一種隧道用噴霧養(yǎng)護裝置的研究應用

秦 磊 吳俊杰

（中交二公局鐵路工程有限公司，西安710065）

近年來隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入力度的增加，隧道施工技術(shù)的不斷進步，其在鐵路，公路中所占的比例越來越大，同時隧道各種施工缺陷病害也日益突顯。長久以來，我國隧道施工長期受管理模式影響，導致機械化程度不高且工裝落后，其中襯砌混凝土養(yǎng)護問題尤為凸顯，導致襯砌混凝土很難得到有效養(yǎng)護，使得隧道內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)疏松，表面產(chǎn)生收縮裂縫，嚴重降低混凝土強度，影響混凝土耐久性和使用功能。伴隨著施工要求提高，品質(zhì)工程、標準化作業(yè)進程不斷推進，混凝土有效養(yǎng)護問題急需解決。

1 工程概況

中交二公局鐵路工程有限公司荔榕高速第四經(jīng)理部擺加隧道位于貴州省榕江縣境內(nèi)，為80km/h雙向四車道分離式長隧道，屬于典型的山區(qū)高速公路隧道。隧道左幅長2160m，最大埋深約213.5m；右幅長2187m，最大埋深約218.4m。隧道洞身結(jié)構(gòu)基于新奧法原理進行設(shè)計，采用復合式襯砌，襯砌設(shè)計支護參數(shù)通過觀察類比和計算分析法進行確定。

2 國內(nèi)隧道襯砌混凝土養(yǎng)護現(xiàn)狀

長久以來，傳統(tǒng)隧道襯砌混凝土養(yǎng)護多采用高壓水槍進行噴射養(yǎng)護，該方法不僅會使剛拆模的混凝土表面受到損傷，而且大量水流到仰拱地面，嚴重浪費水資源，造成仰拱地面泥濘不堪，嚴重違背標準化文明施工宗旨。另外，該方法過分依賴工人，很難達到混凝土表面保持濕潤并養(yǎng)護7天的規(guī)范標準要求，從而導致隧道在交驗時混凝土表面收縮裂縫情況嚴重。

3 研究思路

考慮到隧道內(nèi)有通風管、襯砌臺車等設(shè)備，新型裝置作業(yè)既不能影響其他工序，又要正常通過障礙物，以完美狀態(tài)達到養(yǎng)護和除塵目的。因此，依托中交二公局荔榕高速第四經(jīng)理部擺加隧道襯砌施工為載體，針對隧道二襯施工中普遍存在的養(yǎng)護不及時問題進行專項研究，并且以工裝創(chuàng)新改進為突破點進行構(gòu)思設(shè)計，研發(fā)新型隧道用噴霧養(yǎng)護裝置，此創(chuàng)新裝置以普通二襯防水板掛設(shè)臺車為原型改裝而成，在研究中主要從以下四個方面進行考慮。

3.1 行走方面

借鑒二襯臺車軌行法，養(yǎng)護臺車和二襯臺車使用同一條軌道，達到一軌兩用效果，既節(jié)省軌道，又使現(xiàn)場標準整潔，避免現(xiàn)場各種軌道鋪設(shè)過于凌亂。在行走系統(tǒng)方面，有智能行走和手動行走兩種操作方法。智能行走是通過軟件設(shè)定，使噴霧臺車在規(guī)定時間節(jié)點，按照規(guī)定軌道開始往返行走，根據(jù)軟件中提前設(shè)定的養(yǎng)護時長，達到養(yǎng)護時間后自動停止作業(yè)；手動行走即人工通過控制遙控按鈕，根據(jù)現(xiàn)場需要進行養(yǎng)護作業(yè)操作。

3.2 噴淋方面

首先解決水源問題，臺車設(shè)計自帶儲水箱；其次是噴頭設(shè)置，根據(jù)隧道斷面輪廓，結(jié)合噴頭噴水范圍、噴頭與二襯混凝土的安全距離等因素，確定合理噴頭位置和數(shù)量；防止高壓水對混凝土表面造成損傷，達到均勻養(yǎng)護，設(shè)計使用霧化噴頭，另外霧化噴淋還可以達到隧道除塵效果。

在噴淋操作方面，同樣有智能噴淋和手動噴淋兩種操作方法。智能噴淋是直接在軟件中設(shè)定作業(yè)時間點和作業(yè)時長，到達設(shè)定時間點后，臺車會自動進行噴淋作業(yè)，時間到達后自動停止作業(yè)；手動噴淋人工通過遙控按鈕，根據(jù)現(xiàn)場需要進行噴淋操作。

3.3 二襯混凝土檢查方面

臺車上設(shè)置有三級作業(yè)平臺，工人可以通過操作平臺及時對施作二襯混凝土進行敲擊檢測，發(fā)現(xiàn)病害及時治理，從而提高二襯混凝土施工質(zhì)量，確保交工驗收通過率。

3.4 安全作業(yè)方面

臺車設(shè)置有警報裝置，當作業(yè)時，警報會進行語音播報，提醒周圍作業(yè)工人注意安全。同時臺車兩端配備感應裝置，在遇到障礙物時臺車可自行制動停止，防止發(fā)生安全事故。

4 新型裝置具體實施方式

下面筆者結(jié)合設(shè)計模型和現(xiàn)場實圖對本創(chuàng)新裝置內(nèi)容進行詳細說明，本創(chuàng)新裝置設(shè)計模型示意圖和現(xiàn)場實圖照片如圖1、圖2所示。

圖1 裝置設(shè)計模型示意圖

圖2 臺車現(xiàn)場實圖

隧道所用噴淋養(yǎng)護臺車，包括門形承重架，設(shè)于門形承重架底部的行走裝置以及噴淋組件構(gòu)成；噴淋組件包括架設(shè)于門形承重架上的拱形噴水管以及設(shè)于拱形噴水管下方的集水槽組成；拱形噴水管下端依次與加壓水泵及儲水箱相連。

門形承重架中空部可供人員及車輛通行，避免隧道二襯保養(yǎng)時影響其他工序作業(yè)；拱形噴水管通過支架，固定于門形承重架上方，拱形噴水管外側(cè)均勻布設(shè)若120°角扇形霧化噴頭；拱形噴水管由半拱形噴水管、加壓水泵及儲水箱構(gòu)成，設(shè)于門形承重架一側(cè)，半拱形噴水管下端進水口與加壓水泵出水口相連，加壓水泵進水口與對應側(cè)儲水箱出水口相連。

噴淋所用水源采用臺車自身上儲水箱進行供應，先在洞外將儲水箱加滿，然后在洞內(nèi)利用儲水箱內(nèi)的水進行噴淋。儲水箱大小為1.0m3，儲水箱與半拱形噴水管之間設(shè)置加壓水泵，通過控制水壓來實現(xiàn)噴淋水霧效果。

行走裝置采用與二襯臺車相同的軌型和軌距，軌道配置長度36m，每鋪設(shè)一次軌道，可以使二襯臺車、噴霧養(yǎng)護臺車同時在軌道上行走，增加軌道利用率，減少工人挪動軌道頻率；行走系統(tǒng)設(shè)有手動和自動系統(tǒng)，并設(shè)有緊急制動按鈕，通過手動按鈕，操作人員可以手動控制臺車前進、后退及停止，自動開關(guān)可以使臺車按照系統(tǒng)指定時間、路程進行往復行走作業(yè)。噴淋過程中水難免會對電源產(chǎn)生影響，所以在電源安裝上還要安裝防腐防漏電裝置，配電箱采用絕緣封閉集成配電箱。

5 現(xiàn)場使用情況總結(jié)

本創(chuàng)新裝置實施效果良好，不僅使二襯混凝土得到有效養(yǎng)護，還能起到隧道除塵、凈化作業(yè)環(huán)境等效果，對二襯出現(xiàn)的病害及時發(fā)現(xiàn)并處理。此創(chuàng)新方法經(jīng)過微調(diào)改裝，可延伸至鐵路隧道應用。

以擺加隧道出口右洞為例，二襯施工總工期12個月，不同養(yǎng)護方案內(nèi)容如下所示：

（1）常規(guī)高壓水槍養(yǎng)護方案：水車1部，租費8000元/月；3名輔助工人作業(yè)，工費4500元/月·人；工業(yè)用高壓水槍13500元/臺。總費用為271500元。

（2）創(chuàng)新臺車養(yǎng)護方案：臺車1部，租費80000元，工費4500元/月·人。總費用為134000元。

對比上述兩種方案，創(chuàng)新臺車養(yǎng)護比常規(guī)養(yǎng)護節(jié)約費用137500元。

6 結(jié)語

隨著品質(zhì)工程、標準化施工進程的不斷推進，二襯混凝土有效養(yǎng)護必將被重視，本文研究的創(chuàng)新裝置，能夠有效解決隧道襯砌質(zhì)量問題，提升隧道交驗通過率。