噴射混凝土的機(jī)械化配套

　國(guó)內(nèi)外噴射混凝土技術(shù)現(xiàn)狀

　　噴射混凝土技術(shù)在世界上已有近百年的歷史。它始于奧地利，瑞士、德國(guó)、法國(guó)、瑞典、美國(guó)、英國(guó)、加拿大及日本等國(guó)也相繼采用了噴射混凝土技術(shù)，我國(guó)是從20世紀(jì)60年代末在鐵路隧道施工中推廣新奧法施工時(shí)開(kāi)始采用的。

　　噴射混凝土技術(shù)是新奧法施工的3大支柱之一，它以簡(jiǎn)便的工藝、及時(shí)的支護(hù)及較低的成本而在地下工程中得到廣泛應(yīng)用，目前，主要有干噴和濕噴兩種噴射方式。近10年來(lái)，濕噴技術(shù)的發(fā)展日趨完善，已成為世界各國(guó)噴射技術(shù)的發(fā)展主流，與干噴相比，濕噴的明顯優(yōu)勢(shì)是生產(chǎn)率高、粉塵濃度小。特別是包括混凝土泵、活塞式速凝劑計(jì)量泵和噴射臂在內(nèi)的稠流濕噴法技術(shù)的出現(xiàn)，使?jié)駠姺ǖ膽?yīng)用領(lǐng)域大大拓寬。

　　目前，意大利、挪威、瑞典、日本及加拿大等很多國(guó)家的濕噴應(yīng)用已占主導(dǎo)地位，我國(guó)的濕噴混凝土施工也越來(lái)越被人們重視。

　　另外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外新型外加劑、外摻料及鋼纖維噴射混凝土的研究和應(yīng)用也得到迅速的發(fā)展，例如，我國(guó)冶金部建筑總院研制出了8604型速凝劑，美國(guó)和瑞士Aliva公司研制出了新型的非堿性速凝劑，德國(guó)研制成功了SiliponSPR6型增粘劑。

　　目前國(guó)內(nèi)外噴射混凝土施工機(jī)械及其配套情況

　　噴射混凝土機(jī)械化施工主要有施工機(jī)械和配套作業(yè)線(xiàn)2個(gè)內(nèi)容，施工機(jī)械主要有攪拌設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、上料設(shè)備、噴射機(jī)及噴射機(jī)械手等。從國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，除了對(duì)各類(lèi)機(jī)械的單機(jī)研制外，更注重對(duì)機(jī)械的配套研制和使用，其目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化配套，加快支護(hù)速度，提高經(jīng)濟(jì)效益。
　　1．噴射混凝土主要施工機(jī)械    

　　(1)混凝土攪拌設(shè)備?；炷翑嚢柙O(shè)備主要有混凝土攪拌站和混凝土攪拌樓。目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的攪拌站(樓)見(jiàn)表1。 

表1  我國(guó)噴射混凝土機(jī)械化施工中常見(jiàn)的攪拌站（樓）

　　攪拌樓是大型的設(shè)備，一般用于大的隧道工程，而攪拌站一般用于中小隧道工程。攪拌站(樓)除了用于噴射混凝土，還用于襯砌作業(yè)。 

　　目前，一種新型的混凝土組合式攪拌站應(yīng)運(yùn)而生，它具有安裝簡(jiǎn)單、攪拌迅速、計(jì)量準(zhǔn)確、性能可靠、適應(yīng)強(qiáng)及價(jià)格適中等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于鐵路和各種混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)?；炷两M合式攪拌站一般在生產(chǎn)廠配套生產(chǎn)，例如雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)有500、750及1000等規(guī)格，而相應(yīng)配套的電子計(jì)量配料機(jī)構(gòu)有800、1200及1600等規(guī)格，施工單位可根據(jù)每小時(shí)需用混凝土施工用量來(lái)確定組合攪拌站設(shè)備的大小和設(shè)備的多少。

　　(2)混凝土輸送設(shè)備?；炷凛斔驮O(shè)備主要有混凝土泵和混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)。在國(guó)內(nèi)，混凝土泵一般用于襯砌作業(yè)；在國(guó)外，常用泵送混凝土噴射機(jī)進(jìn)行濕噴作業(yè)；混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)則既可用于混凝土噴射作業(yè)，也可用于襯砌作業(yè)。

　　混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)有輪胎式和軌道式兩種，輪胎式的運(yùn)輸車(chē)用得較多，常用的有遼寧海諾建設(shè)機(jī)械集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的HNJ5240型和HCJ5260型、華東建筑機(jī)械廠生產(chǎn)的MR45-1S型(7m3)和MRl0型(10m3)、徐州利勃海爾混凝土機(jī)械有限公司生產(chǎn)的系列混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)等。軌道式混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)以JCGY-6型為代表，一般為罐式，有多家廠家在生產(chǎn)。

　　(3)混凝土上料設(shè)備。噴射混凝土是隧道及地下洞室施工初期支護(hù)的主要手段之一，但卻是地下工程中作業(yè)條件最?lèi)毫拥氖┕すば?。若為干噴，噴射機(jī)旁的粉塵濃度很大，操持噴嘴的工人處在粉塵的包圍之中，勞動(dòng)環(huán)境極為惡劣，嚴(yán)重危害工人的身體健康。噴射射機(jī)人工上料是一項(xiàng)繁重的體力勞動(dòng)，特別是在噴射時(shí)，輸料管內(nèi)充滿(mǎn)了待噴料，噴射時(shí)的反彈力較大，這樣，施噴人員很難按照噴射混凝土規(guī)程進(jìn)行噴射，也難以保證高質(zhì)量的噴層。

　　在國(guó)外，瑞士阿利瓦公司生產(chǎn)的31O型移動(dòng)式膠帶機(jī)安裝在輪胎上給噴射機(jī)上料，其受料口可以調(diào)節(jié)；瑞士邁納迪爾(Meynadier)公司生產(chǎn)的MeYco Robojet噴混凝土機(jī)械手的噴射機(jī)上料也采用膠帶運(yùn)輸機(jī)；法國(guó)諾梅特(Normet)公司生產(chǎn)的機(jī)械手，它所用的噴射機(jī)也是用輸送機(jī)來(lái)上料；美國(guó)艾姆科公司的干式或濕式噴射機(jī)則用陡角度的Cambelt閉式輸送機(jī)來(lái)上料。

　　國(guó)內(nèi)的上料機(jī)械主要是膠帶輸送機(jī)，大瑤山隧道采用SP45型膠帶機(jī)給PH30型噴射機(jī)上料(膠帶機(jī)接料端靠近地面，人工上料)；南昆線(xiàn)米花嶺隧道進(jìn)出口采用廣東韶關(guān)煤機(jī)廠生產(chǎn)的P5(長(zhǎng)4．5m)膠帶機(jī)給阿利瓦公司的285型噴射機(jī)上料；鄭州康達(dá)支護(hù)技術(shù)公司生產(chǎn)的HPJ—II型噴混凝土機(jī)組，上料機(jī)構(gòu)配用螺旋輸送機(jī)。目前我國(guó)大多數(shù)噴射機(jī)上料作業(yè)仍以人工為主，為減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)作業(yè)環(huán)境，采用機(jī)械給噴射機(jī)上料是非常必要的。

　　(4)混凝土噴射機(jī)。混凝土噴射機(jī)是將混凝土輸送給噴嘴的機(jī)械，根據(jù)噴射工藝不同大致可分為干式(潮式)噴射機(jī)和濕式噴射機(jī)兩大類(lèi)型，從目前國(guó)內(nèi)外情況來(lái)看，前者使用得較為廣泛，但后者是發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹目前國(guó)內(nèi)外混凝土噴射機(jī)的情況。

　　對(duì)于干噴機(jī)，國(guó)外的代表機(jī)型有瑞士阿里瓦(Aliva)公司的轉(zhuǎn)子式和美國(guó)里得(Reed)公司的轉(zhuǎn)盤(pán)式兩種，我國(guó)有江西煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的ZP-V型噴射機(jī)和河南鄭州康達(dá)支護(hù)技術(shù)有限公司研制生產(chǎn)的PZ-5B型噴射機(jī)。

　　對(duì)于濕噴機(jī)，國(guó)外主要有擠壓泵(PC08-60M)型濕噴機(jī)、英國(guó)Compernass-208(科姆佩納斯)型濕噴機(jī)和

　　Aliva-285型干濕兩用混凝土噴射機(jī)及德國(guó)古馬恩型濕噴機(jī)和BSM-903型濕噴機(jī)等。其中，擠壓泵(PC08-60M型)濕噴機(jī)是國(guó)外應(yīng)用較廣的一種濕噴機(jī)，在更換泵送軟管和輸料管并采用適宜粒徑的骨料后，也可作混凝土泵用。日本極東PC08-60M型和美國(guó)Challenge型濕噴機(jī)均屬此類(lèi)濕噴機(jī)。我國(guó)的濕噴機(jī)則以中鐵西南科學(xué)研究院研制生產(chǎn)的TK-961型混凝土濕噴機(jī)為代表。
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　　另外，還有一種新型的泵送、濕噴兩用機(jī)，如由濟(jì)南山川機(jī)器人工程公司研制生產(chǎn)的PBT20型兩用機(jī)，它既可以作濕噴機(jī)，又可以作混凝土泵，現(xiàn)已在生產(chǎn)中得到實(shí)際的應(yīng)用。

　　(5)噴射混凝土機(jī)械手。噴射混凝土?xí)r，如果由工人操持噴嘴進(jìn)行噴射，由于噴嘴出口距巖面約1m，骨料的反彈及噴射產(chǎn)生的粉塵對(duì)施噴人員有極大的危害，加上生產(chǎn)率的大幅度提高，因噴射壓力的增加而使反射力加大，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度更大，特別是采用濕噴時(shí)，由于噴嘴重量及軟管內(nèi)充滿(mǎn)混凝土而加重，考慮到工人的勞動(dòng)安全性，而不得不用機(jī)械手來(lái)代替人工噴射。隨著我國(guó)濕噴混凝土技術(shù)的不斷提高及廣泛應(yīng)用，機(jī)械手的研究應(yīng)用將具有廣闊的前景。

　　用機(jī)械手來(lái)噴混凝土始于瑞典1961年修建賀爾杰斯水電站的尾水隧洞工程。經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，現(xiàn)今的機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噴射。國(guó)外生產(chǎn)噴混凝土機(jī)械手的廠家以西歐為主，如瑞典斯塔比萊托(Stabilator)公司的Robet-75型機(jī)械手、瑞士邁納迪爾(Meynadier)公司的Meyco Robojet機(jī)械手、瑞士阿利瓦(Aliva)公司的Aliva-Matico 305型機(jī)械手、法國(guó)諾麥特(Normet)公司生產(chǎn)的能安裝在PK4000型卡車(chē)上的機(jī)械手、德國(guó)普茨邁斯特—韋克(Putzmeister Werk Maschinenfabric GmbH)公司生產(chǎn)的大象牌機(jī)械手及日本生產(chǎn)的機(jī)械手等等。至于大斷面，國(guó)外已有2～3臂的噴射混凝土機(jī)械手在使用中，所有這些機(jī)械手均可以實(shí)現(xiàn)遙控。

　　我國(guó)噴射混凝土機(jī)械手的研制始于20世紀(jì)60年代中后期，到80年代末，也只有幾種不同結(jié)構(gòu)的機(jī)械手研制成功，但未批量生產(chǎn)。為此，在20世紀(jì)80年代修建衡廣復(fù)線(xiàn)及大秦線(xiàn)時(shí)，先后引進(jìn)了瑞典斯塔比菜托公司生產(chǎn)的Robot-75型機(jī)械手27臺(tái)，90年代修建南昆線(xiàn)時(shí)則引進(jìn)瑞士的Aliva-305型機(jī)械手，修建魯布革水電站引水隧洞時(shí)噴射混凝土已用Aliva-305型機(jī)械手。國(guó)產(chǎn)機(jī)械手用于鐵路隧道施工最早的是韓家河隧道，南昆線(xiàn)二排坡隧道則用南京軍區(qū)生產(chǎn)的SPJS-10機(jī)械手。所有這些機(jī)械手在施工中都取得了不錯(cuò)的實(shí)績(jī)，但進(jìn)口的機(jī)械手價(jià)格較高，一般的施工單位都不愿購(gòu)置。

　　2.噴射混凝土施工機(jī)械化配套

　　目前國(guó)內(nèi)外噴射混凝土施工機(jī)械化配套的一種方式是將各有關(guān)的單件機(jī)具組合配套，其優(yōu)點(diǎn)是各獨(dú)立的機(jī)具所占空間小，移動(dòng)方便，并可視現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行靈活組配，較適合應(yīng)用于中小斷面地下工程施工；其缺點(diǎn)是由于各設(shè)備獨(dú)立分散，造成動(dòng)力分散，控制欠集中，單機(jī)效率得不到充分發(fā)揮。另一種方式是聯(lián)合機(jī)組形式，它將幾道工序的機(jī)械組合在一二輛車(chē)上，其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)力和控制集中，生產(chǎn)能力大，效率和綜合機(jī)械化程度高，經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮得好。聯(lián)合機(jī)組形式是一個(gè)發(fā)展方向，其不足之處是組合的結(jié)果往往使機(jī)體形體偏大，在中小斷面的地下工程施工中受到一定的限制。
　　(1)單件機(jī)具組合配套。這種方式的機(jī)械化配套在我國(guó)許多單位進(jìn)行了試驗(yàn)和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)冶金部湖南水口山鉛鋅礦噴射混凝土機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)就是一例。

　　國(guó)外的配套例子有瑞士Aliva公司的輸送混凝土喂料系統(tǒng)，它可保證連續(xù)供料而取得較好的效果。

　　(2)聯(lián)合機(jī)組。在大型地下工程噴射混凝土作業(yè)中，國(guó)外將混凝土的攪拌、運(yùn)送和噴射作業(yè)綜合配套并聯(lián)動(dòng)起來(lái)組成噴射混凝土機(jī)組。

　?、偃鸬銻obot Trixer D2800 型“三聯(lián)機(jī)”。該“三聯(lián)機(jī)”是一種噴射混凝土作業(yè)配套聯(lián)動(dòng)設(shè)備。料倉(cāng)（具有攪拌、上料能力）、噴射機(jī)置于一輛汽車(chē)上，Robot—75型機(jī)械手置于另一輛汽車(chē)上。②美國(guó)Eimco型“三聯(lián)機(jī)”。美國(guó)Eimco公司生產(chǎn)的機(jī)械手是濕式混凝土噴射機(jī)和罐式運(yùn)料車(chē)（具有攪拌、上料能力)組成的綜合噴射設(shè)備。在噴射作業(yè)中，由兩輛底部帶有螺旋的運(yùn)料車(chē)輪流供料。其缺點(diǎn)是噴射軌跡是放射狀的。

　　適合我國(guó)國(guó)情的噴射混凝土施工機(jī)械化配套

　　1．我國(guó)目前噴射混凝土施工中存在的問(wèn)題

　　(1)噴射混凝土施工及機(jī)械管理水平普遍不高。

　　(2)濕噴機(jī)的購(gòu)置費(fèi)用和液體速凝劑價(jià)格偏高，濕噴工藝和濕噴機(jī)具難以推廣，使噴射混凝土質(zhì)量和施工安全得不到保證。

　　(3)濕噴機(jī)具品種單一，配套性不強(qiáng)，難以形成支護(hù)機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)。

　　(4)大多數(shù)噴射混凝土施工仍以干噴為主，人們采用半機(jī)械化作業(yè)方式，即采用人工給噴射機(jī)上料和人工抱噴頭進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，這種方式噴射回彈率高、粉塵大，而且影響施工質(zhì)量、施工進(jìn)度及工人身體健康。    

　　(5)鑒于機(jī)械手或機(jī)器人價(jià)格昂貴，目前國(guó)內(nèi)不可能普遍配備，噴射混凝土自動(dòng)化程度不高。
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　　2．噴射混凝土機(jī)械化配套原則

　　(1)根據(jù)設(shè)計(jì)工程量和工期進(jìn)度要求，確定選用的主要噴射混凝土機(jī)械的作業(yè)能力和工作范圍。

　　(2)鑒于濕噴能改善作業(yè)環(huán)境及其在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)，為保證混凝土噴層質(zhì)量，應(yīng)優(yōu)先采用濕噴工藝和濕噴機(jī)具。

　　(3)為保證噴射時(shí)能按噴射混凝土的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行噴射及降低操持噴嘴人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)使用噴射機(jī)械手。

　　(4)因濕噴混凝土坍落度較大，為不損失混凝土的漿液及減輕人工上料時(shí)繁重的體力勞動(dòng)，給濕噴機(jī)配備螺旋輸送機(jī)是必要的，上料時(shí)，螺旋可以繼續(xù)對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌。

　　(5)上料機(jī)械的卸料高度應(yīng)大于噴射機(jī)的接料高度，上料機(jī)械的生產(chǎn)率應(yīng)大于噴射機(jī)的生產(chǎn)率，并要求在不自帶動(dòng)力的情況下，可以軌行或輪胎行走。

　　(6)在需要使拌和料作較長(zhǎng)距離輸送條件下，可將攪拌和上料結(jié)合起來(lái)，用一臺(tái)攪拌上料機(jī)完成。

　　(7)在大型地下工程中，如果條件允許，可采用噴射混凝土聯(lián)合機(jī)組。

　　(8)噴射混凝土自動(dòng)化技術(shù)更理想的發(fā)展方向是機(jī)器人的使用，應(yīng)向噴射混凝土機(jī)器人的方向發(fā)展。

　　3．噴射混凝土機(jī)械化配套推薦方案

　　根據(jù)我國(guó)噴射混凝土施工中存在的問(wèn)題及噴射混凝土機(jī)械化配套原則，我們提出了適合我國(guó)國(guó)情的噴射混凝土機(jī)械配套方案。

　　(1)單線(xiàn)鐵路隧道施工噴射混凝土配套方案。因單線(xiàn)鐵路隧道斷面較小，宜采用單項(xiàng)設(shè)備配套使用方式，根據(jù)使用條件采用全配套，即有機(jī)械手、噴射機(jī)、攪拌機(jī)及膠帶上料機(jī)等組合在一起配套使用，形成一條連續(xù)的作業(yè)線(xiàn)。如無(wú)條件采用全配套，可采用部分配套分散使用方式，如采用緊跟工作面機(jī)械手遠(yuǎn)距離操作噴槍?zhuān)睗駠娚錂C(jī)噴射，配料和攪拌可采用不同螺距的同軸螺旋攪拌機(jī)在遠(yuǎn)離噴射機(jī)的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)由人工裝料進(jìn)行。

　　若隧道的斷面較大，也可采用混凝土噴射聯(lián)合機(jī)組配套方式，根據(jù)條件可選用潮噴聯(lián)合機(jī)組，也可選用濕式混凝土噴射機(jī)械化配套機(jī)組(噴射機(jī)械手+濕噴機(jī)+專(zhuān)用密閉料車(chē))。

　　(2)雙線(xiàn)鐵路隧道施工噴射混凝土配套方案。宜采用潮噴聯(lián)合機(jī)組或濕式混凝土噴射聯(lián)合機(jī)組，其中機(jī)械手可以采用大折臂的全液壓控制、遠(yuǎn)距離操作。

　　基于國(guó)內(nèi)噴射混凝土的施工現(xiàn)狀，推薦方案的考慮偏重于噴射混凝土速度，提高噴射混凝土質(zhì)量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，防止粉塵對(duì)人體的危害等。在具體的配套中，應(yīng)與隧道掘進(jìn)機(jī)械化、隧道施工設(shè)計(jì)等統(tǒng)一考慮，以制定一個(gè)符合實(shí)際情況的、完善的及能創(chuàng)造最佳經(jīng)濟(jì)效益的噴射混凝土機(jī)械化配套方案。