國內(nèi)外噴射混凝土技術現(xiàn)狀
噴射混凝土技術在世界上已有近百年的歷史。它始于奧地利，瑞士、德國、法國、瑞典、美國、英國、加拿大及日本等國也相繼采用了噴射混凝土技術，我國是從20世紀60年代末在鐵路隧道施工中推廣新奧法施工時開始采用的。
噴射混凝土技術是新奧法施工的3大支柱之一，它以簡便的工藝、及時的支護及較低的成本而在地下工程中得到廣泛應用，目前，主要有干噴和濕噴兩種噴射方式。近10年來，濕噴技術的發(fā)展日趨完善，已成為世界各國噴射技術的發(fā)展主流，與干噴相比，濕噴的明顯優(yōu)勢是生產(chǎn)率高、粉塵濃度小。特別是包括混凝土泵、活塞式速凝劑計量泵和噴射臂在內(nèi)的稠流濕噴法技術的出現(xiàn)，使?jié)駠姺ǖ膽妙I域大大拓寬。
目前，意大利、挪威、瑞典、日本及加拿大等很多國家的濕噴應用已占主導地位，我國的濕噴混凝土施工也越來越被人們重視。
另外，近年來國內(nèi)外新型外加劑、外摻料及鋼纖維噴射混凝土的研究和應用也得到迅速的發(fā)展，例如，我國冶金部建筑總院研制出了8604型速凝劑，美國和瑞士Aliva公司研制出了新型的非堿性速凝劑，德國研制成功了SiliponSPR6型增粘劑。
目前國內(nèi)外噴射混凝土施工機械及其配套情況
噴射混凝土機械化施工主要有施工機械和配套作業(yè)線2個內(nèi)容，施工機械主要有攪拌設備、運輸設備、上料設備、噴射機及噴射機械手等。從國內(nèi)外的發(fā)展趨勢來看，除了對各類機械的單機研制外，更注重對機械的配套研制和使用，其目的在于實現(xiàn)機械化配套，加快支護速度，提高經(jīng)濟效益。
1．噴射混凝土主要施工機械
(1)混凝土攪拌設備。混凝土攪拌設備主要有混凝土攪拌站和混凝土攪拌樓。目前國內(nèi)常見的攪拌站(樓)見表1。
表1 我國噴射混凝土機械化施工中常見的攪拌站（樓）
攪拌樓是大型的設備，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運而生，它具有安裝簡單、攪拌迅速、計量準確、性能可靠、適應強及價格適中等特點，已被廣泛應用于鐵路和各種混凝土施工現(xiàn)場?；炷两M合式攪拌站一般在生產(chǎn)廠配套生產(chǎn)，例如雙臥軸強制式攪拌機有500、750及1000等規(guī)格，而相應配套的電子計量配料機構(gòu)有800、1200及1600等規(guī)格，施工單位可根據(jù)每小時需用混凝土施工用量來確定組合攪拌站設備的大小和設備的多少。
(2)混凝土輸送設備。混凝土輸送設備主要有混凝土泵和混凝土攪拌運輸車。在國內(nèi)，混凝土泵一般用于襯砌作業(yè)；在國外，常用泵送混凝土噴射機進行濕噴作業(yè)；混凝土攪拌運輸車則既可用于混凝土噴射作業(yè)，也可用于襯砌作業(yè)。
混凝土攪拌運輸車有輪胎式和軌道式兩種，輪胎式的運輸車用得較多，常用的有遼寧海諾建設機械集團有限公司生產(chǎn)的HNJ5240型和HCJ5260型、華東建筑機械廠生產(chǎn)的MR45-1S型(7m3)和MRl0型(10m3)、徐州利勃海爾混凝土機械有限公司生產(chǎn)的系列混凝土攪拌運輸車等。軌道式混凝土攪拌運輸車以JCGY-6型為代表，一般為罐式，有多家廠家在生產(chǎn)。
(3)混凝土上料設備。噴射混凝土是隧道及地下洞室施工初期支護的主要手段之一，但卻是地下工程中作業(yè)條件最惡劣的施工工序。若為干噴，噴射機旁的粉塵濃度很大，操持噴嘴的工人處在粉塵的包圍之中，勞動環(huán)境極為惡劣，嚴重危害工人的身體健康。噴射射機人工上料是一項繁重的體力勞動，特別是在噴射時，輸料管內(nèi)充滿了待噴料，噴射時的反彈力較大，這樣，施噴人員很難按照噴射混凝土規(guī)程進行噴射，也難以保證高質(zhì)量的噴層。
在國外，瑞士阿利瓦公司生產(chǎn)的31O型移動式膠帶機安裝在輪胎上給噴射機上料，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噴混凝土機械手的噴射機上料也采用膠帶運輸機；法國諾梅特(Normet)公司生產(chǎn)的機械手，它所用的噴射機也是用輸送機來上料；美國艾姆科公司的干式或濕式噴射機則用陡角度的Cambelt閉式輸送機來上料。
國內(nèi)的上料機械主要是膠帶輸送機，大瑤山隧道采用SP45型膠帶機給PH30型噴射機上料(膠帶機接料端靠近地面，人工上料)；南昆線米花嶺隧道進出口采用廣東韶關煤機廠生產(chǎn)的P5(長4．5m)膠帶機給阿利瓦公司的285型噴射機上料；鄭州康達支護技術公司生產(chǎn)的HPJ—II型噴混凝土機組，上料機構(gòu)配用螺旋輸送機。目前我國大多數(shù)噴射機上料作業(yè)仍以人工為主，為減輕工人勞動強度、改善勞動作業(yè)環(huán)境，采用機械給噴射機上料是非常必要的。
(4)混凝土噴射機?；炷羾娚錂C是將混凝土輸送給噴嘴的機械，根據(jù)噴射工藝不同大致可分為干式(潮式)噴射機和濕式噴射機兩大類型，從目前國內(nèi)外情況來看，前者使用得較為廣泛，但后者是發(fā)展趨勢?，F(xiàn)簡要介紹目前國內(nèi)外混凝土噴射機的情況。
對于干噴機，國外的代表機型有瑞士阿里瓦(Aliva)公司的轉(zhuǎn)子式和美國里得(Reed)公司的轉(zhuǎn)盤式兩種，我國有江西煤礦機械廠生產(chǎn)的ZP-V型噴射機和河南鄭州康達支護技術有限公司研制生產(chǎn)的PZ-5B型噴射機。
對于濕噴機，國外主要有擠壓泵(PC08-60M)型濕噴機、英國Compernass-208(科姆佩納斯)型濕噴機和
Aliva-285型干濕兩用混凝土噴射機及德國古馬恩型濕噴機和BSM-903型濕噴機等。其中，擠壓泵(PC08-60M型)濕噴機是國外應用較廣的一種濕噴機，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Challenge型濕噴機均屬此類濕噴機。我國的濕噴機則以中鐵西南科學研究院研制生產(chǎn)的TK-961型混凝土濕噴機為代表。
另外，還有一種新型的泵送、濕噴兩用機，如由濟南山川機器人工程公司研制生產(chǎn)的PBT20型兩用機，它既可以作濕噴機，又可以作混凝土泵，現(xiàn)已在生產(chǎn)中得到實際的應用。
(5)噴射混凝土機械手。噴射混凝土時，如果由工人操持噴嘴進行噴射，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，工人的勞動強度更大，特別是采用濕噴時，由于噴嘴重量及軟管內(nèi)充滿混凝土而加重，考慮到工人的勞動安全性，而不得不用機械手來代替人工噴射。隨著我國濕噴混凝土技術的不斷提高及廣泛應用，機械手的研究應用將具有廣闊的前景。
用機械手來噴混凝土始于瑞典1961年修建賀爾杰斯水電站的尾水隧洞工程。經(jīng)過40年的發(fā)展，現(xiàn)今的機械手可以實現(xiàn)自動化噴射。國外生產(chǎn)噴混凝土機械手的廠家以西歐為主，如瑞典斯塔比萊托(Stabilator)公司的Robet-75型機械手、瑞士邁納迪爾(Meynadier)公司的Meyco Robojet機械手、瑞士阿利瓦(Aliva)公司的Aliva-Matico 305型機械手、法國諾麥特(Normet)公司生產(chǎn)的能安裝在PK4000型卡車上的機械手、德國普茨邁斯特—韋克(Putzmeister Werk Maschinenfabric GmbH)公司生產(chǎn)的大象牌機械手及日本生產(chǎn)的機械手等等。至于大斷面，國外已有2～3臂的噴射混凝土機械手在使用中，所有這些機械手均可以實現(xiàn)遙控。
我國噴射混凝土機械手的研制始于20世紀60年代中后期，到80年代末，也只有幾種不同結(jié)構(gòu)的機械手研制成功，但未批量生產(chǎn)。為此，在20世紀80年代修建衡廣復線及大秦線時，先后引進了瑞典斯塔比菜托公司生產(chǎn)的Robot-75型機械手27臺，90年代修建南昆線時則引進瑞士的Aliva-305型機械手，修建魯布革水電站引水隧洞時噴射混凝土已用Aliva-305型機械手。國產(chǎn)機械手用于鐵路隧道施工最早的是韓家河隧道，南昆線二排坡隧道則用南京軍區(qū)生產(chǎn)的SPJS-10機械手。所有這些機械手在施工中都取得了不錯的實績，但進口的機械手價格較高，一般的施工單位都不愿購置。
2.噴射混凝土施工機械化配套
目前國內(nèi)外噴射混凝土施工機械化配套的一種方式是將各有關的單件機具組合配套，其優(yōu)點是各獨立的機具所占空間小，移動方便，并可視現(xiàn)場條件進行靈活組配，較適合應用于中小斷面地下工程施工；其缺點是由于各設備獨立分散，造成動力分散，控制欠集中，單機效率得不到充分發(fā)揮。另一種方式是聯(lián)合機組形式，它將幾道工序的機械組合在一二輛車上，其優(yōu)點是機組結(jié)構(gòu)緊湊，動力和控制集中，生產(chǎn)能力大，效率和綜合機械化程度高，經(jīng)濟效益發(fā)揮得好。聯(lián)合機組形式是一個發(fā)展方向，其不足之處是組合的結(jié)果往往使機體形體偏大，在中小斷面的地下工程施工中受到一定的限制。
(1)單件機具組合配套。這種方式的機械化配套在我國許多單位進行了試驗和應用，國內(nèi)冶金部湖南水口山鉛鋅礦噴射混凝土機械化作業(yè)線就是一例。
國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)合機組。在大型地下工程噴射混凝土作業(yè)中，國外將混凝土的攪拌、運送和噴射作業(yè)綜合配套并聯(lián)動起來組成噴射混凝土機組。
?、偃鸬銻obot Trixer D2800 型“三聯(lián)機”。該“三聯(lián)機”是一種噴射混凝土作業(yè)配套聯(lián)動設備。料倉（具有攪拌、上料能力）、噴射機置于一輛汽車上，Robot—75型機械手置于另一輛汽車上。②美國Eimco型“三聯(lián)機”。美國Eimco公司生產(chǎn)的機械手是濕式混凝土噴射機和罐式運料車（具有攪拌、上料能力)組成的綜合噴射設備。在噴射作業(yè)中，由兩輛底部帶有螺旋的運料車輪流供料。其缺點是噴射軌跡是放射狀的。
適合我國國情的噴射混凝土施工機械化配套
1．我國目前噴射混凝土施工中存在的問題
(1)噴射混凝土施工及機械管理水平普遍不高。
(2)濕噴機的購置費用和液體速凝劑價格偏高，濕噴工藝和濕噴機具難以推廣，使噴射混凝土質(zhì)量和施工安全得不到保證。
(3)濕噴機具品種單一，配套性不強，難以形成支護機械化作業(yè)線。
(4)大多數(shù)噴射混凝土施工仍以干噴為主，人們采用半機械化作業(yè)方式，即采用人工給噴射機上料和人工抱噴頭進行噴射混凝土作業(yè)，這種方式噴射回彈率高、粉塵大，而且影響施工質(zhì)量、施工進度及工人身體健康。
(5)鑒于機械手或機器人價格昂貴，目前國內(nèi)不可能普遍配備，噴射混凝土自動化程度不高。
2．噴射混凝土機械化配套原則
(1)根據(jù)設計工程量和工期進度要求，確定選用的主要噴射混凝土機械的作業(yè)能力和工作范圍。
(2)鑒于濕噴能改善作業(yè)環(huán)境及其在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，為保證混凝土噴層質(zhì)量，應優(yōu)先采用濕噴工藝和濕噴機具。
(3)為保證噴射時能按噴射混凝土的有關規(guī)定進行噴射及降低操持噴嘴人員的勞動強度，應使用噴射機械手。
(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繁重的體力勞動，給濕噴機配備螺旋輸送機是必要的，上料時，螺旋可以繼續(xù)對混凝土進行攪拌。
(5)上料機械的卸料高度應大于噴射機的接料高度，上料機械的生產(chǎn)率應大于噴射機的生產(chǎn)率，并要求在不自帶動力的情況下，可以軌行或輪胎行走。
(6)在需要使拌和料作較長距離輸送條件下，可將攪拌和上料結(jié)合起來，用一臺攪拌上料機完成。
(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)合機組。
(8)噴射混凝土自動化技術更理想的發(fā)展方向是機器人的使用，應向噴射混凝土機器人的方向發(fā)展。
3．噴射混凝土機械化配套推薦方案
根據(jù)我國噴射混凝土施工中存在的問題及噴射混凝土機械化配套原則，我們提出了適合我國國情的噴射混凝土機械配套方案。
(1)單線鐵路隧道施工噴射混凝土配套方案。因單線鐵路隧道斷面較小，宜采用單項設備配套使用方式，根據(jù)使用條件采用全配套，即有機械手、噴射機、攪拌機及膠帶上料機等組合在一起配套使用，形成一條連續(xù)的作業(yè)線。如無條件采用全配套，可采用部分配套分散使用方式，如采用緊跟工作面機械手遠距離操作噴槍，潮濕噴射機噴射，配料和攪拌可采用不同螺距的同軸螺旋攪拌機在遠離噴射機的適當?shù)攸c由人工裝料進行。
若隧道的斷面較大，也可采用混凝土噴射聯(lián)合機組配套方式，根據(jù)條件可選用潮噴聯(lián)合機組，也可選用濕式混凝土噴射機械化配套機組(噴射機械手+濕噴機+專用密閉料車)。
(2)雙線鐵路隧道施工噴射混凝土配套方案。宜采用潮噴聯(lián)合機組或濕式混凝土噴射聯(lián)合機組，其中機械手可以采用大折臂的全液壓控制、遠距離操作。
基于國內(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，減輕工人勞動強度，改善勞動條件，防止粉塵對人體的危害等。在具體的配套中，應與隧道掘進機械化、隧道施工設計等統(tǒng)一考慮，以制定一個符合實際情況的、完善的及能創(chuàng)造最佳經(jīng)濟效益的噴射混凝土機械化配套方案。
