遲作強(qiáng)，陳 瑤

1. 山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250021

2. 長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064

0 引 言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和公路交通運(yùn)輸量的逐漸增加，原有的雙洞四車(chē)道、雙洞六車(chē)道隧道已不能滿足交通運(yùn)輸和人民出行的需求，因而在新建高速公路中，采用雙洞八車(chē)道設(shè)計(jì)的公路隧道工程日益增多。公路隧道初期支護(hù)噴射混凝土的施工方法主要有干噴和濕噴2種[1]。雖然干噴工藝簡(jiǎn)單、易操作，但是存在回彈率高、粉塵大、施工效率低等缺點(diǎn)[2-3]，嚴(yán)重影響了噴射混凝土的施工質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境。濕噴工藝具有回彈率低、粉塵少、混凝土均質(zhì)性好、強(qiáng)度易于保證等優(yōu)點(diǎn)[4-7]，但是受?chē)娚涫质炀毘潭燃凹夹g(shù)水平制約，噴射混凝土平整度等問(wèn)題不能得到很好的控制[8]，尤其是在超大跨度公路隧道施工過(guò)程中，混凝土的噴射技術(shù)還有待進(jìn)一步改善。

本文以濟(jì)南繞城高速老虎山超大跨度公路隧道為依托，對(duì)濕噴混凝土的機(jī)械設(shè)備選型、施作工藝流程、噴射效果進(jìn)行深入分析研究，以期為超大跨度公路隧道的混凝土噴射提供可行性方案。

1 工程概況

老虎山隧道是濟(jì)南繞城高速的一部分，設(shè)計(jì)為雙洞八車(chē)道，進(jìn)口位于黃金九九地產(chǎn)西南、搬倒井村北，毗鄰二環(huán)東路道路，出口位于搬倒井村內(nèi)。隧道左線起止樁號(hào)為ZK2+080～ZK3+820，長(zhǎng)1 740 m，右線起正樁號(hào)為YK1+950～YK3+838，長(zhǎng)1 888 m，屬于長(zhǎng)隧道。隧道最大開(kāi)挖寬度為20.08 m，最大開(kāi)挖高度為13.4 m，屬于超大跨度隧道。左右線相距11～43 m，為小凈距隧道。

老虎山隧道的圍巖分級(jí)如表1所示。初期支護(hù)包括系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架及噴射混凝土等，在施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)保證混凝土的噴射質(zhì)量和效率，但是在超大跨度公路隧道施工過(guò)程中，混凝土的噴射范圍和高度較大，人工作業(yè)無(wú)法保證，也滿足不了工期要求。因此，應(yīng)選擇合適的大型濕噴機(jī)械手來(lái)提高施工進(jìn)度與效率。

表1 老虎山隧道圍巖分級(jí)統(tǒng)計(jì)

2 濕噴機(jī)械手的選型

老虎山隧道III級(jí)圍巖段采用兩臺(tái)階三部開(kāi)挖法施工，上臺(tái)階掌子面一次性開(kāi)挖，臺(tái)階長(zhǎng)度為20～40 m，開(kāi)挖高度為7.6 m，噴射混凝土厚度為20 cm；IV級(jí)圍巖段采用上臺(tái)階CD法施工，先導(dǎo)洞掌子面開(kāi)挖跨度為10 m，高度為8.3 m，噴射混凝土厚度為28 cm；Ⅴ級(jí)圍巖段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，先導(dǎo)洞掌子面開(kāi)挖跨度為3～5 m，高度達(dá)7.4 m，噴射混凝土厚度為30 cm。

老虎山隧道選用HSP-6車(chē)載式濕噴機(jī)械手（圖1），噴射混凝土采用C25早強(qiáng)混凝土。該設(shè)備具以下特點(diǎn)：機(jī)械手操作靈活，水平輸送距離可達(dá)30 m，最大伸長(zhǎng)高度為20 m；每班只需配備3名工人，可兼顧多個(gè)掌子面，適應(yīng)力強(qiáng)，施工范圍大，無(wú)施工盲區(qū)；速凝劑用量和混凝土用量自動(dòng)匹配，減少速凝劑消耗；耗風(fēng)量為15 m3·min－1，生產(chǎn)能力為6 m3·h－1，回彈率不超過(guò)10%。

圖1 HSP-6車(chē)載式濕噴機(jī)械手

3 濕噴工藝

老虎山隧道初期支護(hù)噴射混凝土采用濕噴工藝。噴射的混凝土在洞外拌合站集中拌合，由混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至洞內(nèi)，采用濕噴機(jī)進(jìn)行噴射作業(yè)。在隧道開(kāi)挖完成后進(jìn)行混凝土噴射，濕噴機(jī)械手可以采用螺旋形移動(dòng)方式前進(jìn)，也可以采用S形往返移動(dòng)方式前進(jìn)[9-10]。噴射時(shí)，先初噴4～6 cm速凝混凝土封閉巖面，然后打設(shè)錨桿、架立鋼架、掛鋼筋網(wǎng)，對(duì)初噴巖面進(jìn)行清理后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。

噴射混凝土施工工藝流程見(jiàn)圖2，噴射混凝土作業(yè)流程見(jiàn)圖3。

3.1 噴射混凝土施工

3.1.1 噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)施工方法及環(huán)境條件的不同，噴射混凝土的性能要求也不同。噴射混凝土的配合比應(yīng)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和噴射工藝的要求，并通過(guò)試噴確定。

3.1.2 噴射前準(zhǔn)備

（1）設(shè)置控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志時(shí)，一般以埋設(shè)鋼筋頭做標(biāo)志，亦可在噴射時(shí)插入長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)厚度大5cm的鐵絲，每1～2 m設(shè)1根。

圖2 噴射混凝土施工工藝流程

（2）噴射混凝土施工前應(yīng)對(duì)受?chē)妿r面進(jìn)行處理。一般巖面可用高壓水沖洗受?chē)娒嫔系母m、巖屑，當(dāng)巖面遇水容易潮解、泥化時(shí)，宜采用高壓風(fēng)吹凈巖面。

3.1.3 混凝土的攪拌和運(yùn)輸

濕噴混凝土攪拌采取全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)，施工配料應(yīng)嚴(yán)格按配合比進(jìn)行操作，速凝劑在噴射機(jī)喂料時(shí)加入。

運(yùn)輸采用混凝土運(yùn)輸罐車(chē)，隨拌隨運(yùn)。噴射混凝土?xí)r，多臺(tái)運(yùn)輸車(chē)應(yīng)交替運(yùn)料，以滿足混凝土的供應(yīng)。在運(yùn)輸過(guò)程中，要防止混凝土離析、水泥漿流失、坍落度變化以及初凝等現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.1.4 噴射作業(yè)

在進(jìn)行噴射混凝土施工時(shí)，施工人員應(yīng)站在已經(jīng)完成初期支護(hù)的安全位置，利用遙控裝置控制噴頭進(jìn)行有效噴射作業(yè)。

進(jìn)行噴射作業(yè)的流程為：打開(kāi)速凝劑輔助風(fēng)；緩慢打開(kāi)主風(fēng)閥；啟動(dòng)速凝劑計(jì)量泵、主電機(jī)、振動(dòng)器；向料斗加混凝土。

噴射混凝土作業(yè)應(yīng)分段、分片、分層依次進(jìn)行，噴射順序應(yīng)自下而上，分段長(zhǎng)度不宜大于6 m[10]。噴射時(shí)先將低洼處大致噴平，再以自下而上的順序分層、往復(fù)噴射。

分段噴射混凝土施工時(shí)，上次噴射的混凝土應(yīng)預(yù)留斜面，斜面寬度為200～300 mm，斜面上需用壓力水沖洗潤(rùn)濕后再進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)。

圖3 噴射混凝土作業(yè)流程

分片噴射要自下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，先噴鋼架與壁面間的區(qū)域，再?lài)娚鋬射摷苤g。邊墻噴射混凝土應(yīng)從墻腳開(kāi)始向上噴射，使回彈料不致裹入最后噴層。

分層噴射時(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，1次噴射混凝土的厚度不小于40 mm。若終凝1 h后再?lài)娚洌柘惹逑磭娚浔砻妗?/p>

初噴混凝土應(yīng)在開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行，復(fù)噴應(yīng)根據(jù)開(kāi)挖工作面的地質(zhì)情況分層、分時(shí)段進(jìn)行，確保噴射混凝土的支護(hù)能力和噴層的設(shè)計(jì)厚度；噴射混凝土終凝后3 h內(nèi)不得進(jìn)行爆破作業(yè)。拱部復(fù)噴混凝土的1次噴射厚度為50～100 mm，邊墻為70～150 mm。

噴射速度要適當(dāng)，以利于混凝土的壓實(shí)。風(fēng)壓過(guò)大，噴射速度增大，回彈增加；風(fēng)壓過(guò)小，噴射速度過(guò)小，壓實(shí)力小，影響噴射混凝土的強(qiáng)度。因此在噴射前要注意觀察風(fēng)壓，當(dāng)起始風(fēng)壓達(dá)到0.5 MPa后，才能開(kāi)始進(jìn)行噴射作業(yè)，并根據(jù)噴嘴出料情況調(diào)整風(fēng)壓，一般工作風(fēng)壓在1.0 MPa左右。

3.1.5 養(yǎng)護(hù)

噴射混凝土終凝2 h后應(yīng)進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14 d；當(dāng)氣溫低于5 ℃時(shí)不得灑水養(yǎng)護(hù)。

3.2 施工控制要點(diǎn)

（1）噴射混凝土原材料應(yīng)檢驗(yàn)合格后使用，速凝劑應(yīng)妥善保管，防止受潮變質(zhì)。

（2）噴射混凝土的坍落度宜控制在8～13 cm范圍內(nèi)。當(dāng)坍落度過(guò)大時(shí)混凝土?xí)魈?，過(guò)小時(shí)容易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。噴射過(guò)程中應(yīng)及時(shí)檢查混凝土的回彈率和實(shí)際配合比。

（3）噴射混凝土拌合物的停放時(shí)間不得大于30 min。

（4）噴射混凝土作業(yè)必須在隧道開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行。

（5）噴射混凝土前應(yīng)仔細(xì)檢查噴射面，如有松動(dòng)石塊應(yīng)及時(shí)處理。噴射機(jī)應(yīng)停留在安全地帶，并盡量靠近噴射部位，便于掌機(jī)人員隨時(shí)調(diào)整工作風(fēng)壓。

（6）噴射完成后應(yīng)檢查噴射混凝土與巖面的黏結(jié)情況，可用錘敲擊檢查。同時(shí)測(cè)量其平整度和斷面，并將此斷面與開(kāi)挖斷面對(duì)比，確認(rèn)噴射混凝土厚度是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（7）經(jīng)常檢查噴射機(jī)出料彎頭、輸料管和管路接頭，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。當(dāng)出現(xiàn)管路堵塞現(xiàn)象時(shí)必須先關(guān)閉主機(jī)，然后才能進(jìn)行處理。

（8）混凝土噴射完畢后，噴射機(jī)駛離作業(yè)區(qū)，出洞后立即進(jìn)行清洗、維護(hù)和保養(yǎng)工作[11-13]。

4 濕噴效果

（1）老虎山隧道施工過(guò)程中采用車(chē)載式濕噴機(jī)械手進(jìn)行濕噴作業(yè)，使回彈率控制在10%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用干噴作業(yè)時(shí)30%～40%的回彈率[14]。

（2）在濕噴過(guò)程中，由于混凝土的坍落度控制在8～13 cm范圍，具有良好的黏聚性，易于噴射，減少了粉塵的擴(kuò)散?，F(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土作業(yè)見(jiàn)圖4。

（3）由于噴射混凝土采用機(jī)械化施工，因此在施工過(guò)程中更容易控制噴射面的平整度，平整度效果見(jiàn)圖5。通過(guò)實(shí)踐總結(jié)，濕噴機(jī)械手按照“動(dòng)大臂、移小臂、噴嘴回旋”的操作要點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整大小臂，可使混凝土垂直巖面噴射，并與巖面保持合適的距離。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土作業(yè)

圖5 噴射混凝土的平整度效果

5 結(jié)語(yǔ)

（1）在老虎山隧道初期支護(hù)施工階段采用大型濕噴機(jī)械手進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，使得混凝土的回彈率降低了20%～30%。

（2）在超大跨度公路隧道初期支護(hù)施工階段采用大型濕噴機(jī)械手進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，可避免回彈料、拱部落石等造成的傷人事故，極大地優(yōu)化了掌子面作業(yè)環(huán)境。

（3）大型濕噴機(jī)械手在超大跨度公路隧道施工中具有改善施工環(huán)境、合理調(diào)節(jié)人員配置、提高施工效率等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。