王建軍
(山西路橋市政工程有限公司,山西 晉中 030600)
某隧道工程的起迄樁號為DK170+300~DK183+594,總長約13.3 km,屬長大隧道。該隧道按雙向單洞形式設計,圍巖等級主要為III級,局部IV級和V級。該隧道穿越的地層以泥巖、砂巖和水平緩傾巖層為主,雖然其構造比較簡單,但節(jié)理發(fā)育,巖體較為破碎,容易產(chǎn)生風化,在開挖過程中可能產(chǎn)生坍方或掉塊。對此,在施工初期就需要進行可靠的支護,采用機具實施混凝土噴射。
該隧道進口施工過程中,需在初期借助小型機具實施混凝土的噴射,但實際施工發(fā)現(xiàn)小型機具施工會給周圍環(huán)境中造成很大污染,且混凝土外加劑摻量控制不準確,容易產(chǎn)生盲區(qū),進度較慢,難以達到施工要求;對此,引進了新型濕噴機械手,其最高速度可達30 m3/h,同時配備拌和機與運輸車。
噴射時使用的混凝土,其配合比在很大程度上決定了成型后的強度、厚度與回彈率。按照設計要求的強度選擇好水灰比以后,配合比設計需將和易性與速凝劑類型選擇作為重點,使坍落度保持在140~180 mm范圍內(nèi),同時表現(xiàn)出良好黏聚性,并使回彈率處在15%之內(nèi)。本次混凝土噴射施工將混凝土配合比確定如下:水泥∶水∶粗骨料∶細骨料∶減水劑∶速凝劑=460∶200∶681∶1 021∶4.6∶23。其中,粗骨料采用碎石,細骨料采用河砂,速凝劑采用MEYCO sA160型液體無堿速凝劑。
(1)對于噴射用混凝土,應滿足以下要求:粒徑在1.5 cm以內(nèi),且坍落度保持在140~180 mm以內(nèi)。
(2)工作時風壓應保持穩(wěn)定,本次使用的機械手配有空壓機,正常工作時風壓保持在0.2~0.4 MPa范圍內(nèi),風壓大小與混凝土的和易性有直接關系,當混凝土的和易性良好時,需要的風壓較小,而當混凝土的和易性較差時,則需要較大的風壓。
(3)混凝土噴射開始前,將機械手移至作業(yè)區(qū)后,由機械手自帶空壓機對待噴射巖面實施清理,清除巖屑與浮塵,確保噴射的混凝土能和巖面之間良好粘結,保證噴射質量。
(4)機械手的操作者應有豐富經(jīng)驗,且操作熟練,噴射時,確保噴頭和巖面始終保持垂直,并將兩者的距離控制在0.8~1.2 m之內(nèi),使噴射分區(qū)域和分層進行。一般按照從下到上的順序噴射,先初噴3~5 cm厚,然后通過復噴達到設計要求的厚度。
(5)混凝土噴射時,初噴厚度至關重要,雖然在混凝土中摻加了速凝劑,但達到初凝仍需要一段時間,所以如果初噴的厚度太大,則會使初噴混凝土在達到凝結之前就被復噴的混凝土覆蓋,這樣會產(chǎn)生很大的回彈。
(6)現(xiàn)場的操作人員應以具體噴射部位為依據(jù),對實際的噴射速度與混凝土中速凝劑實際摻量予以嚴格控制。一般情況下,邊墻處混凝土噴射按照18~20 m3/h的速率控制,混凝土中速凝劑的摻加量需控制在3%~5%以內(nèi);拱部混凝土噴射按照15 m3/h左右的速率控制,其混凝土中速凝劑的摻加量需按照7%控制。
(7)噴射時混凝土供料必須保持連續(xù),如果噴射時發(fā)生停機,將導致噴頭處被混凝土堵塞,不僅清理十分困難,而且還會延長作業(yè)時間。
(8)在混凝土噴射完成后,盡快將機械手移至作業(yè)區(qū)域以外,并嚴格按照相關規(guī)程對機械手進行維護與保養(yǎng)。
(1)因濕噴分層進行,且混凝土有良好附著性,所以濕噴完成的平整度與密實度均良好,可達到預期噴射效果。經(jīng)實踐可得,在濕噴中嚴格按照動大臂、移小臂原則進行操作,通過兩者協(xié)調旋轉,由操作人員嚴格控制小臂的實際行程速度,能使移動噴射從點到線,再從線到面,最終使噴射后的混凝土達到平整。
(2)對于噴射用混凝土,其強度從前期配合比設計階段就開始著手控制。混凝土噴射時,機械手利用混凝土泵將混凝土輸送至噴頭,然后在機械手自帶的計量輸送裝置作用下,對速凝劑予以精確的添加,確保各部位實際噴射的混凝土能和速凝劑之間良好結合,最終保證強度。混凝土厚度通過預埋鋼筋和分層噴射來保證,以使噴射的混凝土將鋼筋覆蓋為準進行操作和控制。
(3)因機械手的噴頭與大小臂都能自由轉動,所以噴頭和噴射面間距與角度都能始終處在最佳范圍;另外,機械手配有空壓機,可提供最大0.75 MPa的風壓,由電動機進行驅動,可提供獨立形式的供風系統(tǒng),在施工中能使風壓始終保持穩(wěn)定;機械手還配有計量輸送裝置,能對速凝劑的摻加予以精確的控制,使實際摻量達到最佳;此外加之操作人員正確操作,能將噴射時的回彈率降至最低。
根據(jù)現(xiàn)場實際情況,通過實際用量和回彈量之間的對比,經(jīng)計算可得拱部回彈率不超過10%,邊墻回彈率不超過5%,遠低于相關驗收標準提出的要求,能極大的減少資源浪費,從而降低工程造價。
(4)采用機械水噴射混凝土的過程中,現(xiàn)場作業(yè)人員可以站在已經(jīng)完成初支的地方,通過遙控裝置控制機械手的噴頭,能從根本上保證施工安全。在機械臂的支持下,能伸縮至子掌子面實施混凝土噴射,而機械手本體則停留在安全的地方,即便掌子面突然產(chǎn)生塌方,也不會給機械手造成破壞。
根據(jù)現(xiàn)場實際情況,噴射時現(xiàn)場粉塵濃度在2 mg/m3以內(nèi),工作面及作業(yè)區(qū)的空氣情況均良好,基本沒有粉塵存在,實現(xiàn)了對作業(yè)環(huán)境的有效改善。
(1)機械手造價昂貴,且需要整套采購,很多零配件現(xiàn)在都沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化,使維修養(yǎng)護方面的成本也很高。
(2)濕噴對速凝劑有著很高的質量要求,但國內(nèi)速凝劑質量不夠穩(wěn)定,經(jīng)常導致產(chǎn)生較大的回彈或一次性噴射厚度不足等,而使用進口的速凝劑會使成本增加。
(3)機械手的結構比較復雜,對操作與維護保養(yǎng)人員都有一定要求。
(1)盡快使機械手及其配件實現(xiàn)國產(chǎn)化,這也是未來的一個重要課題。
(2)對混凝土配合比予以持續(xù)優(yōu)化,通過嚴格篩選和比較,選擇有良好性能的國產(chǎn)速凝劑。
(3)加強對操作人員及維護保養(yǎng)人員的技術培訓,提高他們的技術水平,以適應機械手施工要求。
綜上所述,在該隧道工程施工中通過對濕噴機械手的引入,不僅保證了濕噴混凝土施工質量,而且還減少成本、提高效率、減少環(huán)境污染。因此,在隧道工程建設中,尤其是在長大隧道工程中,借助機械手進行濕噴作業(yè),能從根本上解決粉塵、回彈和厚度等方面的問題,通過對濕噴機械手的不斷推廣,能提高隧道濕噴作業(yè)技術水平。