大断面隧道二次衬砌混凝土自动养护施工工法

大断面隧道二次衬砌混凝土自动养护施工工法1.前言随着公路、铁路隧道的蓬勃发展，我国长、大隧道日渐增多。在长、大隧道施工过程中质量要求比较严格，如结构混凝土要求浇筑完12小时后，要进行14天以上的养护。在其他结构物中一般采用覆盖加养护的形式，但是隧道覆盖比较困难，所以在养护上要采用直接养护的形式，如果隧道二养护不及时，混凝土的水化热反应就无法进行，混凝土强度不能及时达到设计强度要求，表面很容易产生裂缝，直接影响混凝土的耐久性和使用功能。传统的公路隧道衬砌混凝土由于主客观原因，大多不养生或“敷衍式”养生，导致施工期和运营阶段在二衬表面产生大量的早期裂缝，影响结构美观和使用寿命。但隧道工程施工中，长大隧道因洞内温度较恒定，洞内空气有一定湿度，从而在隧道砼养护工序控制上施工中控制不严，致使二衬砼表面颜色泛白，强度不足，耐久性大受影响。中交二公局第三工程有限公司采用了隧道二衬自动喷淋养护台车进行隧道二衬混凝土养护施工，自主研发了实用新型专利《一种全自动隧道二衬养护台车》专利号：ZL2017211538785.3、实用新型专利《一种隧道衬砌喷淋养护装置》，专利号：ZL201921916858.7，取得了良好效果，并总结编制成工法。2.工法特点（1）高效：喷洒面积大，工作效率高，施工方法操作便捷，简易可行，养生均匀到位，速度快，安全质量效果好，经济效益显著。（2）安全：采取移动式模架，喷水管安装在养护台车上，规避了高空作业风险。养护混凝土的同时，可降低隧道内粉尘浓度，提高洞内空气质量。（3）经济：本工法工艺新、可操作性强、适用范围广。施工方法操作简便，速度快，安全质量效果好，经济效益显著。（4）节能：人工养护时，洒水不方便，并且浪费大量水，不能保证养护效果；使用隧道二衬自动喷淋养护台车，一键启动便可非常便利的进行均匀养生，即节约用水，又能保证养护效果。3.适用范围本工法适用于公路、铁路及水工隧道的二次衬砌混凝土养护施工。4.工艺原理混凝土养护强制标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》第7.4.7条规定：混凝土浇筑完毕后，应按施工技术方案及时采取有效的养护措施，并应符合下列规定：①应在浇筑完毕后的12h以内对混凝土加以覆盖并保湿养护；②混凝土浇水养护的时间：对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d；对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d；砼拆模后，应及时进行养护，保持砼处于湿润状态，养护最低期限见表4-1：表4-1混凝土养护的最低期限混凝土类型水胶比洞内平均气温T（℃）养护期限（d）胶凝材料中掺有矿物掺合料＜0.455≤T＜102110≤T＜2014T≥2010隧道二衬自动喷淋养护台车，台车包括门形承重架、设于门形承重架底部的行走装置以及设于门形承重架上的喷淋组件，行走装置采用与二衬台车同轨道，采用电子遥控控制台车行走，使得隧道二衬养护台车在隧道中能灵活行走。台车外侧设一环洒水养护喷嘴，开启进水开关后，水雾均匀喷洒到二衬砼表面，使用行走装置移动台架，完成需养成护段二衬砼养护，根据施工条件，确定洒水喷雾间隔时间，确保二衬砼养护效果。喷淋养护需要安装加压水泵，保证喷水管正常出水，对二衬进行养护。在喷淋养护的同时可对隧道进行除尘，提高养护效果，提高隧道空气质量，减少职业病的发生率。该台车不仅可以起到喷淋养生的作用，还可用于衬砌拱顶脱空注浆，后期的衬砌检测、隧道洞内降尘等，真正做到一台车多功能充分利用的目的，100%发挥台车的利用效率。（1）一键启动调节行走系统的速度可前进可后退，由供水（增压泵）系统接入将塑料水管至由无缝钢管弯曲制成喷淋系统，打开阀门，利用增压泵的水压将水注入喷淋系统便可实现均匀、便捷、快速的养护、降尘的目的。采用专用隧道二衬砼移动式养护台架，台架外侧设一环洒水养护喷嘴，开启进水开关后，水雾均匀喷洒到二衬砼表面，纵向移动台架，完成需养成护段二衬砼养护，根据施工条件，确定洒水喷雾间隔时间，确保二衬砼养护效果。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程见工艺流程图（图5-1）：图5.1隧道二衬养护施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工准备，加工隧道二衬砼养护台车，养护台车行走装置采用与二衬台车同轨道，主水管道环向采用φ42钢管，分水管采用φ12.5镀锌钢管，喷头采用可调节喷雾器喷头（铜型），布置采用梅花型布置，距二衬轮廓0.3-0.5m，钢管在隧道布设高压水管侧设进水软管接头及开关闸阀，钢管另一侧端头封闭。隧道高压风管在二衬砼养护段间距50m设一接水闸阀，供应砼养护用水。5.2.2隧道二衬砼拆模后，立即养护，将养护台车移至刚拆模二衬段，用橡胶软管连接高压水管与养护台车进水接口。5.2.3养护洒水时，喷头距二衬混凝土面0.3-0.5m，调整开关闸阀，控制喷水压力和水雾量，喷水时在同一定点位置持续喷水时间为5s。5.2.4养护台车移动时控制左右侧匀速前移，台架移速度为6m/min。5.2.5养护期限，一般为14d，喷洒水雾养护间隔时间2h，确保混凝土处于湿润状态。5.2.6为确保混凝土养护效果，在养护过程中要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、养护段落、养护方式、养护人等。6.材料与设备6.1主要材料台车材料用量统计表见表6.1《台车材料用量统计表》。表6.1台车材料用量统计表序号型号长度（m）重量（kg）KKKKGKGKGK///////////////使用位置1Φ22钢筋27.282跳板、平台2I16工字钢Φ42*4mm小导196.44029门架、主梁3Φ42*4mm小导管5.621主水管道、护栏、扶手等4Φ20PVC管19喷水设施5旋转喷头8个喷水设施6车轮行走系统8个行走系统7行走系统2套左右侧各一套8电力设施1套电力供应6.2主要设备主要工程设备见6.2《主要机械设备配备表》。表6.2主要设备表序号设备名称规格数量1多功能一体式台车自制1台2喷淋设备自制1套3增压泵ISG40-100（I）A1台4引水管路自制1套5橡胶软管若干7.质量控制7.1质量控制7.1.1养护喷洒水雾要均匀，不得出现漏喷。7.2.2气温低于+5℃时不得喷水养护。7.2.3混凝土拆模后，养护的最低期限应符合表4-1的规定，且不得中断，喷洒水雾间隔时间3h，确保砼处于湿润状态。7.2.4混凝土养护期间，混凝土内部温度不宜超过60℃，最高不得大于65℃，混凝土内部温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于20℃，养护用水温度与混凝土表面温度之差不得大于15℃。7.2.5拆模后要及时进行养生，要保持衬砌混凝土面处于湿润状态，养护时间暗洞段不得小于7d，明洞段不得小于14d。7.2质量检验7.2.1喷洒水雾次数必须严格控，保证混凝土处于湿润状态，混凝土养护用水应与拌合用水相同，水温应与环境气温基本相同。7.2.2当环境气温低于5℃时不应浇水。检查数量：每3h检查1次。检验方法：观察、检查施工记录。8.安全措施施工中严格遵守有关施工安全规章制度、标准、操作规程，重点作好以下安全工作：8.1成立专业工班，专人负责，确保按时养护。8.2设专职质检员现场值班，进入施工现场应戴安全帽，登高作业超过2m时，养护人员要系安全带，穿防滑鞋，并检查其可靠性；工具应收放入工具袋内，严防坠落伤人。8.3养护用的管路和设备应经常检修，电路管理应符合用电规范要求。8.4登高检修与保养的操作人员，必须穿软底鞋，并将鞋底淤泥清除干净。8.5养护用的支架要有足够的强度和刚度，搭设要规范合理,两端设置防护栏。8.6在保护好混凝土成品的同时，加强个人安全防护工作。9.环保措施9.1全程使用电力驱动，不产生尾气排放污染洞内环境；9.2人员进洞配置防护用具，操作使用遥控器，方便无害；9.3安排专人负责施工场地的清扫等工作。10.效益分析10.1经济效益传统二衬养生及二衬检测方式与采用隧道二衬自动喷淋养护台车相比可得到以下直接经济效益节余：10.1.1传统方式：（1）采用传统二衬养生方式，按照每天养生一次，每次2各人工，其日成本为400元。（按实际施工天数340天算）。（2）采用传统二衬检测方式，需先在装载机上焊接支架，每次使用1个人工，在检测过程中需由装载机及两名工人配合，即单次成本为800元。按照每月检测1次，每年检测检测12次计算，若采用传统方式，年成本为9600元，日成本为28元（按实际施工天数340天算）。10.1.2隧道二衬自动喷淋养护台车：采取隧道二衬自动喷淋养护台车台车可以既作为养生设备又作为二衬检测设备，当养护作业时每次仅需1名工人操作，即日成本为200元；二衬检测作业时仅需要2名工人配合，单次检测节约400元，每年检测12次计算。传统方式：340×400+12×800=145600元。多功能台车：340×200+12×400=72800元。通过对比，采用传统方式与隧道二衬自动喷淋养护台车对比，每年节约成本72800元。表10-1成本对比表人工养护成本（万元）隧道二衬自动喷淋养护台车成本（万元）人员8设备（数量）4/台人工费0.8/月设备成本20/台若长隧道二衬养护时间为32个月，人工费需8*0.8*32=204.8万元，而使用全自动轨道式养护台车，成本费需4*20=80万元，设备维修费约20万元，总成本为100万元，比人工费节省104.8万元。10.2社会效益本工法与传统的人工养护相比，采用喷头式养护，用水消耗相比大大降低，有效地利用了现有的水资源，改变了传统人工粗放式的水管喷淋养护。养护台车全程使用电力驱动，减少了养护人员数量，提高了人员的工时效率，通过操控可以对重点部位强化养护，增强了养护效果。该工法在保证隧道掘进安全、质量、外观的同时，另一方面喷淋养护大大降低了施工现场的粉尘、改善了施工环境、确保了作业人员的职业健康。另外，养护用水通过洞口三级沉淀池后可循环利用，在资源浪费严重的今天，大大节约了施工用水，具有良好的节能和环保效益。通过该项技术的研究及应用实施，本项目不仅在衬砌混凝土实体施工质量方面取得突破，特别是混凝土的外观、强度以及现场标化方面，另一方面加快施工进度且大大节约施工成本，社会效益显著。11.应用实例（1）青海加西公路3标项目总承包部第五合同段金银滩隧道（原名黑林垭口隧道），设计为分离式隧道，净空10.25×5m。左线隧道长2375.00m、右线隧道长2335m，按隧道分类属长隧道，隧道洞底最大埋深约328.64m，明洞长30m。为了隧道二次衬砌混凝土质量，强度和耐久性满足要求，提高施工效率，降低养护工序成本，积极开展科技攻关，创新施工工艺，采用大断面隧道二次衬砌混凝土自动养护施工工法对隧道衬砌进行养护，不仅起到了喷淋养护的目的，而且在衬砌质量检测时替代了传统的机械辅助小型支架法作业，既确保了安全，又提高了检测效率，一定程度上也节约了机械设备（装载机）的使用费用。本工法可为今后的隧道二衬养护提供参考依据，且二衬养护效果明显提升。（2）青海克大6标老营庄隧道，为双向四车道一级公路隧道，隧道设计速度100km/h，分离隧道建筑限界：净宽，净高

5.0m。合同段左线隧道长1205m、右线隧道长1235m。二次衬砌混凝土采用大断面隧道二次衬砌混凝土自动养护施工工法，不仅保证了隧道二次衬砌混凝土的强度和耐久性，砼外观质量取得了较好的效果，在每次的检查中取得一致好评，而且在施工成本方面（人工费、电费等）取得了良好的经济效益，同时也在一定程度上减小了隧道洞内的扬尘污染，为同类工程施工起到了良好的资源节约示范。（3）王格尔塘至夏河高速公路WXSG-4