隧道工程中干喷与湿喷的经济技术比较.doc

隧道工程中干喷与湿喷的经济技术比较摘要：本文介绍了隧道工程喷射混凝土施工中干喷工艺与小型湿喷机湿喷工艺间从经济性、时效、回弹率等各方面进行了综合比较，为企业决策者提供了工艺选择的技术依据，并给出了推行湿喷可行性方案。关键词：隧道 干喷 湿喷 经济 技术 比较隧道工程中的喷射混凝土工程是一项重要工序，不仅关系到生产安全、工程质量，也与施工单位经济效益息息相关。目前国家已将干喷作为一项落后工艺后淘汰，但现场仍有多数施工队伍却不愿放弃干喷工艺，本文以现场真实施工条件为背景，对小型湿喷机与传统干喷工艺进行了对比，总结了相关参数，为决策者提供了技术依据。经过慎重比选，工艺试点安排在本项目陈家山隧道斜井进行，湿喷一共进行了三次试验（其中级围岩地段2次，级围岩地段一次），干喷进行了二次循环测试，现将试验情况及试验总结如下：1 湿喷试验情况介绍1.1 第一次湿喷（双机并机作业）11月2号在陈家山隧道斜井大里程方向dk249+247-249.5（级围岩）进行第一次试验，具体情况如下：1.1.1 人员配置两机作业组人员配置：喷射手2人，放料工1人，开机人员2人，其他配合人员4人，共9人。1.1.2 动力分析空压机：螺杆型空压机，生产量24m3/min，四台空压机作业，系统风压为0.8mp，工作风压0.4mp，风量和风压满足两台湿喷机作业要求。压缩空气输送管路。从空压机到喷射位置距离600m，输送管路直径为200mm。电力：由于斜井位于供电线路末端，电压350v勉强可以满足两台湿喷机作业要求。湿喷机：使用两台tk500湿喷机，并机作业共用一个料盘。1.1.3 速凝剂分析该段级围岩，表面无水，采用素喷，喷射方量14方，使用无碱速凝剂（品牌为：安徽*，单价约4500元/吨），掺量为8.5%。1.1.4 材料配合比：460：931：761：198：8.28：0.9（水泥：砂：石：水：减水剂：微纤维）。水泥：祁连山水泥。砂：河砂，细度模数3.2。粗骨料：58mm碎卵石。减水剂：山西黄腾的早强型液体减水剂，减水率为17%。出机湿喷混凝土温度18度，初始坍落度170mm，无泌水，半小时坍落度150mm，1小时坍落度130mm。为了满足混凝土的工作度，在运输罐车内适当添加了减水剂，经调整后能够满足湿喷机正常工作。合成纤维：产地河北衡水，单丝，长度16mm。温度。掌子面温度：18。搅拌站温度：10。混凝土出机温度：18。混凝土到机旁温度：20。拌合水温：35。1.1.5 喷射量及时间总用时间：297分钟，总喷射方量：14方。喷射时间：104分钟，纯生产效率：4.06m3/h。1.1.6 回弹量分析设计方量：6.3m3，超挖方量：约5m3。实际方量：14m3，回弹率：（14-6.3-5）/14=19%。回弹量估计大概在2.53m3。1.1.7 第一次试验存在的问题总体喷射效果较好，在喷射过程中出现电压只有310v左右过低情况，两台不能同时并机作业。一台湿喷机作业的情况时只能保证电压在350v，勉强能工作。喷射混凝土时湿喷机安装准备时间较长，主要是因为湿喷机离掌子面较远，自重较大，吊装时间较长；混凝土罐车运输距离较远，造成工序衔接不好，待料时间较长，从而造成湿喷机作业率偏低。1.2 第二次湿喷（双机并机作业）11月4号在陈家山隧道斜井小里程方向dk247+829-827（级围岩）进行第二次试验，具体情况如下：1.2.1 人员配置（同第一次）1.2.2 动力分析在小里程方向使用两台tk500湿喷机，两台空压机（生产量24m3/min）供风，系统风压为0.7mp，工作风压为0.4mp。从空压机到喷射位置距离500m，输送管路直径为150mm。两台湿喷同时开机启动困难，电压只有320v。1.2.3 速凝剂分析小里程方向是钢拱架挂网喷射，有水；喷射方量21.4方，使用无碱速凝剂（品牌：安徽润安），掺量为10%。1.2.4 材料配合比：460：931：761：198：8.28：0.9（水泥：砂：石：水：减水剂：微纤维）。水泥：祁连山水泥。砂：河砂，细度模数3.2。石：58mm碎卵石。减水剂：山西黄腾的早强型液体减水剂，减水率为17%。湿喷混凝土出机温度15度，初始坍落度240mm，无泌水，半小时后坍落度180mm，1小时后坍落度110mm。为了满足混凝土的工作度，在运输罐车内适当添加了减水剂后能够满足湿喷机正常工作。合成纤维：产地河北衡水。单丝，长度16mm。温度。掌子面温度：15。搅拌站温度：10。混凝土出机温度：18。混凝土到机旁温度：20。拌合水温：35。1.2.5 喷射量及时间总时间：484分钟；总喷射方量：21.4方。喷射时间：一台用时103分钟，另一台用时216分钟。纯生产率：一台3.96m3/h，另一台4.06m3/h。1.2.6 回弹分析设计方量：7.02m3；超挖方量：2810.35=9.8m3。实际方量：21.4m3。回弹率：（21.4-7.02-9.8）/21.4=21%。由于边墙有水，混凝土喷射厚度较厚易造成脱落，导致喷射混凝土掉块，建议分层喷射效果较好。1.2.7 第二次试验过程存在的问题小里程方向喷射工作中，出现109分钟的电压过低而导致两台湿喷机不能同时启动的情况，最后8.9方混凝土只能用一台喷浆机喷射，两台并机作业时电压只有310v左右，不能同时作业，一台湿喷机作业时电压350v，勉强能工作。混凝土罐车运输距离较远（约5km），混凝土到达现场后塌落度损失较大，混凝土无法放出来，更不利于喷射，现场需要加减水剂才能使用，另外待料时间较长，湿喷机作业率偏低。1.3 第三次湿喷（双机并机作业）11月7号在陈家山隧道斜井大里程方向dk249+264.7-266.7（级围岩）进行第三次试验，具体情况如下：使用无碱速凝剂（品牌：山西黄腾），掺量为6%，使用过程中速凝剂出现分层情况，导致喷射效果不一。湿喷混凝土出站温度16度，初始坍落度200mm，无泌水，半小时后坍落度170mm，1小时后坍落度120mm，洞内环境温度16度，现场喷射砼温度21度。从开始喷射到到施工1小时之间，效果理想，从混凝土到现场3小时后，混凝土坍落度损失过大，现场加水等原因，喷射效果差，施工中机械修理频繁。1.4 第四次湿喷实验我部在全国范围选择了三家速凝剂进行了室内和现场试验，12月14日完成了室内实验，12月19日在陈家山斜井进行了现场对比实验，试验情况如下：1.4.1 拌和站：河砂温度4，石子温度5，拌合水38，减水剂20，出机温度17，坍落度170mm，共8方湿喷料。1.4.2 现场：坍落度120 mm，环境温度18，砼温度16。1.4.3 喷射情况：开始：6：35；结束：9：40。机械：7：10-7：45（35分钟因湿喷机械电器断路，电工检修，砼堵管）后近2小时内因机械电器问题检修5次。喷射时间：8方混凝土分别掺加四种速凝剂喷射用时3小时10分钟。修理机器耽误60分钟。有效喷射时间130分钟，单机在机械不出问题的情况下效率每小时3.68方；单机在出问题的情况下功效每小时2.52方。现场速凝剂使用情况：1.5 现场喷射分析喷射混凝土要求现场砼坍落度在80-130mm之间，风压稳定，喷射管出口距离作业面1-1.5m，横向扁椭圆形喷射，竖向s形状喷射，以垂直喷射效果最好，在无工字钢和钢筋网片的情况下，先喷掌子面的凸面，造成着物面积大，增强附着效果，回弹才能减小，过后进行凹坑填补；如有工字钢和钢筋网片，先喷工字钢和围岩面的夹角，形成较大附着面，后喷中间，由下向上。1.6 室内试验情况2 干喷施工情况调查11月6号在陈家山隧道斜井大里程方向和11月7号在陈家山隧道斜井小里程方向各进行了一次干喷作业循环测试，情况如下：2.1 人员配置大里程方向两机作业组人员配置：喷射手2人，其他配合人员8人，共计10人；小里程方向三机作业组人员配置：喷射手3人，其他配合人员10人，共计13人。2.2 动力分析2.2.1 空压机站：螺杆型空压机，生产量24m3/min，共有8台。在大里程方向干喷作业时，两台空压机。在小里程方向干喷作业时，四台空压机。2.2.2 压缩空气输送管路大里程方向。从空压机到喷射位置距离600m，输送管路直径为200mm。小里程方向。从空压机到喷射位置距离500m，输送管路直径为150mm。2.2.3 干喷机大里程方向两台干喷机。小里程方向三台干喷机。2.3 速凝剂分析2.3.1 大里程方向（素喷，表面无水）喷射方量18.5方，使用干粉速凝剂，总量为0.9吨左右，速凝剂掺量达到水泥重量的11%（设计配合比6%）。2.3.2 小里程方向（钢拱架挂网喷射，岩面有水）喷射方量31方，使用干粉速凝剂，总量为1.95吨左右，速凝剂掺量为水泥重量的13.2%。（设计6%）2.4 材料配合比（每方）：475：868：868：28.5（水泥：砂：石：速凝剂）。水泥：祁连山水泥。砂：石粉，细度模数3.4。石：510mm碎石。2.5 喷射情况2.5.1 总喷射量及时间大里程方向：18.5方（288分钟）。小里程方向：31方（341分钟）。2.5.2 有效喷射时间大里程方向：两台各用时139分钟、146分钟。小里程方向：三台各用时176分钟、209分钟、171分钟。2.5.3 平均生产率（含现场准备及维修时间）大里程方向：1.93m3/台.h，小里程方向：1.82m3/台.h。2.5.4 纯生产率大里程方向：3.89m3/台.h，小里程方向：3.35m3/台.h。2.5.5 回弹分析大里程方向。回弹率：（18.5-8.4-3）/18.5=38%。小里程方向。回弹率：（31-8.26-11.1）/31=37.5%。3 经济技术比较3.1 经济比较3.1.1 材料费用价格：（材料价格均为到工地价）。水泥：435元/吨 砂：80元/方（1.6吨/方）碎石：75元/方（1.53吨/方）液体速凝剂：4500元/吨干粉速凝剂：1350元/吨 减水剂：4500元/吨合成纤维：18000/吨混凝土配合比：460：931：761：46：198：8.28：0.9（水泥：砂：石：液体速凝剂：水：减水剂：合成纤维）干喷混凝土配合比：475：868：868：28.5（水泥的6%）（水泥：砂：石：干粉速凝剂）材料消耗费用比较通过以上比较，湿喷材料费用明显高于干喷费用，材料差价达257.53元，计算中未考虑材料正常损耗。3.1.2 人工费用人工费对照表3.1.3 机使费用湿喷机与干喷机费用比较。干湿喷浆机及需要空压机费用比较。a pz-5c干喷机相关参数机器生产能力5m3/h；工作风压0.2-0.4mpa耗风量7-8m3/min；电动机功率5.5kw电压等级380vb tk500湿喷机相关参数机器生产能力5m3/h；工作风压0.2-0.5mpa耗风量9m3/min；电动机功率7.5+0.55+0.3（kw）=8.85kw电压等级380vc螺杆型空压机参数：生产量：24m3/min，功率：132kw由于无论干喷机还是湿喷机，在使用台数一致的情况下湿喷机耗风量略高于干喷，现场所开空压机台数一致， 因此费用可以考虑为基本相同。其费用计算如下：25m3以内电动空压机台班费用为1225.06元（电费单价和人工费单价已按现场实际进行调整）。湿喷的空压机使用费为：1225.068*2/15.158=161.64元干喷的空压机使用费为：1225.068*2/16=153.13元每立方空压机使用费差价为8.5元。拌合及运输费用比较。湿喷对拌合与运输要求较高，运输必须采用混凝土罐车进行，对拌合的温度等均要求较高，必须采用大站生产，因而运输距离加大。而干喷采用现有喷浆站即可，运输方式相对简单，采用普通自卸汽车即可。根据现场测算，大型拌合站生产成本相对较高，每立方人工、机械成本达53.7元，小型喷浆站由于机械投入少，综合生产成本约40元左右，喷浆料生产成本增加每立方53.7-40=13.7元。运输成本情况：自卸汽车运输成本：第一个1km4.35元，增运1km1.1元，按照综合运距5km计算，即运输成本为4.35+4*1.1=8.75元。混凝土罐车运输成本为：第一个1km为17.7元，增运500m增加1元，按照5km综合运距计算，即运输成本为17.7+（4/0.5）*1=25.7元。根据以上计算分析，每立方喷浆料运输的差价为16.95元，生产与运输两项湿喷与干喷比较，湿喷高出30.65元。3.1.4 干、湿喷综合费用比较干喷料每立方的总体费用：人工费：20元材料费：334.8元机械费：干喷机：14.14元空压机：153.13元拌合：40元运输：8.75元每立方费用：570.82元湿喷料每立方的费用：人工费：18.5元材料费：592.23元机械费：湿喷机：22.41元空压机：161.64元拌合：53.7元运输：25.7元每立方湿喷料的综合费用：874.28元干喷料与湿喷料的综合成本比较：差价303.46元每立方湿喷混凝土与干喷混凝土（成品）费用对照干喷：考虑回弹率38%，其成本为570.82*1.38=787.73元湿喷：考虑回弹率18%，其成本为874.28*1.18=1031.65元通过以上对照可以看出，每方干喷成本较湿喷成本减少243.92元。3.2 时效和回弹率比较根据对现场干喷调查，结合现场湿喷试验，回弹率及单机生产效率如下表：备注：总喷射时间指整个喷射循环从进场到退场的时间，纯喷射时间指该循环所有喷射机实际喷射混凝土时间的总和。单台平均生产率=实际喷射方量/纯喷射时间。根据以上数据可以看出，在现场条件相同的情况下，湿喷的单台平均生产率略优于干喷，对施工环境污染小，从劳动保护、支护的可靠度等方面值得推广。但通过现场试验明显感觉到湿喷对供电要求高，电压偏低就无法启动；由于设备自重大吊运准备工作时间长；设备故障较多，现场修理费时等缺陷。4 推行湿喷可行性方案4.1 机械配置 砼搅拌机站、混凝土湿喷机、空压机、混凝土运输罐车、两机或者三机作业分料盘。4.2 人员配置湿喷机两机作业组人员配置。喷射手2人，放料工1人，开机人员2人，其他配合人员4人，共计9人。湿喷机三机作业组人员配置。喷射手3人，放料工1人，开机人员3人，其他配合人员5人，共计12人。4.3 冬季湿喷措施严格按照混凝土冬季施工措施进行拌制混凝土，出站及入模温度满足度要求。4.4 喷射混凝土施工4.4.1 施工工艺流程湿喷混凝土施工工艺见下图湿喷混凝土施工工艺流程图4.4.2 施工准备受喷面处理a拆除作业面障碍物、清除开挖面的浮石和墙脚的岩渣等。b用高压风水冲洗受喷面；对遇水易潮解、泥化的岩层，则用高压风清扫岩面。c埋设控制喷射混凝土厚度的标志。d受喷面有滴、淋水时，喷射前按下列方法做好治水工作：有明显出水点时，可埋设