王國舉
(四川省鐵路建設(shè)有限公司, 四川成都 610041)
目前我國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養(yǎng)護(hù)噴淋臺車來滿足襯砌混凝土的養(yǎng)護(hù)需求,在我國隧道建設(shè)中非常實用。
章遠(yuǎn)方[1]研發(fā)了一種可對噴淋溫度和濕度動態(tài)調(diào)整的智能化養(yǎng)護(hù)臺車,該臺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)臺車,可通過智能面板實現(xiàn)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)曲線生成及報告,具備數(shù)據(jù)存儲、輸出以及遠(yuǎn)程控制等功能。李晶[3]研究了一種新型臺車,其既可用于隧道混凝土的養(yǎng)護(hù),臺車搭建的平臺又可用于隧道檢測、注漿,實現(xiàn)臺車的多功能化?;艚▌椎萚4]對一種智能養(yǎng)護(hù)臺車的養(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個方面與傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行對比,結(jié)果表明智能養(yǎng)護(hù)臺車對提高襯砌質(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養(yǎng)護(hù)臺車,可通過設(shè)置養(yǎng)護(hù)時間實現(xiàn)自動噴淋養(yǎng)護(hù),同時不占用隧道內(nèi)工作時間,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養(yǎng)護(hù)噴淋臺車,用于對隧道襯砌澆筑面養(yǎng)護(hù)。該臺車能用于各種隧道斷面,操作方便簡單,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。
隧道自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車結(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 隧道自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車
主車架分為3個部分,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力。鋪設(shè)軌道長度一般為36 m,可根據(jù)隧道環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,軌道也滿足二襯臺車和養(yǎng)護(hù)臺車同時行走,減少工人勞動強(qiáng)度,增加軌道使用率。
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。
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,對噴淋范圍及距離可適量調(diào)節(jié)。
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無線中繼器,開門直線機(jī)構(gòu)輸出軸一端有擋板。
現(xiàn)有臺車采用2臺驅(qū)動電機(jī)直接工頻啟動,很難做到電機(jī)啟動同步,走行的控制精度不高;在坡度比較大的隧道,臺車爬坡能力差,具有很大的施工局限性。該項目采用的新型自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車,每個油缸的位移行程由安裝在每個頂升油缸上的位移傳感器轉(zhuǎn)換成模擬信號,PLC采集到位移傳感器的模擬信號后,通過程序轉(zhuǎn)換成工程值,對前2個油缸的工程值進(jìn)行比較,當(dāng)偏差值大于10 mm時候,位移大的油缸停止運行,位移小的繼續(xù)運行,當(dāng)偏差值小于等于2 mm時,2個油缸同步運行。保證了在坡道上養(yǎng)護(hù)時臺車能夠穩(wěn)定地運行,防止溜車和跑車,提高了安全系數(shù)和施工效率。
在臺車控制面板上設(shè)置噴淋開始時間和結(jié)束時間進(jìn)行自動化噴淋養(yǎng)護(hù)。臺車?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。
該新型隧道自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車在傳統(tǒng)臺車控制方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),隧道自動養(yǎng)護(hù)臺車噴淋臺車的自動化控制系統(tǒng)采用PLC作為核心控制單元,設(shè)定臺車的噴淋時間、行走距離以及噴淋水量。PLC控制器設(shè)置有水泵啟動開關(guān),開關(guān)開啟,水泵工作,當(dāng)儲水箱水量不夠時,補(bǔ)水感應(yīng)器工作,水泵停止工作,警示燈開啟提醒缺水。可通過手動或自動的方式進(jìn)行控制,手動控制通過提前對控制面板參數(shù)設(shè)置,實現(xiàn)臺車特定隧道段個性化噴淋;自動化控制采用拓展信息化模塊,遠(yuǎn)程查看隧道臺車的噴淋參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
現(xiàn)場對隧道多個測點二襯混凝土養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度用回彈儀測量,按壓回彈儀時保證與測量表面垂直,同一個測點一般測量16個回彈值,剔除最大和最小數(shù)據(jù)各3個,剩下測量值取平均值。回彈值測量完畢后,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)場在同一測點附近進(jìn)行5次測量,并計算碳化深度的平均值。
現(xiàn)場對人工養(yǎng)護(hù)效果與自動噴淋臺車養(yǎng)護(hù)效果測試結(jié)果對比如表1、表2所示。
表1 表面強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)效果對比
在人工養(yǎng)護(hù)條件下,襯砌強(qiáng)度增長緩慢,28天仍未達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度,后期穩(wěn)定在25 MPa左右;采用隧道自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車的二襯混凝土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)度上下最大浮動達(dá)到了9.6%;臺車養(yǎng)護(hù)條件下襯砌強(qiáng)度基本保持在25~26 MPa,最大浮動不超過4.4%。
表2 襯砌強(qiáng)度回彈值測量 MPa
隧道襯砌經(jīng)過自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車養(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,采用隧道自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車進(jìn)行襯砌的養(yǎng)護(hù)能明顯提高襯砌質(zhì)量和壽命。
隧道襯砌匯總縱向裂縫的產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)安全性威脅最大,同時縱向裂縫占所有裂縫長度的比例最大。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,裂縫長度在2~5 cm,襯砌表面成片麻、蜂窩狀,襯砌病害率高,對隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大安全威脅。
圖2 隧道襯砌裂縫測量
如圖3所示,在隧道自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車的養(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 臺車養(yǎng)護(hù)襯砌表面
在魯昆山隧道和勝利隧道中采用了一種新型隧道自動養(yǎng)護(hù)噴淋臺車,其自動化程度高,可進(jìn)行隧道襯砌全自動智能化噴淋養(yǎng)護(hù)作業(yè)。通過隧道養(yǎng)護(hù)效果測試,該臺車的自動化噴淋養(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。該臺車能使用各種隧道斷面,操作方便簡單,可重復(fù)使用,可應(yīng)用于各類隧道襯砌養(yǎng)護(hù)施工中。