湿喷机械台车在公路隧道中的应用与超耗分析

湿喷机械台车在公路隧道中的应用与超耗分析

丁彦伟 ,刘磊 ,王宪明 ,曹正 ,张雪

中建铁路投资建设集团有限公司  重庆市    400000

摘要：随着工程机械行业日新月异的快发展与隧道工程施工质量日益提升的严要求，传统的粗放式隧道施工方式已经逐渐难以满足“新基建”的建设步调。本文从项目现场实际应用的角度出发，对湿喷机械台车的回弹超耗量进行比对分析，讨论了湿喷机械台车在长大隧道中的应用优势，同时侧面推敲了机械化设备在隧道工程施工中的应用前景。

关键词：公路，隧道，喷射混凝土，湿喷机械台车，喷射混凝土超耗

1 工程概况

本工程是位于西南地区的城市快速路公路隧道，主洞为双向六车道。左线全长3268m，右线全长3290米，开挖洞径与高度分别为15.82米和10.92米，属于大断面特长隧道。隧道深埋段基岩主要为砂岩、砂质泥岩，围岩等级为Ⅳ级，隧道工程区地下水主要为松散岩类孔隙水与基岩裂隙水。

2 应用背景

在传统隧道施工过程中，初期支护结构的喷射混凝土主要采用小型混凝土湿喷机作业。为了保证初期支护喷射混凝土结构面的质量，喷嘴应垂直于受喷面，距离以1m为宜。作业过程需要施工人员手持喷嘴调整角度并控制喷射混凝土厚度，喷射混凝土施工质量对作业人员的施工经验与个人技术依赖性强，无法形成一个标准化控制手段。同时，施工过程中需要作业人员长时间近距离暴露在掌子面未封闭围岩以下，一方面可能承受由于洞顶掉块等造成的物体打击风险，另一方面，由于隧道作业空间小且相对封闭，施工环境不良与扬尘过大可能加重尘肺等职业病的发生。

随着社会经济技术的进步与工程机械行业的发展，隧道施工机械逐渐进入大众视野，以其安全、环保、高效的优点逐渐在隧道施工中占据重要地位。与传统小型混凝土湿喷机相比，首先，湿喷机械台车不仅可通过伸缩机械臂提供较大的施工面，且移动迅速，转向灵活，熟练操作之后可提高喷射混凝土施工效率；其次，湿喷机械台车还可选配封闭式驾驶室，作业人员可以坐在驾驶室中进行遥控操作，避免人员长时间暴露在掌子面，极大程度隔绝噪音污染与粉尘伤害，改善施工人员作业环境，提高隧道作业人员的安全保障。最后，随着隧道工程施工机械化程度的提高，在提升了施工效率的同时，还可以大大降低人工的投入，更有利于隧道施工成本控制，可有效消减由于人口结构变化导致的人工费用持续上涨的远期风险。

3 超耗分析

本工程每个隧道洞口选配河南耿力GHP3015G-Ⅱ混凝土湿喷台车一台，所需配备施工人员三名，其中操作手一名，辅助工人两名，最大喷射效率可达每小时30立方米。

（1）施工工艺

隧道初期支护施工过程中，在钢筋网片与钢拱架施工完毕之后，湿喷机械台车开行至掌子面附近，张开支腿以固定机械维持稳定，并在速凝剂储备箱中提前添加速凝剂，进行施工前准备。操作手提前调整速凝剂的额定用量，混凝土加入料斗之后即可进行喷射作业，速凝剂的添加则通过喷头处装置进行。操作人员通过臂架的伸缩与折叠移动喷头以调整喷射作业面，调整喷头角度与摆动幅度以控制喷射面质量与厚度，通过调节风压大小改变混凝土动能进而调节喷射混凝土料的回弹。

（2）机械简介

本工程采用的混凝土湿喷机械台车的动力系统采用全液压四轮驱动，底盘具有四轮转向功能，可提供较小的转弯半径，搭配蟹行八字形行走模式，可在隧道掌子面自由转向。施工机械臂的臂架具有可折叠与可伸缩的功能，配合喷头旋转和摆动，可以满足喷射混凝土作业面和喷射距离的要求。台车配备发动机行驶监控器与工作显示屏，可全程监控发动机参数与台车的运行数据和作业状态。

（3）超耗分析

本工程喷射混凝土设计强度为C25等级，设计坍落度为120～160mm，采用自建混凝土拌和站进行提供。通过方案比选之后将站址选定于隧道洞口附近，可就近提供混凝土，减少混凝土运输过程中的坍落度损失，并且可以及时反馈混凝土质量进行动态调整。喷射混凝土理论配合比见表3.1。

表3.1喷射混凝土理论配合比

混凝土湿喷机械台车可通过车载系统对混凝土喷射方量进行准确记录，对统计数据进行分月统计，2021年7月-9月喷射混凝土超耗统计分析表见表3.2。

表3.2月度混凝土超耗统计表

    综合使用期间的数据进行分析，喷射混凝土回弹超耗率平均为51.8%，与本工程同期施工的另一处公路隧道进行对比，该对比隧道采用传统移动式喷射车配合人工进行作业，其喷射混凝土平均回弹超耗率为54.2%。横向比较来看，混凝土湿喷机械台车与传统移动式湿喷车的回弹超耗率相差不大，对其原因进行分析，主要有以下三点：其一，湿喷机械台车操作难度高，对操作手技术水平的依赖性强。其二，本工程质量控制要求较高，机械台车操作手在喷射过程中的质量控制较为保守。其三，湿喷机械台车喷头压力与喷射速度控制较困难，喷射压力过大时会增加混凝土回弹量，而喷射压力过小则会造成喷射混凝土无法以合适的速度和动量到达受喷面，同样会增加超耗。

4 结论

本文通过对混凝土湿喷机械台车在公路隧道施工过程中的应用优势，结合本工程实际施工背景情况，对隧道湿喷机械的优势与隧道机械化推进意义进行探索性分析，主要能得出以下结论：其一，湿喷机械台车的喷射混凝土回弹超耗率较传统湿喷机作业基本持平。其二，湿喷机械台车施工方便，喷射效率高，在隧道机械化作业过程中可接受度高。其三，湿喷机械台车可改善隧道湿喷作业环境，减少人工投入，提升作业人员安全保障。

综上所述，虽然混凝土湿喷机械台车在节省材料方面并无太突出的表现，但是以其优越的操作灵活性和安全环保性能，在隧道施工机械化改革过程中的接受度与应用率较高，可以作为传统隧道施工作业方法向全机械化作业转换的一个突破口和过渡段。在另外一方面，根据相关数据现实，农民工平均年龄为41.4岁，比上年提高0.6岁。从年龄结构看，40岁及以下农民工所占比重为49.4%，比上年下降1.2个百分点；50岁以上农民工所占比重为26.4%，比上年提高1.8个百分点，占比继续提高[1]。在用工难与用工贵的双重困境中，采用机械替代人工降低工人成本、隧道工程推行全机械化施工技术势在必行，而如何实现从传统作业向机械化施工的平稳转换与过渡，进而构建起一个接受度好，应用率高的隧道施工科技生态，才是推行全机械化施工的重要关隘，也是基础设施工程建设“科技化、标准化、信息化、智能化”的必经之路。

参考文献

[1]国家统计局. 2020年农民工监测调查报告，2021；