自動噴淋臺車在平底圓形隧洞襯砌養(yǎng)護中的應用

陳成鋒

(中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

隧洞襯砌混凝土澆筑拆模后，受洞內(nèi)空間局限，混凝土散熱效果差，如果不能及時進行養(yǎng)護，混凝土中水分會快速蒸發(fā)，造成脫水現(xiàn)象，使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)晶，缺乏足夠的黏結(jié)力，從而使混凝土表面出現(xiàn)片狀或粉狀脫落，降低襯砌面的外觀質(zhì)量；此外，在混凝土尚未具備足夠強度時，水分過早的蒸發(fā)還會產(chǎn)生較大的收縮變形，出現(xiàn)干縮裂紋，影響混凝土的耐久性和整體性。所以混凝土澆筑后初期階段的養(yǎng)護非常重要，混凝土拆模后應立即進行養(yǎng)護。

由于隧洞襯砌斷面較大，特別是邊頂拱在養(yǎng)護作業(yè)中操作困難，單靠簡單的人工灑水無法滿足高強度襯砌施工養(yǎng)護要求，且人工灑水隨意性較大，灑水既不均勻也不徹底，養(yǎng)護質(zhì)量無法得到有效保證。自制襯砌自動噴淋養(yǎng)護臺車所要達到的目的就是能夠使襯砌表面所有范圍得到均勻、徹底養(yǎng)護，從而有效改善混凝土早期強度及表觀質(zhì)量，大大減少由于處理養(yǎng)護不到位而導致的干縮裂縫等問題，節(jié)約施工成本，縮短施工工期。

1 工程概述

杭州市第二水源千島湖配水工程從千島湖淳安縣境內(nèi)取水，通過輸水隧洞將水引至杭州市余杭區(qū)閑林水庫，為下游原水輸水工程提供優(yōu)質(zhì)千島湖水，同時在輸水線路途中向建德市、桐廬縣及富陽市部分區(qū)域供水。輸水隧洞全線總長約112km，共劃分為16個標段，其中施工9標，包括兩條施工支洞和一條輸水主洞，支洞分別為全長599m的沈家支洞和全長764m的井灣里支洞，開挖斷面呈城門洞形，凈尺寸為5.5m×6.0m(寬×高)；輸水主洞全長6630m，樁號為K56+850～K63+480，開挖標準斷面呈平底圓形，洞徑7.4～8.0m不等，同時初期支護按不同圍巖類別采取不同的方式，最終二次襯砌混凝土厚度為30～50cm,襯砌后全部洞段洞徑統(tǒng)一為6.7m。輸水隧洞平面布置、斷面設計見圖1、圖2。

圖1 輸水隧洞平面布置示意

圖2 輸水隧洞斷面設計圖(單位：cm)

養(yǎng)護過程需確?；炷帘砻嬖陴B(yǎng)護期限內(nèi)始終處于濕潤狀態(tài)，根據(jù)隧洞二次襯砌施工實際情況，確定最低養(yǎng)護期限，見表1。

表1 隧洞二次襯砌混凝土養(yǎng)護最低期限

2 存在的主要問題

當前隧洞襯砌脫模后主要采用的養(yǎng)護方式仍是傳統(tǒng)的人工灑水養(yǎng)護方式，該方式缺點是灑水既不均勻也不徹底，且人工灑水隨意性大，同時由于隧洞斷面大，施工強度高，受作業(yè)空間影響也不便于覆蓋薄膜進行灑水保濕養(yǎng)護，導致養(yǎng)護質(zhì)量無法得到有效保證。傳統(tǒng)人工灑水養(yǎng)護見圖3。

圖3 傳統(tǒng)人工灑水養(yǎng)護

隧洞二次襯砌養(yǎng)護特別是邊頂拱養(yǎng)護作業(yè)一直是目前隧洞混凝土施工中的薄弱環(huán)節(jié)，過程中單靠簡單的人工灑水是無法滿足高強度襯砌施工養(yǎng)護要求的，如何針對隧洞特點探索一種有效的襯砌混凝土養(yǎng)護方式，是有效改善襯砌混凝土早期強度及表觀質(zhì)量的重要一環(huán)。

3 主要控制措施介紹

針對千島湖配水工程輸水隧洞襯砌斷面(襯后洞徑6.7m)較大導致養(yǎng)護困難，以及人工灑水養(yǎng)護不及時、不徹底等問題，千島湖配水工程施工9標結(jié)合這一現(xiàn)狀自制一種自動噴淋系統(tǒng)養(yǎng)護臺車，該套設備結(jié)合隧洞斷面特點設計，制作及操作方便，工藝簡單，灑水均勻、徹底，最主要的作用是能從根本上解決現(xiàn)階段大斷面隧洞邊頂拱襯砌養(yǎng)護困難，人工灑水不及時、隨意性較大等問題，能夠有效保證現(xiàn)場襯砌混凝土施工質(zhì)量，是對混凝土表觀質(zhì)量及早期強度提升作用尤其明顯。

該設備根據(jù)襯砌平底圓形斷面形狀利用結(jié)構(gòu)本身所設計的水管可調(diào)節(jié)噴頭對已襯砌段混凝土表面不間斷進行灑水養(yǎng)護。考慮洞內(nèi)施工方便，共設置2排或3排噴嘴，每排間距為1.5m，環(huán)向水管噴頭間距1.0m，為確保較好的養(yǎng)護效果，每排噴嘴采用梅花形布置，并設置濾網(wǎng)，呈散狀噴出，噴灑半徑80cm。臺車底部安裝車輪，行走噴灑靈活、方便，特別適合于200～300m的襯砌養(yǎng)護距離，滿足養(yǎng)護規(guī)范的要求，且養(yǎng)護均勻、徹底、到位，達到現(xiàn)場施工養(yǎng)護目的。襯砌自動噴淋養(yǎng)護臺車設計立面圖及實物圖見圖4和圖5。

圖4 襯砌自動噴淋養(yǎng)護臺車設計立面圖

圖5 襯砌自動噴淋養(yǎng)護臺車實物圖

該套養(yǎng)護臺車行走靈活，方便，最大長度為3.0m，占一倉混凝土澆筑長度的1/4，重量僅為0.53t，且成本較低，約為0.25萬元。

自制襯砌自動噴淋養(yǎng)護臺車所要達到的目的就是能夠使得邊頂拱所有范圍得到均勻、徹底養(yǎng)護，從而有效改善襯砌混凝土早期強度及表觀質(zhì)量，大大減少后期由于處理養(yǎng)護不到位導致的干縮裂縫等問題的相關(guān)費用，效果較為顯著。養(yǎng)護水源引自洞外當?shù)厮畮斓?，主要通過開挖期間沿洞壁敷設的供水管路接至未襯砌段盡頭，已襯砌段主要通過PVC軟管接至水箱，臺車水流主要通過水箱出水口通至底部主水管后向弧形彎管上的可調(diào)噴頭供水。為確保供水壓力，在水箱出水口處設置加壓泵加壓，以保證供水壓力特別是頂部壓力控制在0.015～0.02MPa之間，使其各個噴頭均能有效噴射至混凝土表面。增壓水泵電源主要通過洞內(nèi)襯砌施工用電引接，配電箱設置在臺車一側(cè)主立柱上，施工過程中需要注意做好防水措施。此外，養(yǎng)護過程中洞壁落水通過設置50cm高臨時擋坎攔截，經(jīng)沉淀后頂部積水通過水泵抽至臺車水箱循環(huán)使用，以達到節(jié)約用水的目的，同時底部積水、積泥等廢棄物人工裝袋運至洞外指定地點堆放。

該套設備充分利用襯砌混凝土斷面形狀進行設計加工制造，確保每個噴水點至襯砌面的距離均相等，一般至襯砌面距離以30～50cm為宜，從而保證灑水均勻，養(yǎng)護到位。為確保養(yǎng)護效果，噴淋360°四周保障噴水強度要求達到200L/(m2·d)。襯砌自動噴淋養(yǎng)護臺車作業(yè)情況見圖6。

圖6 襯砌自動噴淋養(yǎng)護臺車作業(yè)圖

該套設備投入使用后，從根本上解決了人工灑水不及時、隨意性較大且灑水不均勻、養(yǎng)護時間不滿足規(guī)范要求等問題，使得襯砌混凝土表面干縮裂縫得以有效控制，早期強度顯著提高，混凝土表觀質(zhì)量明顯改進。

該套設備最大的創(chuàng)新點就是能夠結(jié)合隧洞二次襯砌斷面形狀及現(xiàn)場實際情況，有針對性地對邊頂拱混凝土進行不間斷灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護均勻且養(yǎng)護距離長，使得未到齡期段混凝土表面全部保持濕潤狀態(tài)，滿足襯砌強度施工要求，現(xiàn)場實施后效果明顯。

4 噴淋臺車養(yǎng)護施工

在每個工作面已襯砌混凝土段均設置一臺噴淋臺車，用于襯砌混凝土特別是隧洞邊頂拱的養(yǎng)護施工。

襯砌混凝土澆筑完畢拆模后，立即著手準備混凝土養(yǎng)護工作，做好洞內(nèi)溫度濕度測定、噴淋臺車就位等工作后便開始不間斷灑水養(yǎng)護，通過連接進水管，打開進水閥，控制噴水壓力和水量，確保混凝土表面全部噴灑到位。過程中做好養(yǎng)護記錄填寫等工作，至規(guī)定時間后，養(yǎng)護作業(yè)方可結(jié)束。

襯砌混凝土養(yǎng)護作業(yè)施工工藝流程見圖7。

圖7 襯砌混凝土養(yǎng)護施工工藝流程

5 養(yǎng)護過程注意事項

a.當襯砌混凝土強度達3.5MPa以上，可先行拆除封頭模板，待混凝土達到拆模強度全部拆除后應及時覆蓋灑水進行養(yǎng)護。噴灑水霧間隔時間控制在1h以內(nèi)，確?；炷帘砻媸冀K處于濕潤狀態(tài)。

b.混凝土養(yǎng)護用水與拌和用水相同，水溫與洞內(nèi)氣溫基本一致。

c.養(yǎng)護噴灑水霧要均勻，不得出現(xiàn)漏噴現(xiàn)象。

d.自動噴淋臺車采用人工推動，移動時控制左右側(cè)對稱、勻速前移，臺架移動速度為5～6m/min。

e.灑水養(yǎng)護時，控制好噴水壓力和水霧量，噴水時確保每個襯砌面噴水時間達到5s以上，噴水壓力控制在0.015～0.02MPa之間。

f.為確?；炷琉B(yǎng)護效果，建立專項養(yǎng)護工作制度，將混凝土保濕養(yǎng)護和保溫工作作為獨立的工序，安排專人負責落實。在養(yǎng)護過程中定期測量環(huán)境溫度和濕度，以便調(diào)整養(yǎng)護時間，每天填寫?zhàn)B護記錄，記錄內(nèi)容包括養(yǎng)護時間、養(yǎng)護倉段、養(yǎng)護方式和養(yǎng)護人等。

g.養(yǎng)護用的管路和設備定期進行檢查，經(jīng)常檢修，確?，F(xiàn)場正常作業(yè)。

h.設專職質(zhì)檢員現(xiàn)場值班，檢查養(yǎng)護作業(yè)效果。

6 效益分析

自動噴淋養(yǎng)護臺車在千島湖配水工程施工9標投入使用后，養(yǎng)護效果良好，混凝土外觀質(zhì)量得到明顯改善，特別是表面干縮裂紋得到有效控制，被建設單位廣泛推廣應用于其他多個標段；同時節(jié)約用工及裂縫后期處理費用多達35萬元，既省時省力又經(jīng)濟合理，效益顯著。

7 結(jié) 語

該套設備可以對襯砌混凝土表面進行不間斷灑水養(yǎng)護，極大地改進了人工養(yǎng)護不及時且不均勻的缺陷，對控制混凝土表面干縮裂縫及強度增長作用明顯。使用自動噴淋臺車進行系統(tǒng)養(yǎng)護之后，與人工灑水養(yǎng)護效果相比，現(xiàn)場襯砌混凝土表觀質(zhì)量得到明顯改善，一些由于養(yǎng)護不到位等原因造成的干縮裂縫得到有效控制，且混凝土抗壓、抗凍、抗?jié)B等各項指標均處在受控狀態(tài)，其使用效果得到有效驗證，可為其他類似隧洞項目二次襯砌養(yǎng)護作業(yè)提供參考。fffff6