。

（4）SPJ3017型混凝土喷射机械手的泵送效率达30?m3/h，可节省施工时间，加快施工速度。

（5）机械化操作可减少人工操作导致的事故发生几率，在提高工作效率的同时使安全更有保证。

4　经济效益

国道109新线高速公路清水1号隧道上台阶初期支护单次立拱架3榀。单次人工混凝土湿喷需8人、湿喷机2台、空压机2台，耗时7.5?h，隧道总长2803?m，共需1868个循环，总费用593.4万元（图3）。

图3     传统湿喷机作业情况

     国道109新线高速公路清水1号隧道上台阶初期支护，单次立拱架4榀，单次混凝土喷射机械手仅需3人，1台混凝土喷射机械手，耗时5?h，隧道总长2803?m，需1401个循环，总费用仅225.075万元（图4）。

图4     SPJ3017型混凝土喷射机械手