自动喷淋台车在平底圆形隧洞衬砌养护中的应用

陈成锋

(中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

隧洞衬砌混凝土浇筑拆模后，受洞内空间局限，混凝土散热效果差，如果不能及时进行养护，混凝土中水分会快速蒸发，造成脱水现象，使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，转化为稳定的结晶，缺乏足够的黏结力，从而使混凝土表面出现片状或粉状脱落，降低衬砌面的外观质量；此外，在混凝土尚未具备足够强度时，水分过早的蒸发还会产生较大的收缩变形，出现干缩裂纹，影响混凝土的耐久性和整体性。所以混凝土浇筑后初期阶段的养护非常重要，混凝土拆模后应立即进行养护。

由于隧洞衬砌断面较大，特别是边顶拱在养护作业中操作困难，单靠简单的人工洒水无法满足高强度衬砌施工养护要求，且人工洒水随意性较大，洒水既不均匀也不彻底，养护质量无法得到有效保证。自制衬砌自动喷淋养护台车所要达到的目的就是能够使衬砌表面所有范围得到均匀、彻底养护，从而有效改善混凝土早期强度及表观质量，大大减少由于处理养护不到位而导致的干缩裂缝等问题，节约施工成本，缩短施工工期。

1 工程概述

杭州市第二水源千岛湖配水工程从千岛湖淳安县境内取水，通过输水隧洞将水引至杭州市余杭区闲林水库，为下游原水输水工程提供优质千岛湖水，同时在输水线路途中向建德市、桐庐县及富阳市部分区域供水。输水隧洞全线总长约112km，共划分为16个标段，其中施工9标，包括两条施工支洞和一条输水主洞，支洞分别为全长599m的沈家支洞和全长764m的井湾里支洞，开挖断面呈城门洞形，净尺寸为5.5m×6.0m(宽×高)；输水主洞全长6630m，桩号为K56+850～K63+480，开挖标准断面呈平底圆形，洞径7.4～8.0m不等，同时初期支护按不同围岩类别采取不同的方式，最终二次衬砌混凝土厚度为30～50cm,衬砌后全部洞段洞径统一为6.7m。输水隧洞平面布置、断面设计见图1、图2。

图1 输水隧洞平面布置示意

图2 输水隧洞断面设计图(单位：cm)

养护过程需确保混凝土表面在养护期限内始终处于湿润状态，根据隧洞二次衬砌施工实际情况，确定最低养护期限，见表1。

表1 隧洞二次衬砌混凝土养护最低期限

2 存在的主要问题

当前隧洞衬砌脱模后主要采用的养护方式仍是传统的人工洒水养护方式，该方式缺点是洒水既不均匀也不彻底，且人工洒水随意性大，同时由于隧洞断面大，施工强度高，受作业空间影响也不便于覆盖薄膜进行洒水保湿养护，导致养护质量无法得到有效保证。传统人工洒水养护见图3。

图3 传统人工洒水养护

隧洞二次衬砌养护特别是边顶拱养护作业一直是目前隧洞混凝土施工中的薄弱环节，过程中单靠简单的人工洒水是无法满足高强度衬砌施工养护要求的，如何针对隧洞特点探索一种有效的衬砌混凝土养护方式，是有效改善衬砌混凝土早期强度及表观质量的重要一环。

3 主要控制措施介绍

针对千岛湖配水工程输水隧洞衬砌断面(衬后洞径6.7m)较大导致养护困难，以及人工洒水养护不及时、不彻底等问题，千岛湖配水工程施工9标结合这一现状自制一种自动喷淋系统养护台车，该套设备结合隧洞断面特点设计，制作及操作方便，工艺简单，洒水均匀、彻底，最主要的作用是能从根本上解决现阶段大断面隧洞边顶拱衬砌养护困难，人工洒水不及时、随意性较大等问题，能够有效保证现场衬砌混凝土施工质量，是对混凝土表观质量及早期强度提升作用尤其明显。

该设备根据衬砌平底圆形断面形状利用结构本身所设计的水管可调节喷头对已衬砌段混凝土表面不间断进行洒水养护。考虑洞内施工方便，共设置2排或3排喷嘴，每排间距为1.5m，环向水管喷头间距1.0m，为确保较好的养护效果，每排喷嘴采用梅花形布置，并设置滤网，呈散状喷出，喷洒半径80cm。台车底部安装车轮，行走喷洒灵活、方便，特别适合于200～300m的衬砌养护距离，满足养护规范的要求，且养护均匀、彻底、到位，达到现场施工养护目的。衬砌自动喷淋养护台车设计立面图及实物图见图4和图5。

图4 衬砌自动喷淋养护台车设计立面图

图5 衬砌自动喷淋养护台车实物图

该套养护台车行走灵活，方便，最大长度为3.0m，占一仓混凝土浇筑长度的1/4，重量仅为0.53t，且成本较低，约为0.25万元。

自制衬砌自动喷淋养护台车所要达到的目的就是能够使得边顶拱所有范围得到均匀、彻底养护，从而有效改善衬砌混凝土早期强度及表观质量，大大减少后期由于处理养护不到位导致的干缩裂缝等问题的相关费用，效果较为显著。养护水源引自洞外当地水库淡水，主要通过开挖期间沿洞壁敷设的供水管路接至未衬砌段尽头，已衬砌段主要通过PVC软管接至水箱，台车水流主要通过水箱出水口通至底部主水管后向弧形弯管上的可调喷头供水。为确保供水压力，在水箱出水口处设置加压泵加压，以保证供水压力特别是顶部压力控制在0.015～0.02MPa之间，使其各个喷头均能有效喷射至混凝土表面。增压水泵电源主要通过洞内衬砌施工用电引接，配电箱设置在台车一侧主立柱上，施工过程中需要注意做好防水措施。此外，养护过程中洞壁落水通过设置50cm高临时挡坎拦截，经沉淀后顶部积水通过水泵抽至台车水箱循环使用，以达到节约用水的目的，同时底部积水、积泥等废弃物人工装袋运至洞外指定地点堆放。

该套设备充分利用衬砌混凝土断面形状进行设计加工制造，确保每个喷水点至衬砌面的距离均相等，一般至衬砌面距离以30～50cm为宜，从而保证洒水均匀，养护到位。为确保养护效果，喷淋360°四周保障喷水强度要求达到200L/(m2·d)。衬砌自动喷淋养护台车作业情况见图6。

图6 衬砌自动喷淋养护台车作业图

该套设备投入使用后，从根本上解决了人工洒水不及时、随意性较大且洒水不均匀、养护时间不满足规范要求等问题，使得衬砌混凝土表面干缩裂缝得以有效控制，早期强度显著提高，混凝土表观质量明显改进。

该套设备最大的创新点就是能够结合隧洞二次衬砌断面形状及现场实际情况，有针对性地对边顶拱混凝土进行不间断洒水养护，养护均匀且养护距离长，使得未到龄期段混凝土表面全部保持湿润状态，满足衬砌强度施工要求，现场实施后效果明显。

4 喷淋台车养护施工

在每个工作面已衬砌混凝土段均设置一台喷淋台车，用于衬砌混凝土特别是隧洞边顶拱的养护施工。

衬砌混凝土浇筑完毕拆模后，立即着手准备混凝土养护工作，做好洞内温度湿度测定、喷淋台车就位等工作后便开始不间断洒水养护，通过连接进水管，打开进水阀，控制喷水压力和水量，确保混凝土表面全部喷洒到位。过程中做好养护记录填写等工作，至规定时间后，养护作业方可结束。

衬砌混凝土养护作业施工工艺流程见图7。

图7 衬砌混凝土养护施工工艺流程

5 养护过程注意事项

a.当衬砌混凝土强度达3.5MPa以上，可先行拆除封头模板，待混凝土达到拆模强度全部拆除后应及时覆盖洒水进行养护。喷洒水雾间隔时间控制在1h以内，确保混凝土表面始终处于湿润状态。

b.混凝土养护用水与拌和用水相同，水温与洞内气温基本一致。

c.养护喷洒水雾要均匀，不得出现漏喷现象。

d.自动喷淋台车采用人工推动，移动时控制左右侧对称、匀速前移，台架移动速度为5～6m/min。

e.洒水养护时，控制好喷水压力和水雾量，喷水时确保每个衬砌面喷水时间达到5s以上，喷水压力控制在0.015～0.02MPa之间。

f.为确保混凝土养护效果，建立专项养护工作制度，将混凝土保湿养护和保温工作作为独立的工序，安排专人负责落实。在养护过程中定期测量环境温度和湿度，以便调整养护时间，每天填写养护记录，记录内容包括养护时间、养护仓段、养护方式和养护人等。

g.养护用的管路和设备定期进行检查，经常检修，确保现场正常作业。

h.设专职质检员现场值班，检查养护作业效果。

6 效益分析

自动喷淋养护台车在千岛湖配水工程施工9标投入使用后，养护效果良好，混凝土外观质量得到明显改善，特别是表面干缩裂纹得到有效控制，被建设单位广泛推广应用于其他多个标段；同时节约用工及裂缝后期处理费用多达35万元，既省时省力又经济合理，效益显著。

7 结 语

该套设备可以对衬砌混凝土表面进行不间断洒水养护，极大地改进了人工养护不及时且不均匀的缺陷，对控制混凝土表面干缩裂缝及强度增长作用明显。使用自动喷淋台车进行系统养护之后，与人工洒水养护效果相比，现场衬砌混凝土表观质量得到明显改善，一些由于养护不到位等原因造成的干缩裂缝得到有效控制，且混凝土抗压、抗冻、抗渗等各项指标均处在受控状态，其使用效果得到有效验证，可为其他类似隧洞项目二次衬砌养护作业提供参考。fffff6