高原高寒地區(qū)隧道二次襯砌智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用

陳芃

（青海建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西寧 810000）

1 隧道二次襯砌智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用的必要性

1.1 高原高寒地區(qū)交通運(yùn)輸?shù)闹匾?/h3>

高原高寒地區(qū)通常位于交通要道或者連接著重要經(jīng)濟(jì)區(qū)域，交通運(yùn)輸系統(tǒng)的暢通與否直接關(guān)系到區(qū)域內(nèi)外的貨物運(yùn)輸和人員流動(dòng)。然而，高原高寒地區(qū)的交通運(yùn)輸面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn)，惡劣的氣候條件和復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境使道路和隧道建設(shè)難度加大。尤其是在高寒地區(qū)，低溫、冰雪和霜凍對(duì)道路和隧道的結(jié)構(gòu)和安全性產(chǎn)生了重要影響。此外，地勢(shì)起伏、山洪泥石流等自然災(zāi)害也給交通運(yùn)輸帶來(lái)了不可預(yù)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，確保高原高寒地區(qū)交通運(yùn)輸?shù)目煽啃院桶踩允且粋€(gè)緊迫的任務(wù)。隧道結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)和智能化技術(shù)應(yīng)用對(duì)于這一目標(biāo)至關(guān)重要。通過(guò)科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)措施和智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以保障隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全，提高交通運(yùn)輸?shù)男屎桶踩訹1]。

1.2 高原高寒地區(qū)隧道養(yǎng)護(hù)工作面臨的困境

高原高寒地區(qū)的隧道養(yǎng)護(hù)面臨著諸多挑戰(zhàn)。（1）高原高寒地區(qū)的氣候條件惡劣，氣溫低，寒冷的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，延長(zhǎng)了養(yǎng)護(hù)時(shí)間。（2）高原高寒地區(qū)的氣候變化幅度大，溫度變化劇烈。這種劇烈的溫度變化可能導(dǎo)致混凝土表面應(yīng)力集中，引起裂縫和組織損傷，影響隧道襯砌的穩(wěn)定性和耐久性。（3）高原高寒地區(qū)的氣候條件還可能導(dǎo)致落石、雪災(zāi)等自然災(zāi)害，給隧道養(yǎng)護(hù)帶來(lái)額外的困難。

在高原高寒地區(qū)，對(duì)隧道養(yǎng)護(hù)的要求更加嚴(yán)格。（1）需要優(yōu)化隧道襯砌的材料選擇。考慮到低溫下混凝土的強(qiáng)度特性，襯砌材料應(yīng)具備較快的早期強(qiáng)度發(fā)展能力和良好的抗凍性能。（2）需加強(qiáng)溫濕度控制。通過(guò)使用智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和濕度的智能控制，提供適宜的養(yǎng)護(hù)環(huán)境，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展。（3）需要采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，保護(hù)隧道免受惡劣氣候和自然災(zāi)害的侵害，如加強(qiáng)隧道出口的保護(hù)建筑物和排雪設(shè)施的建設(shè)等。

1.3 智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景

智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)在隧道養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域具備許多優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用前景極為廣闊。（1）智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)能夠提高養(yǎng)護(hù)效率和質(zhì)量。通過(guò)使用智能設(shè)備和系統(tǒng)，如智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道養(yǎng)護(hù)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化管理。這將大大節(jié)省人力和時(shí)間成本，提高養(yǎng)護(hù)效率。智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)能夠精確控制溫度和濕度等關(guān)鍵參數(shù)，有效提升養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，減少養(yǎng)護(hù)缺陷。（2）智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)具備良好的可追溯性和數(shù)據(jù)分析能力。通過(guò)對(duì)智能設(shè)備、傳感器等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)過(guò)程的全面監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。這些數(shù)據(jù)可以為養(yǎng)護(hù)工作提供寶貴的參考和依據(jù)，便于后續(xù)的質(zhì)量評(píng)估和問(wèn)題排查。（3）智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)還能夠?qū)v史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)分析應(yīng)用于養(yǎng)護(hù)決策和預(yù)測(cè)，提高隧道養(yǎng)護(hù)的精準(zhǔn)性和可預(yù)見(jiàn)性。

隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，智能設(shè)備和系統(tǒng)正在不斷完善和更新。智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)的應(yīng)用已經(jīng)在一些項(xiàng)目中取得了顯著的成效，其在節(jié)約成本、提高效率和優(yōu)化養(yǎng)護(hù)質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)逐漸被認(rèn)可和接受。在未來(lái)，隨著智能化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)有望在隧道養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用[2]。

2 隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

2.1 智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和主要組成部分

隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)是一種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于隧道襯砌養(yǎng)護(hù)的設(shè)備，其具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。（1）門(mén)架主結(jié)構(gòu)是設(shè)備的主要支撐框架，負(fù)責(zé)固定和支撐其他組件，具有充分的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以適應(yīng)隧道養(yǎng)護(hù)的需求。（2）霧化系統(tǒng)是設(shè)備的重要組成部分，通過(guò)噴霧機(jī)將養(yǎng)護(hù)劑霧化噴灑到隧道襯砌的表面，以此實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)劑的均勻噴灑，促進(jìn)混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展。（3）加熱系統(tǒng)主要通過(guò)加熱元件（如電加熱器）提供熱源，以提高隧道襯砌的溫度。通過(guò)適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂?，可以加速混凝土的?qiáng)度發(fā)展，并提供合適的溫度條件，促進(jìn)養(yǎng)護(hù)效果。（4）密封系統(tǒng)主要采用氣囊密封的形式，在設(shè)備四周（前后兩端、兩側(cè)邊墻底部）形成封閉空間，這樣可以在隧道壁和設(shè)備之間創(chuàng)建一個(gè)隔離環(huán)境，確保養(yǎng)護(hù)劑的作用能有效發(fā)揮，并防止溫度和濕度帶來(lái)的影響。（5）行走系統(tǒng)使設(shè)備能夠在隧道內(nèi)移動(dòng)和操作，通常采用輪軌方式，具有靈活性和穩(wěn)定性，適應(yīng)不同隧道的地面條件。（6）智能溫濕度控制系統(tǒng)是設(shè)備的核心部分，通過(guò)傳感器和自動(dòng)控制裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)控溫度和濕度。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)控制養(yǎng)護(hù)劑的噴灑、加熱和密封等操作，實(shí)現(xiàn)智能化的養(yǎng)護(hù)過(guò)程[3]。

圖1 智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

2.2.1 密封及加熱效果好

隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備具有優(yōu)秀的密封和加熱效果。在高原高寒地區(qū)的惡劣環(huán)境下，這一特點(diǎn)對(duì)于隧道襯砌的保護(hù)和養(yǎng)護(hù)具有重要意義。

1）隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備采用氣囊密封技術(shù)，能夠在隧道壁和電加熱系統(tǒng)之間形成封閉的密閉空間。該氣囊密封系統(tǒng)可牢固地封閉隧道內(nèi)外的空氣，并防止外界濕氣、灰塵和其他有害物質(zhì)進(jìn)入養(yǎng)護(hù)區(qū)域。通過(guò)這種密封設(shè)計(jì)，可以避免環(huán)境因素對(duì)襯砌混凝土的損害，提供穩(wěn)定和潔凈的養(yǎng)護(hù)環(huán)境。

2）隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備通過(guò)加熱系統(tǒng)能夠精確控制隧道內(nèi)的溫度。高原高寒地區(qū)氣溫極低，有時(shí)會(huì)接近甚至低于冰點(diǎn)，這對(duì)新澆筑的混凝土襯砌的強(qiáng)度增長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生不利影響。養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)內(nèi)置的加熱系統(tǒng)能夠提供恒定且適宜的溫度，有利于混凝土的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)。通過(guò)合理調(diào)節(jié)加熱溫度，能夠加速水泥的水化反應(yīng)，促進(jìn)混凝土的硬化和強(qiáng)度發(fā)展，提高襯砌的整體質(zhì)量和穩(wěn)定性。

良好的密封和加熱效果是隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備的重要特點(diǎn)之一。通過(guò)良好的密封設(shè)計(jì)，設(shè)備能夠提供一個(gè)封閉的隧道養(yǎng)護(hù)環(huán)境，保護(hù)襯砌免受外界因素的侵害。同時(shí)，通過(guò)精確的加熱系統(tǒng)，能夠控制溫度并加速混凝土的強(qiáng)度發(fā)展。這些特點(diǎn)有效提高了隧道襯砌的質(zhì)量和穩(wěn)定性，同時(shí)也延長(zhǎng)了襯砌的使用壽命。

2.2.2 水源適應(yīng)性強(qiáng)

在隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)中，水源的供應(yīng)是一個(gè)重要的考慮因素。智能養(yǎng)護(hù)設(shè)備具有水源適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)不同類(lèi)型的水源供應(yīng)，確保養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的水資源充足。

1）智能養(yǎng)護(hù)設(shè)備可以適應(yīng)自來(lái)水供應(yīng)。自來(lái)水是一種常見(jiàn)的水源，智能養(yǎng)護(hù)設(shè)備能夠與自來(lái)水管網(wǎng)相連接，通過(guò)自來(lái)水供水系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)。這樣可以保證充足的水源供應(yīng)，滿(mǎn)足養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的需要。

2）智能養(yǎng)護(hù)設(shè)備還可以適應(yīng)井水或河水等非常規(guī)水源供應(yīng)。在某些工地或地區(qū)，可能無(wú)法直接接入自來(lái)水供應(yīng)，智能養(yǎng)護(hù)設(shè)備可以通過(guò)自帶的水泵系統(tǒng)將井水或河水提供給養(yǎng)護(hù)作業(yè)所需的部位。通過(guò)采集、儲(chǔ)存和利用非常規(guī)水源，智能養(yǎng)護(hù)設(shè)備能夠有效解決水資源短缺的問(wèn)題[4]。

2.2.3 智能化程度高

設(shè)備配備智能溫濕度控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能化控制和監(jiān)測(cè)，提高養(yǎng)護(hù)效率和質(zhì)量。（1）智能溫濕度控制系統(tǒng)利用傳感器和控制器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道襯砌養(yǎng)護(hù)區(qū)域內(nèi)的溫度和濕度，實(shí)時(shí)反饋至控制器。（2）基于智能化的控制算法，控制器可以對(duì)溫濕度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。根據(jù)預(yù)設(shè)的養(yǎng)護(hù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，智能控制系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱、噴霧等工藝，以達(dá)到理想的溫濕度條件，確保養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的溫濕度穩(wěn)定。（3）智能化溫濕度控制系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制的功能。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，養(yǎng)護(hù)工作人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制養(yǎng)護(hù)設(shè)備的溫濕度狀態(tài)，提升養(yǎng)護(hù)工作的便利性和靈活性。

2.2.4 工況適應(yīng)性強(qiáng)

在高原高寒地區(qū)的隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)中，設(shè)備的工況適應(yīng)性極為重要。智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備能夠適應(yīng)高原高寒地區(qū)的惡劣工況，具有良好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。（1）設(shè)備在結(jié)構(gòu)上考慮了高原高寒地區(qū)的特殊情況，采用堅(jiān)固耐用的材料，以抵御低溫、寒風(fēng)和高海拔等因素對(duì)設(shè)備的損害。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮設(shè)備在極寒環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性，確保設(shè)備能夠正常運(yùn)行。（2）設(shè)備襯砌區(qū)域采用軟性材料填充，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充氣和放氣，適應(yīng)不同隧道的斷面變化。養(yǎng)護(hù)設(shè)備的行走系統(tǒng)采用輪軌式設(shè)計(jì)，通過(guò)以襯砌車(chē)同軌道的方式，實(shí)現(xiàn)快速對(duì)接養(yǎng)護(hù)。

2.3 隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)工藝流程

隧道襯砌智能化養(yǎng)護(hù)工藝流程具體流程如下。

1）固定位置：首先將隧道智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)設(shè)備停穩(wěn)在預(yù)定的位置，確保設(shè)備養(yǎng)護(hù)空間內(nèi)沒(méi)有雜物，沒(méi)有人員活動(dòng)，確保操作的安全性和準(zhǔn)確性。

2）氣囊充氣和輔助密封裝置固定：接通送風(fēng)開(kāi)關(guān)，為臺(tái)車(chē)上的氣囊充氣，確保氣囊完全充氣。充氣完成后，檢查氣囊是否完好無(wú)損，如果發(fā)現(xiàn)漏氣或破損處，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。同時(shí)，下放輔助密封裝置并固定，通過(guò)壓緊周向密封簾，確保養(yǎng)護(hù)區(qū)域的封閉效果。

3）啟動(dòng)養(yǎng)護(hù)：按照預(yù)設(shè)的養(yǎng)護(hù)參數(shù)和養(yǎng)護(hù)模式，啟動(dòng)隧道智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。設(shè)備具備加溫、保溫、保濕、加濕等功能，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。養(yǎng)護(hù)期間，定期對(duì)養(yǎng)護(hù)區(qū)域的溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，確保養(yǎng)護(hù)效果達(dá)到要求。

4）檢查并記錄：每隔一段時(shí)間，對(duì)養(yǎng)護(hù)區(qū)域進(jìn)行檢查和記錄。檢查養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)設(shè)備以及養(yǎng)護(hù)區(qū)域的狀態(tài)，包括氣囊、密封裝置、加熱系統(tǒng)等，確保設(shè)備和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)，記錄養(yǎng)護(hù)期間的運(yùn)行情況和養(yǎng)護(hù)效果，以便后續(xù)分析和調(diào)整。

5）停止養(yǎng)護(hù)：當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間或養(yǎng)護(hù)目標(biāo)時(shí)，通過(guò)觸摸屏等操作界面，停止隧道智能養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)設(shè)備的養(yǎng)護(hù)工作。此時(shí)，設(shè)備將停止加熱、保溫等功能，并進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。

6）排氣和收緊輔助密封系統(tǒng)：斷開(kāi)送風(fēng)開(kāi)關(guān)，接通排風(fēng)開(kāi)關(guān)，使養(yǎng)護(hù)區(qū)域內(nèi)的氣囊排氣，確保氣囊內(nèi)空氣完全排凈后，再斷開(kāi)排風(fēng)開(kāi)關(guān)。同時(shí)，收緊輔助密封系統(tǒng)，并進(jìn)行固定，確保密封效果和安全性。

7）關(guān)閉電源：按下遙控器上的急停按鈕，關(guān)閉遙控器的電源。然后，依次斷開(kāi)負(fù)載隔離開(kāi)關(guān)和電源刀閘，確保設(shè)備的電源完全切斷，確保操作的安全性[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

隧道的二次襯砌是確保隧道結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定的重要組成部分。然而，在高原高寒地區(qū)，由于極端氣候和地質(zhì)條件的影響，二次襯砌常常會(huì)面臨凍融循環(huán)、溫度變化、地下水滲透等問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破損和劣化。因此，針對(duì)這些問(wèn)題，研究和應(yīng)用二次襯砌智能化養(yǎng)護(hù)技術(shù)十分必要。通過(guò)智能化的監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理隧道二次襯砌的問(wèn)題，提高結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，隧道養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)更多智能化的應(yīng)用，為高原高寒地區(qū)的交通運(yùn)輸提供更加可靠和安全的技術(shù)支持。