大瑞项目杉阳隧道出口湿喷机械手的应用

大瑞项目杉阳隧道出口湿喷机械手的应用

王文华

中铁二十三局一公司

摘要：本文根据公司大瑞铁路项目杉阳隧道出口实际投入湿喷机械手应用为例，以杉阳隧道技术参数、作业环境、以及实际施工需求等情况入手，从湿喷机械手的选型、施工效率、混凝土的回弹量及质量、适用环境等方面对投入湿喷机械手的全过程进行阐述及分析，并从经济的角度分析投入湿喷机械手与原干喷工艺的优势，在大瑞项目杉阳隧道进口及大坡岭隧道出口进行推广应用。

关键词：杉阳隧道；湿喷机械手；推广使用

随着科技技术发展，隧道施工作业由以人为主的施工，慢慢转换为机械化施工，采用机械手湿喷工艺相对传统的干喷工艺，既节约时间，提高施工效率，又节约人工，提高环保。使得湿喷机械手能迅速推广。

1大瑞铁路杉阳隧道工程概况

1.1工程概况

杉阳隧道位于大理市永平县博南镇和杉阳镇境内，前接上村大桥，后接杉阳1号大桥，全长13390m。本隧道设置“一斜一平”的辅助坑道，平导全长13407.78m。平导共设置42个横通道，横通道与线路平面夹角为40°。斜井于DK95+150线路左侧设置，为有轨双车道，斜井中线与线路中线平面夹角为57°，坡度18°20′，长571m。

1.2隧道开挖施工方法：钻爆法、掘进机法。

2湿喷机械手的选型

2.1湿喷机械手的投入背景

（1）技术要求：喷射混凝土的强度等级不低于C20，混凝土轴心抗压强度10MPa、弯曲抗压强度11MPa、抗拉强度1MPa；喷射混凝土的单位体积质量2200kg/m³，变形模量2.1*10∧4MPa；喷射混凝土与围岩的粘结力不低于0.5MPa；原喷射工艺难以满足以上技术条件。

（2）喷射混凝土施工要求：原喷射混凝土工艺喷射施工时间为5~6小时，喷射时间长，效率低下；为提高工程施工进度，尽力压缩各工序施工时间。

第一：满足杉阳隧道出口采用的三台阶法施工；上台阶长度控制在5m左右；中台阶长度在5～7m；要满足在下台阶喷射进尺要求。

第二：喷射效率要提高，缩短喷射砼施工时间。

（3）优化施工人员作业环境，提高隧道内空气质量。

2.2混凝土湿喷机械手的应用条件

（1）施工环境要求：能在正洞、平导隧道内通行及通过横通道互相转场，满足喷射距离、高度及能360旋转喷射；为减少喷射时间，喷射效率要大。

（2）根据杉阳隧道出口隧道技术尺寸，对湿喷机械手外形尺寸要求如下：

2.4市场存在湿喷机械手类型

（1）通用汽车式底装：能上牌照自行转场；车尾味料，喷射臂需转向后施工，对旋转空间要求高（旋转空间要求≥5.7，市场调研）。

（2）装载机式底装：车尾味料；喷射臂需转向后施工，对旋转空间要求高（旋转空间要求≥5.7，市场调研），且生产功率较小（≤15m3/h）。

（3）工程车式底装：单项驾驶，车尾味料；喷射臂需转向后施工，对旋转空间要求高（旋转空间要求≥5.7，市场调研）。

（4）工程车式底装：可双向驾驶，喷射臂不需旋转即可向前直接展开，对隧道净空断面尺寸要求低。

2.5中铁重工HPS3016SW型湿喷机械手的选用

（1）受隧道净空面的尺寸限制，2.4条所述（1）~（3）型湿喷机械手均因为喷射臂有旋转半径要求（＞5.7M）而不能投入杉阳隧道使用。

（2）本项目选用中铁重工HPS3016SW型湿喷机械手

中铁重工HPS3016SW型湿喷机械手的技术参数，详情如下。

（3）经过对杉阳隧道出口相关技术尺寸要求分析，中铁重工HPS3016SW型湿喷机械手的技术参数完全满足杉阳隧道施工要求，且HPS3016SW型湿喷机械手因其双向驾驶、喷射臂不需旋转即可展开以及四轮转向功能圆满解决了杉阳隧道断面小、横通道通过半径小的问题。

3湿喷机械手的投入使用

3.1较原混凝土喷射施工工艺相比，每循环施工时间大幅减少，施工效率大幅提升。

（1）原混凝土喷射施工工艺：自喷射准备到施工完成一个循环喷射时间为5~6小时。

（2）湿喷机械手：自喷射准备到施工完成一个循环喷射时间为2~2.5小时。

3.2较原混凝土喷射施工工艺相比：原喷射工艺需施工人员8人，混凝土需用量19m³/m；湿喷机械手需操作人员4人，混凝土需用量13m³/m；人工、材料成本大幅降低。

3.3较原混凝土喷射施工工艺相比，喷射混凝土的强度得到提升。使用原混凝土喷射施工，后期强度低（c25混凝土28d抗压强度为10MPa左右），易坍塌、掉块；采用湿喷机械手施工后期强度高（c25混凝土28d抗压强度为29.0MPa左右），混凝土稳定不掉快。

4混凝土湿喷机械手投入使用总结

4.1混凝土湿喷机械手投入使原喷射混凝土使用时间自每循环5-6小时，降低到2.5小时，使每循环作业时间予以减少，长远看可缩短了施工工期7个月。

4.2回弹率低：由原喷射混凝土回弹率30%降低到10%；每循环使用混凝土方量自38m³降低到26m³，大大降低了材料消耗，预计节余金额1240.8万元，远远大于设备投入金额。

4.3作业环境大幅提升：湿喷机械手的作业，大大降低了粉尘数量，减少了对作业人员的伤害。

4.4喷射混凝土质量好：相较以前喷射混凝土质量好、密实度高，混凝土强度更有保障。

结束语：

通过杉阳隧道出口湿喷机械手投入施工发现，湿喷机械手的使用较原干喷混凝土工艺大大缩短了每循环的施工时间，提升了喷射混凝土的质量，减少了材料的消耗；达到了大瑞铁路项目缩短施工工期，降低施工成本，确保工程质量总要求；为确保大瑞铁路项目施工工期总要求，公司又对杉阳隧道及大坡岭隧道出口进行了设备投入，也为公司在其他项目上的隧道喷射混凝土施工提供了扎实的基础资料。

参考文献：

[1]湿喷机械手的技术参数来自中铁重工设备说明书。