混凝土湿喷工艺施工工法
1、前言
随着隧道施工技术的发展，目前，隧道施工主要采用新奥法施工，而新奥法施工的关键之一是喷锚支护，其设计理念是初期支护与二次衬砌共同承受围岩压力，喷射混凝土施工在隧道施工技术中占着至关重要的作用，它起着保证隧道施工和运营安全的作用。本文通过乌鞘岭隧道10号斜井F7断层施工时采用aliva混凝土喷射机组湿喷混凝土的施工应用，总结形成此工法。
2、工法特点
（1）此工法施工速度快，最低每小时可喷混凝土8m3以上，最高每小时可喷混凝土20m3。
（2）喷射混凝土附着力较好、密实度较高；可根据支护设计强度配制适合施工需求的砼。
（3）采用机械手喷射混凝土，机械化程度高，操作人员较少；
（4）作业范围大，最大喷射高度可达26m，一次定位喷射移动距离12m，这是一般人工操作湿喷混凝土无法实现的。
（5）回弹率低，本工法喷射回弹率可控制在12%以内，是以往所有干、潮甚至传统湿喷工艺所达不到的。
3、适用范围
本工法适用范围较广，不仅适用于所有铁路单、双线隧道的初支喷混凝土施工，也适用于公路、铁路等高边坡支护喷射混凝土施工。
4、工艺原理
（1）本工法采用国际上较先进的Aliva湿喷机组进行施工,该喷浆设备有大臂俯仰、小臂摆动、枪杆转动、喷枪姿态调整、喷枪自身旋转、整机行走六个自由度，在作业范围、喷枪移动、喷射能力方面较以往湿喷设备有重大突破。
（2）该设备有“自动轨迹控制”和“遥控主从”两种工作方式，采用该设备进行喷浆的主要优点在于：
①、由于喷枪始终保持与受喷面垂直，保持最佳喷射距离，因而能显著减少回弹；
②、该设备能保证在事先安排好的喷浆轨迹和喷浆姿态下进行喷浆作业，克服了MEYCO等型号喷浆机械手由于操作者来不及反应等原因造成的原材料的浪费和作业效率低等重要缺陷；
③、与人工湿喷工艺相比，机械手喷射范围大，喷射击压力大，角度保持较好，不用搭设喷浆作业平台；
④、基本上一个人就可以完成喷浆作业，并且质量比人工喷要好得多。
（3）采用该设备配套组合后进行喷浆，由于运料、上料、喷浆均采用大型机械施工，特别是由于喷头采用机械手进行操作，风压大，出料风压高、速度快。形成能力高、速度快、稳定均衡、机械化程度高的湿喷混凝土施工。
（4）该工艺不仅缩短洞内喷射混凝土施工时间，还能大幅度地减少原村料消耗，同时提高喷混凝土施工质量，经济效益显著。
5、工艺流程及操作要点
5.1、湿喷工艺流程图
喷射机组湿喷工艺施工流程图
5.2、具体操作过程及要点
5.2.1、湿喷混凝土原材料的选择
（1）水泥
根据混凝土强度要求和配合比设计采用通过与液体速凝剂相容试验；强度等级不低于32.5R的硅酸盐水泥或普通硅酸盐岩水泥。
（2）液体速凝剂
液体速凝剂需保证喷射混凝土能在短时间内凝结。一般选用JL-20液体速凝剂，比重1.42kg／dｍ３，试验最佳掺量为水泥用量的1.5～2.0％，3分钟初凝，10分钟终凝。实际施工中根据现场初凝情况灵活调整。
（3）砂子
砂子宜选用连续级配河砂或山砂，或使用级配较好的机制砂。
（4）粗骨料
粗骨料为瓜米石，最大粒径小于15mm，连续级配。骨料粒径过大会造成回弹增大，过小则混凝土强度低，故应进行筛分。
5.2.2、湿喷混凝土配合比设计
（1）确定混凝土的试配强度
湿喷混凝土的试配强度可以按下式计算求得：
f cu.o=f cu.k+1.645σ(1)
式中：f cu.o——施工配制强度(Mpa)。
f cu.k——设计强度标准值(Mpa)。
σ——混凝土标准差(Mpa)，取σ=4.0。
（2）确定粗骨料的最大粒径及级配
根据混凝土喷射机的输送管直径及施工经验，确定粗骨料的最大粒径为15mm,连续级配。
（3）确定砂率
喷射混凝土的砂率比一般混凝土高，这是由喷射混凝土的施工特点决定的，适当提高砂率可以提高喷射混凝土的密实度，减少回弹，改善喷射混凝土质量；但砂率过大，又会造成混凝土的收缩开裂，并且加大水灰比。施工时，应根据工点的实际情况，确定合理的砂率，一般取55~60％。
（4）确定水泥用量
由于湿喷混凝土的水灰比小、=砂率大，水泥用量较高，一般控制在380~450kg／ｍ３。
（5）水灰比设计
水灰比应根据混凝土的强度设计等级、施工机械、喷射机软管的直径、输送长度等因素综合考虑确定。水灰比过小，会造成输送管堵塞，同时，还会增加回弹和粉尘；水灰比过大，则会造成混凝土的离析和喷射后的溜坍。根据以往湿喷混凝土的施工经验，水灰比一般控制在0.45～0.60之间。
适当的坍落度，是混凝土喷射质量的重要保证。特别是湿喷混凝土，坍落度过小，混凝土的流动性差，容易堵管，将不利于施工；而坍落度过大，又会导致骨料离析，影响混凝土的质量。Aliva的湿喷混凝土适宜的坍落度为80～120mm。
（6）外加剂的用量
根据液体速凝剂最佳掺量的试验结果，确定速凝剂掺量，一般取水泥用量的2％。
（7）配合比的确定
根据上述要求，最后确定实际施工时的喷射混凝土配合比，C20喷射混凝土推荐配合比如下表：
5.2.3、风压、风量调整
风压调整应根据空气压缩消耗曲线来计算，根据工作面距离，合理选用湿喷机的输送管直径，确保得到合适的混凝土出口速度。有关风压、风量供应满足下表。
输入风压指空压机提供的风压，须在上表要求范围才能满足Aliva正常工作，输送风压指输送混凝土的风压，可用上进风阀和下进风阀进行调整，
使上进风阀的风压稍大于下进风阀的风压。实际施工中根据混凝土和易性、风压稳定性影响进行调整，以保证喷射混凝土在喷射口形成连续喷射稀薄流、喷射口无流淌、喷射物成曲线飞行伞状喷向受喷面。
5.2.4、喷射量及液体速凝剂调整
在Aliva285电机运转后用手轮调整喷射量，喷射中可根据风量、喷射要求等进行调整，在屏幕菜单上有显示；液体速凝剂可进入配比菜单，根据每立方混凝土中按水泥用量2％设置速凝剂添加量。
5.2.5、喷射操作
混凝土喷射作业时喷射距离、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。Aliva喷射机湿喷作业时，喷头距岩面的距离宜为1.2～1.5m，较干、潮喷距离大。
（4）喷头移动
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、角度及动机械手大臂，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，按上述顺序喷射下一部位，如此循环完成需喷混凝土的喷面。
（5）堵管处理
喷射施工中极少发生堵管，若发生时应立即关闭A1iVa喷射机及计量泵，关掉输送风，拍打软管，并倒掉管内存留混凝土，堵管处理完成后应先加水喷射洗管，确保管路畅通无误后才能再次进行喷射施工。
6、主要设备、机具和材料
6.1、材料
（1）水泥（32.5R、42.5R及52.5R），根据配合比设计选用；
（2）砂（连续级配）；
（3）瓜米石；
（4）速凝剂（进行初、终凝及与水泥相容性试验）。
6.2、机具设备
Aliva湿喷机组的合理配置建议要求如下表
建议在距作业面较近处设置专用的湿喷机组停放场，Aliva湿喷机组行
走较慢，为节约工序时间，距离较近好。
7、劳动组织
砼拌合：3人混凝土输送司机：2人Aliva操作人员：3人机组保养人员：1人
8、质量要求
（1）喷射前应先对岩面进行处理，软岩采用高压风吹扫、硬岩可采用
水洗；
（2）喷射过程中严格按操作规程进行，调整好速凝剂参数，降低喷射
回弹率；
（3）一次试喷完成后，应间隙5~10分钟才能复喷，防止混凝土自重
较大未初凝而掉块；
（4）喷射混凝土应密实，不留空洞和死角；大面平整后呈蜂窝状，不
能外露型钢或钢筋网。
9、安全措施
（1）施工中严格按《AliVa喷射机组使用手册》操作设备。
（2）注意按周期进行设备维护、保养。
（3）施工中注意水、电、风、液体速凝剂连接检查及出现问题的紧急处理。
（4）设备仅准许培训过的操作工人操作，其他参与喷射施工的工人不能动设备按钮。
（5）设备行走中应注意安全，在设计允许坡度、速度范围行走。
（6）速凝剂操作过程中应注意防止速凝泄漏灼伤。
（7）机械手操作员应戴头部防护装置，防止回弹混凝土伤人。
10、效益分析
（1）减小混凝土回弹率8%~15%，极大降低混凝土施工成本；
（2）机械就位时间快，同时较人工湿喷操作人员减小3~4人；
（3）混凝土喷射速度快、加快施工进度，相同混凝土喷射速度提高一倍以上，对大方量混凝土更节约时间。
（4）作业环境得到极大改善，粉尘污染较小。
11、应用实例
兰武二线乌鞘岭隧道，全长20050m，为双隧单线电气化铁路隧道，纵坡为11‰，围岩主要为砂岩、板岩、千枚岩和闪长岩。全隧围岩总体较差，其中穿越F4、F5、F6、F7四个断层。以F7断层施工难度最大，该断层为一个活动性挤压断层，围岩主要为板岩和千枚岩，部分夹泥岩和砂岩，石质软弱破碎，地应力较大，施工后发生极大变形。为保证F7断层的快速施工，只有加强初期支护的强度和质量，同时在工期紧迫的情况下还要求初
期支护的施工工序时间尽量压缩。为此，我们采用Aliva湿喷机组进行该断层的初期支护喷混凝土施工，通过该工艺的实施，使F7断层的喷射混凝土在喷射速度、喷射混凝土强度、喷射回弹率等方面均得到较大提高，为F7断层的顺利通过起到了至关重要的作用，同时极大的节约了施工成本。下面是F7断层施工中Aliva喷射混凝土工序时间网络图：
隧道内Aliva湿喷混凝土施工工序网络图
本网络图是按喷射量为12m3喷射所需的时间，在施工中尽量使混凝土拌和、运输应与出渣、Aliva准备平行作业，保证在Aliva就位准备好后即开始喷射。