隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車的應(yīng)用

王國(guó)舉

(四川省鐵路建設(shè)有限公司， 四川成都 610041)

目前我國(guó)大部分隧道施工襯砌混凝土仍采用人工養(yǎng)護(hù)，存在養(yǎng)護(hù)效率低、效果差等現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土脫水使得混凝土表面出現(xiàn)病害，影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性和使用功能。隧道襯砌混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)施工環(huán)節(jié)非常重要，因此隧道施工中引入自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車來滿足襯砌混凝土的養(yǎng)護(hù)需求，在我國(guó)隧道建設(shè)中非常實(shí)用。

章遠(yuǎn)方[1]研發(fā)了一種可對(duì)噴淋溫度和濕度動(dòng)態(tài)調(diào)整的智能化養(yǎng)護(hù)臺(tái)車，該臺(tái)車大大改善襯砌的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。紀(jì)博林[2]研發(fā)了一種隧道襯砌智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車，可通過智能面板實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)曲線生成及報(bào)告，具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輸出以及遠(yuǎn)程控制等功能。李晶[3]研究了一種新型臺(tái)車，其既可用于隧道混凝土的養(yǎng)護(hù)，臺(tái)車搭建的平臺(tái)又可用于隧道檢測(cè)、注漿，實(shí)現(xiàn)臺(tái)車的多功能化?；艚▌椎萚4]對(duì)一種智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車的養(yǎng)護(hù)效果進(jìn)行了研究，從襯砌的內(nèi)外溫差、碳化深度以及早期強(qiáng)度3個(gè)方面與傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車對(duì)提高襯砌質(zhì)量有重要作用。周平等[5]研究了一種隧道二襯混凝土自動(dòng)養(yǎng)護(hù)臺(tái)車，可通過設(shè)置養(yǎng)護(hù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)，同時(shí)不占用隧道內(nèi)工作時(shí)間，為其他工程機(jī)械創(chuàng)造了有利條件。

本文以魯昆山隧道和勝利隧道為研究背景，施工中引進(jìn)了一種新型的隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車，用于對(duì)隧道襯砌澆筑面養(yǎng)護(hù)。該臺(tái)車能用于各種隧道斷面，操作方便簡(jiǎn)單，可重復(fù)進(jìn)行使用，將大范圍應(yīng)用于各類隧道襯砌養(yǎng)護(hù)施工中。

1 隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車的構(gòu)成

隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車結(jié)構(gòu)組成包括主車架、側(cè)面噴淋裝置、頂部噴淋裝置和中繼器投放裝置(圖1)。

1.主車架；2.側(cè)面噴淋裝置；3.頂部噴淋裝置；4.中繼器投放裝置。圖1 隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車

1.1 主車架

主車架分為3個(gè)部分，包括前端車架、后端車架、頂部車架。其中水箱安裝在頂部車架上端，行走機(jī)構(gòu)與車架地端相連，利用行走機(jī)構(gòu)上的滾輪在軌道上行走。其中行走機(jī)構(gòu)包括軌道輪、電機(jī)和2條軌道，2塊豎板底部的兩端處分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝軌道輪，2塊豎板側(cè)面底部的兩端處均安裝電機(jī)，電機(jī)主要為軌道輪提供動(dòng)力。鋪設(shè)軌道長(zhǎng)度一般為36 m，可根據(jù)隧道環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，軌道也滿足二襯臺(tái)車和養(yǎng)護(hù)臺(tái)車同時(shí)行走，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，增加軌道使用率。

1.2 側(cè)面噴淋裝置

側(cè)面噴淋裝置利用側(cè)管與水箱連接，其中側(cè)面支管中有多個(gè)噴淋軟管，大大增加了噴淋的范圍，并利用閥門裝置控制噴淋的開啟和水量的大小。

1.3 頂部噴淋裝置

頂部噴淋裝置位于主車架頂部位置，可以負(fù)責(zé)隧道拱頂上方的的襯砌養(yǎng)護(hù)，噴淋的水管主要為聚合材料管材，其內(nèi)壁十分光滑而且不易漏水，可根據(jù)隧道斷面形狀進(jìn)行仿形布置。主要噴淋噴頭為可調(diào)節(jié)式，對(duì)噴淋范圍及距離可適量調(diào)節(jié)。

1.4 中繼器投放裝置

中繼器投放裝置設(shè)于行走機(jī)構(gòu)一側(cè)，中繼器傳送裝置包括框體、開門直線機(jī)構(gòu)，框體內(nèi)壁一端設(shè)有彈簧，彈簧陣列的一端有多個(gè)無線中繼器，開門直線機(jī)構(gòu)輸出軸一端有擋板。

1.5 創(chuàng)新結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有臺(tái)車采用2臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接工頻啟動(dòng)，很難做到電機(jī)啟動(dòng)同步，走行的控制精度不高；在坡度比較大的隧道，臺(tái)車爬坡能力差，具有很大的施工局限性。該項(xiàng)目采用的新型自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車，每個(gè)油缸的位移行程由安裝在每個(gè)頂升油缸上的位移傳感器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，PLC采集到位移傳感器的模擬信號(hào)后，通過程序轉(zhuǎn)換成工程值，對(duì)前2個(gè)油缸的工程值進(jìn)行比較，當(dāng)偏差值大于10 mm時(shí)候，位移大的油缸停止運(yùn)行，位移小的繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)偏差值小于等于2 mm時(shí)，2個(gè)油缸同步運(yùn)行。保證了在坡道上養(yǎng)護(hù)時(shí)臺(tái)車能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，防止溜車和跑車，提高了安全系數(shù)和施工效率。

在臺(tái)車控制面板上設(shè)置噴淋開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)化噴淋養(yǎng)護(hù)。臺(tái)車?yán)弥鬈嚰苌系拿荛]機(jī)構(gòu)將襯砌密封起來，噴出水蒸氣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，同時(shí)通過密閉機(jī)構(gòu)中的溫濕傳感器獲取溫濕度數(shù)據(jù)，人工或自動(dòng)控制噴淋裝置調(diào)整水蒸氣的噴入量，從而調(diào)節(jié)溫度和濕度。

該新型隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車在傳統(tǒng)臺(tái)車控制方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)臺(tái)車噴淋臺(tái)車的自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用PLC作為核心控制單元，設(shè)定臺(tái)車的噴淋時(shí)間、行走距離以及噴淋水量。PLC控制器設(shè)置有水泵啟動(dòng)開關(guān)，開關(guān)開啟，水泵工作，當(dāng)儲(chǔ)水箱水量不夠時(shí)，補(bǔ)水感應(yīng)器工作，水泵停止工作，警示燈開啟提醒缺水?？赏ㄟ^手動(dòng)或自動(dòng)的方式進(jìn)行控制，手動(dòng)控制通過提前對(duì)控制面板參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)臺(tái)車特定隧道段個(gè)性化噴淋；自動(dòng)化控制采用拓展信息化模塊，遠(yuǎn)程查看隧道臺(tái)車的噴淋參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2 臺(tái)車現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)效果

2.1 襯砌強(qiáng)度測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)隧道多個(gè)測(cè)點(diǎn)二襯混凝土養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度用回彈儀測(cè)量，按壓回彈儀時(shí)保證與測(cè)量表面垂直，同一個(gè)測(cè)點(diǎn)一般測(cè)量16個(gè)回彈值，剔除最大和最小數(shù)據(jù)各3個(gè)，剩下測(cè)量值取平均值?；貜椫禍y(cè)量完畢后，在相同位置鉆取直徑為15 mm孔洞，進(jìn)行碳化深度測(cè)試，根據(jù)酚酞酒精溶液顏色的變化確定混凝土的碳化深度，現(xiàn)場(chǎng)在同一測(cè)點(diǎn)附近進(jìn)行5次測(cè)量，并計(jì)算碳化深度的平均值。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)人工養(yǎng)護(hù)效果與自動(dòng)噴淋臺(tái)車養(yǎng)護(hù)效果測(cè)試結(jié)果對(duì)比如表1、表2所示。

表1 表面強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)效果對(duì)比

在人工養(yǎng)護(hù)條件下，襯砌強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，28天仍未達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度，后期穩(wěn)定在25 MPa左右；采用隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車的二襯混凝土21天強(qiáng)度比人工養(yǎng)護(hù)提高6.7%，前期襯砌強(qiáng)度增長(zhǎng)速度快，達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后基本保持不變。

在28天養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行隧道襯砌回彈值測(cè)量，結(jié)果表明：在人工養(yǎng)護(hù)條件下襯砌強(qiáng)度非常不均勻，預(yù)期強(qiáng)度上下最大浮動(dòng)達(dá)到了9.6%；臺(tái)車養(yǎng)護(hù)條件下襯砌強(qiáng)度基本保持在25～26 MPa，最大浮動(dòng)不超過4.4%。

表2 襯砌強(qiáng)度回彈值測(cè)量 MPa

隧道襯砌經(jīng)過自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車養(yǎng)護(hù)后，襯砌混凝土強(qiáng)度發(fā)展快，表面強(qiáng)度均勻、基本無缺陷，碳化深度明顯降低。結(jié)果表明，采用隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車進(jìn)行襯砌的養(yǎng)護(hù)能明顯提高襯砌質(zhì)量和壽命。

2.2 襯砌裂縫測(cè)量

隧道襯砌匯總縱向裂縫的產(chǎn)生對(duì)結(jié)構(gòu)安全性威脅最大，同時(shí)縱向裂縫占所有裂縫長(zhǎng)度的比例最大。裂縫的發(fā)展部位分為拱頂、拱腰、拱腳和邊墻?？v向裂縫通常發(fā)生在拱腰部位，占縱向裂縫總數(shù)的一半以上。如圖2所示，在人工養(yǎng)護(hù)的條件下，縱向裂縫主要發(fā)生在隧道拱腰位置，裂縫長(zhǎng)度在2～5 cm，襯砌表面成片麻、蜂窩狀，襯砌病害率高，對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大安全威脅。

圖2 隧道襯砌裂縫測(cè)量

如圖3所示，在隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車的養(yǎng)護(hù)作用下，混凝土外觀質(zhì)量得到明顯改善，特別是表面干縮裂紋、片麻蜂窩狀缺陷得到有效控制，無明顯可見裂縫。

圖3 臺(tái)車養(yǎng)護(hù)襯砌表面

3 結(jié)束語

在魯昆山隧道和勝利隧道中采用了一種新型隧道自動(dòng)養(yǎng)護(hù)噴淋臺(tái)車，其自動(dòng)化程度高，可進(jìn)行隧道襯砌全自動(dòng)智能化噴淋養(yǎng)護(hù)作業(yè)。通過隧道養(yǎng)護(hù)效果測(cè)試，該臺(tái)車的自動(dòng)化噴淋養(yǎng)護(hù)可顯著提高隧道襯砌強(qiáng)度，改善隧道襯砌混凝土的表觀質(zhì)量。該臺(tái)車能使用各種隧道斷面，操作方便簡(jiǎn)單，可重復(fù)使用，可應(yīng)用于各類隧道襯砌養(yǎng)護(hù)施工中。