大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝施工工法.doc

大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝施工工法中國(guó)中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司1. 前言近年來(lái)，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(guó)內(nèi)現(xiàn)有的濕噴設(shè)備，大多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一、生產(chǎn)效率低，施工時(shí)需要人工手持噴槍進(jìn)行噴射，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，骨料的反彈及噴射產(chǎn)生的粉塵對(duì)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蛟河市境內(nèi)，全長(zhǎng)4560m，隧道圍巖以、IV級(jí)為主,設(shè)計(jì)噴射混凝土14800m，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)2.1 施工速度快，每小時(shí)噴射混凝土量可達(dá)到1025m。2.2 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。2.3 機(jī)械化程度高，操作人員較少，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度低。2.4 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。2.5 噴射回彈率低，回彈率可控制在15%以內(nèi)。2.6 作業(yè)環(huán)境較好，也較安全。3. 適用范圍本工法適用于鐵路、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(chē)運(yùn)送至噴射地點(diǎn)加入噴射機(jī)，通過(guò)噴射機(jī)泵將稠密流料泵送至噴頭處，與電腦全自動(dòng)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(jiàn)圖4.1。圖4.1 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)5.1工藝流程大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝流程見(jiàn)圖5.1。 施工準(zhǔn)備原材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn) 受?chē)娒嫣幚?選定混凝土配合比 埋設(shè)噴層厚度標(biāo)釘 混凝土 噴射機(jī)械手就位 合格自動(dòng)計(jì)量攪拌混凝土連通電源，開(kāi)機(jī)調(diào)試清洗、保養(yǎng)噴射機(jī)械手 混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸 初噴混凝土 加入液體速凝劑施作錨桿、鋼架（如果有）、掛鋼筋網(wǎng)補(bǔ)噴，調(diào)整配合比 復(fù)噴混凝土作業(yè) 質(zhì)量檢查 不合格 合格機(jī)械手退出，結(jié)束圖5.1 大型噴射混凝土機(jī)械手濕噴工藝流程5.2操作要點(diǎn)5.2.1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0.50，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2.5。2、原材料的選用 1）水泥：PO42.5普通硅酸鹽水泥； 2）細(xì)骨料：天然河砂、細(xì)度模數(shù)2.9，石粉含量2.4%，泥塊含量0.1%； 3）粗骨料：510mm碎石，連續(xù)級(jí)配，含泥量0.7%，泥塊含量0.1%； 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0.5%； 6）水：飲用水。3、基準(zhǔn)配合比計(jì)算配制強(qiáng)度：fcu，o=25+1.6455.0=33.2(MPa)水膠比：w/c=0.45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=207/0.45 = 460 (kg/m)速凝劑用量：4604%=18.4 (kg/m)減水劑用量：4600.5%=2.3(kg/m)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：取2400 (kg/m)細(xì)集料用量：S=（2400-207-460-18.4-2.3）50%=856(kg/m)粗集料用量：G=2400-207-460-18.4-2.3-856=856(kg/m)4、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(guò)多次調(diào)整，確定基準(zhǔn)配合比見(jiàn)表5.2。表5.2噴射混凝土基準(zhǔn)配合比項(xiàng)目水泥（kg）粗骨料（kg）細(xì)骨料（kg）速凝劑（kg）減水劑（kg）水（L）用量460701100918.44.6207 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(duì)試拌確定的配合比進(jìn)行三個(gè)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。5.2.2 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(shí)，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(dòng)等對(duì)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曲線移動(dòng)進(jìn)行噴射。隧道從兩側(cè)邊墻底部開(kāi)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(shí)，噴頭應(yīng)保持與受?chē)娒娲怪?。噴射交角過(guò)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(shí)，連續(xù)的混凝土“稀薄流”對(duì)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?chē)娒嫣邏猴L(fēng)會(huì)將剛“附著”在受?chē)娒嫔系幕炷链档?，使混凝土的回彈量增大。噴頭距巖面的距離宜為0.81.2m。4、噴射混凝土作業(yè)噴射混凝土回彈在剛噴射時(shí)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(shí)，一次噴厚達(dá)到最大，此時(shí)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(shí)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(dòng)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(kāi)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(dòng)伸縮功能控制噴頭在小臂上自動(dòng)伸縮，即從一端緩慢運(yùn)行到另一端來(lái)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(dòng)，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(shí)應(yīng)立即關(guān)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(wú)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(huì)因阻力過(guò)大無(wú)法順利噴出而沖掉噴嘴處塑料噴頭而短時(shí)中止施噴，影響工效；混凝土坍落度宜為1018cm。7、工作風(fēng)壓、風(fēng)量工作風(fēng)壓宜為0.20.4MPa，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(wú)流淌、并使得噴射混凝土能以合適速度垂直射向受?chē)娒妗?、巖面整潔度對(duì)于較臟巖面，先用高壓風(fēng)或水清洗受?chē)娒?，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(guò)多的先行局部處理。對(duì)于滲水巖面，一般情況下濕噴可以將滲水封住，對(duì)于滲水較嚴(yán)重，形成水流時(shí)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(huì)出現(xiàn)錯(cuò)裂甚至引起坍落:太薄時(shí)大部分粗集料會(huì)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(guò)大導(dǎo)致回彈增大，混凝土噴層密實(shí)性變差；摻量過(guò)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(shí)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(kāi)至洞外或不影響正常施工的其他地點(diǎn)，按操作堆積對(duì)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。5.2.3 勞動(dòng)組織勞動(dòng)力組織見(jiàn)表5.2.3。表5.2.3 主要人員組織表序號(hào)工種人數(shù)工作內(nèi)容/職責(zé)備注1現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人1現(xiàn)場(chǎng)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)量監(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(cè)量放線5試驗(yàn)員1負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)混凝土等6領(lǐng)工員2現(xiàn)場(chǎng)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(chē)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(chǎng)電力設(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(jiàn)表6。表6 主要機(jī)具設(shè)備表序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)單位數(shù)量備注1強(qiáng)制式攪拌機(jī)臺(tái)（套）2負(fù)責(zé)供應(yīng)所需濕噴混凝土2罐車(chē)臺(tái)3運(yùn)送混凝土3混凝土噴射機(jī)臺(tái)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(gè)1用以測(cè)試噴射混凝土坍落度7. 質(zhì)量措施7.1 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。7.2 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)備性能、操作手水平、速凝劑摻量、材料及混凝土配合比等。7.2.1采用分層噴射、“動(dòng)大臂、移小臂”的操作要點(diǎn)，確保移動(dòng)噴射點(diǎn)由點(diǎn)到線再到面保證噴射混凝土的平整度。7.2.2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。7.2.3采用預(yù)埋鋼筋、分層噴射來(lái)保證噴射混凝土厚度。7.2.4噴射前應(yīng)先對(duì)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。7.2.5噴射過(guò)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。7.2.6一次試噴完成后，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。7.2.7挑選責(zé)任心強(qiáng)、有一定工作經(jīng)驗(yàn)的施工人員成立專(zhuān)業(yè)班組，通過(guò)對(duì)專(zhuān)業(yè)班組的實(shí)戰(zhàn)培訓(xùn)以及廠家現(xiàn)場(chǎng)跟蹤指導(dǎo)，快速有效的提高機(jī)械手噴射技術(shù)。7.2.8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(chǎng)材料須有出廠合格證和必要的檢驗(yàn)報(bào)告。對(duì)進(jìn)場(chǎng)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)。7.2.9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8.1施工中嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作。8.2注意按周期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)。8.3施工中注意電、風(fēng)、液體速凝劑連接檢查及出現(xiàn)問(wèn)題的緊急處理。8.4設(shè)備僅準(zhǔn)許培訓(xùn)過(guò)的操作工人操作，其他參與噴射施工的工人不能動(dòng)設(shè)備按鈕。8.5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。8.6速凝劑操作過(guò)程中應(yīng)注意防止速凝劑泄漏腐蝕。8.7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。8.8濕噴機(jī)械手進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時(shí)，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(guò)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9.1成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長(zhǎng)的環(huán)保、文明施工領(lǐng)導(dǎo)小組，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境保護(hù)和文明施工進(jìn)行監(jiān)督、指導(dǎo)、檢查。9.2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。9.3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。9.4 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，做好排水系統(tǒng)，保證排水通暢。9.5施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)盡量減小噪音，施工人員按指定地點(diǎn)和時(shí)間活動(dòng)，盡量不影響周?chē)用竦恼９ぷ骱蜕睢?.6施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備更換的零、配件應(yīng)及時(shí)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(guò)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(shí)，1臺(tái)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(tái)才能滿足施工作業(yè)，作業(yè)人員需約15人，而使用噴射機(jī)械手時(shí)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(gè)施工過(guò)程。可以節(jié)省11名勞動(dòng)力。在施工效率方面，三臺(tái)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 m/h，一臺(tái)大型噴射混凝土機(jī)械手噴射混凝土量超過(guò)10.5 m/h，生產(chǎn)效率是三臺(tái)耿力干噴機(jī)的1.2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/m以上，有的高達(dá)100 mg/m，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2mg/m，工作環(huán)境極差。使用機(jī)械手進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時(shí)，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(guò)佩戴防塵裝置，可基本避免對(duì)作業(yè)人員身體健康的損傷，減小對(duì)企業(yè)形成的潛在風(fēng)險(xiǎn)。 經(jīng)過(guò)對(duì)比測(cè)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 WPC濕噴機(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1m混凝土可節(jié)省費(fèi)用約153.63元。11. 應(yīng)用實(shí)例新建吉林至琿春段鐵路客運(yùn)專(zhuān)線JHS標(biāo)段香水隧道，全長(zhǎng)4560m，其中級(jí)圍巖長(zhǎng)2310m，級(jí)圍巖長(zhǎng)1659m，級(jí)圍巖長(zhǎng)384m，級(jí)圍巖長(zhǎng)113m，其余為明