大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝施工工法

1、大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝施工工法中國中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司1. 前言近年來，濕噴工藝取代了原干噴工藝，成為公路、鐵路、水工隧道施工主要噴射工 藝。國內(nèi)現(xiàn)有的濕噴設(shè)備，大多結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、生產(chǎn)效率低，施工時需要人工手 持噴槍進(jìn)行噴射，工人勞動強(qiáng)度大，骨料的反彈及噴射產(chǎn)生的粉塵對施噴人員健康有極 大的危害 , 且混凝土的噴射質(zhì)量主要依賴于工人的技術(shù)水平，隨意性大，混凝土的回彈率 高達(dá) 30-40%，造成比較大的浪費(fèi)。隨著人員工費(fèi)上漲和機(jī)械化程度的不斷提高，選擇噴 射速度快、機(jī)械化程度高、回彈率低的大型噴射混凝土機(jī)械手將成為公路、鐵路、水工 隧道施工發(fā)展的必然。吉圖琿香水隧道位于吉林省

2、蛟河市境內(nèi)，全長 4560m隧道圍巖以川、IV級為主,設(shè) 計(jì)噴射混凝土 14800m3施工中采用大型噴射混凝土機(jī)械手進(jìn)行施工，顯著改善了噴射混 凝土質(zhì)量，提高了工效，減少了回彈量，取得了較好的效果。經(jīng)總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)形成該工 法。2. 工法特點(diǎn)施工速度快，每小時噴射混凝土量可達(dá)到 1025m3。噴射混凝土附著力較好、密實(shí)度較高，工藝可控性高、強(qiáng)度較傳統(tǒng)干噴混凝土高出 20%左右，噴射混凝土表面平順性較干噴好。機(jī)械化程度高，操作人員較少，操作人員勞動強(qiáng)度低。作業(yè)范圍大，最大噴射寬度可達(dá) 30m,最大噴射高度可達(dá)17m。噴射回彈率低，回彈率可控制在 15%以內(nèi)。作業(yè)環(huán)境較好，也較安全。3. 適用范圍本

3、工法適用于鐵路、公路及水工隧道噴射混凝土施工。4. 工藝原理大型噴射混凝土機(jī)械手工作原理是將水泥、骨料、水和外加劑等按設(shè)計(jì)配合比經(jīng)強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌均勻后，利用混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)送至噴射地點(diǎn)加入噴射機(jī)，通過噴射機(jī) 泵將稠密流料泵送至噴頭處，與電腦全自動配比摻量控制的液體速凝劑混合，再用高壓 空氣進(jìn)行噴射的一種方法。大型噴射混凝土機(jī)械手工作基本原理見圖。圖大型噴射混凝土機(jī)械手工作基本原理5. 施工工藝流程及操作要點(diǎn)工藝流程大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝流程見圖施工準(zhǔn)備混凝土噴射機(jī)械手就合格自動計(jì)量攪拌混凝土清洗、保養(yǎng)噴射機(jī)械手混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸施作錨桿、鋼架（如 果有）、掛鋼筋網(wǎng)復(fù)噴混凝土作業(yè)丄合量檢查

4、機(jī)械手退出，結(jié)束 射混凝土機(jī)械手濕噴工藝流程操作要點(diǎn)521機(jī)械手濕噴C25混凝土推薦配合比1、配合比設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范根據(jù)TB10424-2010鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，噴射混凝土水膠 比不大于，膠凝材料用量不小于 400kg/m3,粗骨料最大料徑不大于16mm，細(xì)骨料細(xì)度 模數(shù)應(yīng)大于。2、原材料的選用1) 水泥：普通硅酸鹽水泥；2) 細(xì)骨料：天然河砂、細(xì)度模數(shù)，石粉含量 ，泥塊含量%；3) 粗骨料：510mm碎石，連續(xù)級配，含泥量 ，泥塊含量% ；4) 速凝劑：ZB-6型液體速凝劑，摻量為凝膠材料的 4%;5) 減水劑：RAWY101型，聚羧酸系高性能減水劑，摻量為凝膠材料的%;6)

5、水：飲用水。3、基準(zhǔn)配合比計(jì)算配制強(qiáng)度：feu，o=25+ x =(MPa)水膠比：w/c=用水量:W=207L (根據(jù)前期坍落度調(diào)試后取值)膠凝材料用量：C=207/ = 460 (kg/m3)速凝劑用量：460X 4%= (kg/m3)減水劑用量：460X %=(kg/m3)砂率選用：SP=50% (根據(jù)前期混凝土和易性調(diào)試后取值)混凝土容重：P取 2400 (kg/m3)細(xì)集料用量：S= ()x 50%=856(kg/m3)粗集料用量：G=、試拌調(diào)整，確定理論配合比在計(jì)算配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行試拌，試拌后進(jìn)行噴射實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過多次調(diào)整，確定基準(zhǔn) 配合比見表。表噴射混凝土基準(zhǔn)配合比項(xiàng)目水泥(kg)

6、粗骨料(kg)細(xì)骨料(kg)速凝劑(kg)減水劑(kg)水(L)用量4607011009207按此配合比進(jìn)行拌制，混凝土坍落度為 170mm，混凝土粘聚性良好，混凝土拌合物 性能符合施工要求。對試拌確定的配合比進(jìn)行三個不同水膠比的 28d強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證，所 選配合比能滿足設(shè)計(jì)及施工要求，且經(jīng)濟(jì)性合理，確定為理論配合比。522大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝操作要點(diǎn)機(jī)械手濕噴混凝土作業(yè)時，骨料最大粒徑、混凝土的和易性、風(fēng)壓大小、巖面整潔 度、速凝劑摻量、一次噴射厚度、操作手經(jīng)驗(yàn)水平、噴射距離、角度、噴射順序、噴頭 移動等對噴射混凝土質(zhì)量、回彈都有很大影響。1、噴射順序噴射應(yīng)先墻后拱，從下至上、以S曲線

7、移動進(jìn)行噴射。隧道從兩側(cè)邊墻底部開始噴 射，噴射到拱頂中心線位置閉合，完成一環(huán)噴射混凝土的一次試噴。2、噴射角度噴射時，噴頭應(yīng)保持與受噴面垂直。噴射交角過小將增加混凝土的回彈率，降低噴 射密實(shí)度；垂直于巖面噴射時，連續(xù)的混凝土“稀薄流”對反彈物有二次嵌入作用，可 以降低回彈率，增加一次噴射厚度。3、噴射距離由于濕噴要求的風(fēng)壓較大，如果噴頭距受噴面太近，高壓風(fēng)會將剛“附著”在受噴 面上的混凝土吹掉，使混凝土的回彈量增大。噴頭距巖面的距離宜為1.2m。4、噴射混凝土作業(yè)噴射混凝土回彈在剛噴射時最大，當(dāng)巖面噴厚達(dá)到 23cm后，回彈最小，且穩(wěn)定， 當(dāng)噴射到附著在巖面的混凝土滑落、流淌時，一次噴厚達(dá)到

8、最大，此時不能再繼續(xù)噴射， 應(yīng)等噴射混凝土初凝后方能進(jìn)行復(fù)噴。噴射時首先伸展機(jī)械手大臂調(diào)整噴頭在邊墻底部施噴位置，使用機(jī)械手小臂自動平 行功能調(diào)整小臂與地面水平，與隧道邊墻平行，調(diào)整噴頭距離、角度，完成上述工作后 可開始噴射，噴射中盡量不要再調(diào)整噴頭距離、角度及機(jī)械手大臂，僅需使用自動伸縮 功能控制噴頭在小臂上自動伸縮，即從一端緩慢運(yùn)行到另一端來回 23次可完成一遍噴 射；然后伸展大臂30cm左右(在拱部根據(jù)隧道輪廓小臂做適當(dāng)翻轉(zhuǎn))，大臂做垂直、水平 移動，確保噴頭與巖面的角度和距離，按上述順序噴射下一部位，如此循環(huán)完成需噴混 凝土的噴面。5、堵管處理 噴射施工中極少發(fā)生堵管，若發(fā)生時應(yīng)立即關(guān)

9、閉機(jī)械手及計(jì)量泵，關(guān)掉輸送風(fēng)，拍 打軟管，并倒掉管內(nèi)存留混凝土，堵管處理完成后應(yīng)先加水噴射洗管，確保管路暢通無 誤后才能進(jìn)行再次噴射施工。6、混凝土坍落度要求骨料最大粒徑應(yīng)小于16mm否則會因阻力過大無法順利噴出而沖掉噴嘴處塑料噴頭 而短時中止施噴，影響工效；混凝土坍落度宜為1018cm7、工作風(fēng)壓、風(fēng)量 工作風(fēng)壓宜為，工作風(fēng)壓的選擇與混凝土的和易性有關(guān)，和易性越好，工作風(fēng)壓較小，反之偏大。風(fēng)壓調(diào)整應(yīng)根據(jù)工作面距離，合理選用機(jī)械手的輸送管直徑，確保得 到合適的混凝土出口速度，實(shí)際施工中應(yīng)根據(jù)混凝土和易性、風(fēng)壓穩(wěn)定性影響進(jìn)行調(diào)整， 以保證噴射混凝土在噴射口形成連續(xù)噴射、無流淌、并使得噴射混凝土能

10、以合適速度垂 直射向受噴面。8、巖面整潔度 對于較臟巖面，先用高壓風(fēng)或水清洗受噴面，提高混凝土與巖面的黏結(jié)力以達(dá)到噴射最佳效果。欠挖超標(biāo)過多的先行局部處理。對于滲水巖面，一般情況下濕噴可以將滲 水封住，對于滲水較嚴(yán)重，形成水流時就需要打排水孔、掛防水板，然后進(jìn)行噴護(hù)作業(yè)。9、噴射層厚度 一次噴射層太厚，在自重作用下，噴層會出現(xiàn)錯裂甚至引起坍落 : 太薄時大部分粗集料會回彈，噴層僅留砂漿，將影響噴射效果和質(zhì)量。10、速凝劑摻量摻量過大導(dǎo)致回彈增大，混凝土噴層密實(shí)性變差；摻量過小導(dǎo)致噴層流淌下墜形成 微裂紋或掉塊。因此須在進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)時嚴(yán)格控制其摻量，以達(dá)到質(zhì)量控制和節(jié) 省成本的目的。一般拱

11、部部分速凝劑摻量較邊墻部分稍大，且噴射速度也相應(yīng)較慢。11 、維修、保養(yǎng) 噴射結(jié)束后，應(yīng)將機(jī)械手開至洞外或不影響正常施工的其他地點(diǎn)，按操作堆積對機(jī)器進(jìn) 行維護(hù)、保養(yǎng)。因機(jī)械手的維修難度和費(fèi)用較高，因此機(jī)械手的日常維護(hù)保養(yǎng)工作顯得 十分的重要。勞動組織勞動力組織見表主要人員組織表序號工種人數(shù)工作內(nèi)容/職責(zé)備注1現(xiàn)場負(fù)責(zé)人1現(xiàn)場指揮、協(xié)調(diào)2安全員1負(fù)責(zé)施工中的安全防護(hù)3質(zhì)檢員1負(fù)責(zé)質(zhì)里監(jiān)控檢查4技術(shù)員2負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)、技術(shù)交底、測量放線5試驗(yàn)員1負(fù)責(zé)現(xiàn)場混凝土等6領(lǐng)工員2現(xiàn)場施工組織、控制7設(shè)備操作手1操作8輔助工2指揮罐車倒料，控制放料速度9修理工1噴射混凝土機(jī)械手日常維修保養(yǎng)10電工1負(fù)責(zé)現(xiàn)場電

12、力設(shè)施維護(hù)等6.材料與設(shè)備本工法主要機(jī)具設(shè)備見表6表6主要機(jī)具設(shè)備表序號設(shè)備名稱單位數(shù)量備注1強(qiáng)制式攪拌機(jī)臺（套）2負(fù)責(zé)供應(yīng)所需濕噴混凝土2罐車臺3運(yùn)送混凝土3混凝土噴射機(jī)臺1挪曼爾特7110WPC混凝土噴射機(jī)4供水設(shè)備套6用以清洗機(jī)械手混凝土輸送管及軟管5坍落度筒個1用以測試噴射混凝土坍落度7. 質(zhì)量措施質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為確保濕噴混凝土厚度、均勻性、平順性、強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，執(zhí)行現(xiàn)行的錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范(GB50086-2001)、TB10424-2010 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及其他相關(guān)規(guī)定。質(zhì)量控制措施影響噴層質(zhì)量的主要因素有混凝土拌合物工作度、設(shè)備

13、性能、操作手水平、速凝劑 摻量、材料及混凝土配合比等。采用分層噴射、“動大臂、移小臂”的操作要點(diǎn)，確保移動噴射點(diǎn)由點(diǎn)到線再到面保 證噴射混凝土的平整度。優(yōu)化配合比，選擇高質(zhì)穩(wěn)定的速凝劑，嚴(yán)格控制水膠比和速凝劑摻量，確?；炷翉?qiáng) 度。采用預(yù)埋鋼筋、分層噴射來保證噴射混凝土厚度。噴射前應(yīng)先對巖面進(jìn)行處理，軟巖采用高壓風(fēng)吹洗、硬巖可采用水洗，以提高噴射混 凝土與巖面黏結(jié)強(qiáng)度。噴射過程中嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，調(diào)整噴頭至巖面的角度和距離、工作風(fēng)壓、速凝劑 摻量等工藝參數(shù)至最佳狀態(tài)，降低噴射回彈率。一次試噴完成后，應(yīng)間隙510分鐘才能復(fù)噴，防止混凝土自重較大未初凝而掉塊。挑選責(zé)任心強(qiáng)、有一定工作經(jīng)驗(yàn)的施工人

14、員成立專業(yè)班組，通過對專業(yè)班組的實(shí)戰(zhàn)培 訓(xùn)以及廠家現(xiàn)場跟蹤指導(dǎo)，快速有效的提高機(jī)械手噴射技術(shù)。進(jìn)入工地的主要材料嚴(yán)格按規(guī)定和設(shè)計(jì)要求把關(guān)，所有進(jìn)場材料須有出廠合格證和必 要的檢驗(yàn)報(bào)告。對進(jìn)場料、設(shè)備尤其是速凝劑的質(zhì)量嚴(yán)格按技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。嚴(yán)格按配合比施工，控制好水灰比，控制好各種外加劑尤其是速凝劑的摻量。8. 安全措施施工中嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作。注意按周期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)。 施工中注意電、風(fēng)、液體速凝劑連接檢查及出現(xiàn)問題的緊急處理。 設(shè)備僅準(zhǔn)許培訓(xùn)過的操作工人操作，其他參與噴射施工的工人不能動設(shè)備按鈕。 設(shè)備行走中應(yīng)注意安全，在設(shè)計(jì)允許坡度、速度范圍行走。速凝劑操作過程中應(yīng)注意防止速

15、凝劑泄漏腐蝕。 機(jī)械手操作員應(yīng)佩戴頭部防護(hù)裝置，防止混凝土回彈傷人。 濕噴機(jī)械手進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時，施工人員應(yīng)站在已經(jīng)初期支護(hù)完成的安全位置， 機(jī)器本身也應(yīng)停在初期支護(hù)完成的部位，操作人員通過機(jī)械臂伸縮到掌子面進(jìn)行噴射作 業(yè)。9. 環(huán)保節(jié)能措施 成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長的環(huán)保、文明施工領(lǐng)導(dǎo)小組，對施工現(xiàn)場的環(huán)境保護(hù)和文明 施工進(jìn)行監(jiān)督、指導(dǎo)、檢查。隧道內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)和照明，在有粉塵的作業(yè)環(huán)境中作業(yè)，除灑水和通風(fēng)外，作業(yè)人 員還必須配備勞保防護(hù)用品。加強(qiáng)設(shè)備養(yǎng)護(hù)，減少設(shè)備漏油施工機(jī)械的廢油廢水，采用隔油池等有效措施加以處 理，不得超標(biāo)排放。隧道內(nèi)施工污水必須經(jīng)治理凈化處理后排放，不得直接排入河道，做好

16、排水系統(tǒng)， 保證排水通暢。施工現(xiàn)場應(yīng)盡量減小噪音，施工人員按指定地點(diǎn)和時間活動，盡量不影響周圍居民 的正常工作和生活。施工現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備更換的零、配件應(yīng)及時回收；廢油、廢水等進(jìn)行回收處理，不得 隨意亂倒。10 經(jīng)濟(jì)效益分析在噴射混凝土回彈率方面， 如采用傳統(tǒng)小型干噴機(jī)作業(yè)， 噴射混凝土回彈率超過 30%，而使用大型噴射混凝土機(jī)械手施工，噴射混凝土回彈率小于15%，噴射混凝土回彈率可大大降低。在人員配置方面， 使用耿力干噴機(jī)進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)時， 1臺干噴機(jī)需配備5 名作業(yè)人員（包括上料人員，添加速凝劑人員，噴槍操作人員及輔助人員） ，一般需配備 3 臺才能滿足施工作業(yè)，作業(yè)人員需約 15 人，而

17、使用噴射機(jī)械手時僅需要 4 名作業(yè)人員（設(shè)備操作手 1人，輔助工 2 人，修理工 1人）即可控制整個施工過程?？梢怨?jié)省 11 名勞動力。在施工效率方面，三臺耿力干噴機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中其噴射混凝土量約為8.5 m3/h，一臺大型噴射混凝土機(jī)械手噴射混凝土量超過10.5 m3/h,生產(chǎn)效率是三臺耿力干噴機(jī)的倍。在職業(yè)健康保障方面，傳統(tǒng)干噴作業(yè)中，粉塵濃度普遍在80 mg/m3以上，有的高達(dá)100 mg/m3遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2mg/m3工作環(huán)境極差。使用機(jī)械手進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時， 粉塵很少，噪音小，作業(yè)人員可站在距噴射面 510m的位置遙控操作，工作環(huán)境較為舒 適，通過佩戴防塵裝置，可基本避免對作業(yè)人員身體健康的損傷，減小對企業(yè)形成的潛 在風(fēng)險。經(jīng)過對比測算，采用大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴技術(shù)進(jìn)行噴射混凝土施工（以 Spraymec 7110 WPCS噴機(jī)械手為例），與傳統(tǒng)小型噴射機(jī)（以耿力干噴機(jī)為例）相比， 每噴射1m3混凝土可節(jié)省費(fèi)用約元。11. 應(yīng)用實(shí)例新建吉林至琿春段鐵路客運(yùn)專線 JHSI標(biāo)段香水隧道，全長4560m其中U級圍巖長 2310m川級圍巖長1659m w級圍巖長384m V級圍巖長113m其余為明洞段，