大型喷射混凝土机械手湿喷工艺施工工法

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，显著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。

合格

不合格 合格

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

施工准备

受喷面处理

埋设喷层厚度标钉

喷射机械手就位 连通电源，开机调试 初喷混凝土

施作锚杆、钢架（如果有）、挂钢筋网

复喷混凝土作业

质量检查

机械手退出，结束

原材料进场检验

选定混凝土配合比

混凝土

自动计量搅拌混凝土

混凝土运输车运输

加入液体速凝剂

补喷，调整配合比

清

洗、保养喷射机械手

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）

粗骨料

（kg）

细骨料

（kg）

速凝剂

（kg）

减水剂

（kg）

水

（L）

用量460 701 1009 18.4 4.6 207

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