蒸汽养护台车在隧道二衬施工中的应用

杜 强

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

伴随着高速铁路飞速发展的步伐，对高铁施工质量要求越来越高，如何保证混凝土强度的问题已迫在眉睫。目前国内隧道施工已大部分实现机械化作业，但如何优化施工工艺，使得机械化在隧道施工中更为快速有效的发挥作用，成为了下一步施工中研究的重点。

以往隧道二衬混凝土脱模以后，通常采用洒水或者自然养护方式对其进行养护。近年来，有多家单位开发研制出隧道喷雾养护台架，通过对二衬混凝土表面洒水降温，降低混凝土内部与外部的温差，从而达到养护的目的。我们通过引进隧道蒸汽养护台车，模拟工厂内蒸汽养护的方式对二衬混凝土进行养护，提高养护效果，节约施工人员投入，更加快速有效的提高混凝土的强度。

1 台车参数和工作原理

台车总长13m，高度与宽度根据隧道断面确定，台架距离二衬混凝土表面50cm，喷头距离二衬混凝土表面35cm。台车由走行系统、型钢台架、纵环向气囊、蒸汽发生系统和喷淋系统组成。

主要工作原理是通过设备四周（前后两端、两侧边墙底部）的气囊密封，对养护区域形成封闭空间，通过微米级雾化喷嘴实现加湿，另外针对雾化水设置了加热装置，确保喷射的雾化水温度与隧道壁混凝土温差小。雾化系统结合湿度传感器，对封闭空间内的湿度进行控制和调节，减少人为干预。整套设备走行采用轨行式，与衬砌台车同轨，衬砌台车前移后，养护台车可实现快速就位进行养护施工。

图1 蒸汽养护台车横断面图

密封装置分为端面径向密封和环面纵向密封，可满足不平整度小于±100mm的洞壁密封，该装置隔热隔湿。端面径向密封采用气囊密封，气囊固定在台架环面支架上。工作时，通过鼓风系统填充气囊，气囊膨胀后与衬砌面紧密帖合。环面纵向密封采用防水布密封，防水布固定在环面支架上，沿衬砌内轮廓面铺开，端头与气囊衔接，使混凝土表面形成一个表面由防水布覆盖，两端气囊密封的密封空间。

图2 蒸汽养护台车纵断面图

2 蒸汽养护与传统养护方式的对比分析

首台蒸汽养护台车应用于郑万高铁项目6标段的苏家岩隧道进口，该隧道全长5360m，二衬长度12m/板，C30混凝土厚度55cm，每板二衬混凝土圬工量为128m3，浇注时间多为8～10h，拆模时间为24h，拆模后即将蒸汽养护台车就位进行养护作业。

苏家岩隧道进口第四板衬砌于2017年11月16日21：35浇注完毕，11月17日21：35拆模，拆模后立即进行蒸汽养护；苏家岩隧道出口第二板衬砌于2017年11月16日19：00浇注完毕，11月17日19：00拆模，拆模后进行洒水养护；后湾隧道进口于2017年11月17日14：00浇筑完毕，11月18日15：00拆模，拆模后用喷雾台车进行养护。混凝土强度均为C35，使用相同的原材料及配合比，拆模后混凝土强度为11MPa，养护时间均为7d，通过回弹检验实体混凝土1d、7d、28d和56d强度，同时检测标准养护试件的强度。试验结果如表1和图4。分别在衬砌混凝土芯部进行测温元器件埋设，在衬砌混凝土拆模后每2h进行一次温度测量，记录混凝土芯部温度和表面温度，通过芯部温度调节蒸汽养护台车温度，使内外温差不大于15℃，以确定养护台车的养护温度。经试验可得到混凝土养护台车的恒温温度为40℃。

表1 混凝土强度对比表

通过试验对比分析，使用二衬养护台车养护后在自然养护下的收缩值与标准养护的收缩值相差不大，这也证明了早期养护的重要性。因为混凝土的收缩在水化反应过程中形成，而整个水化反应时间虽长，但绝大部分反应集中在混凝土成型后12h，此时由于良好的供水，有效抑制了混凝土的收缩。试验证明，养护方法对混凝土强度的影响主要在早期。就早期强度而言，使用二衬养护台车养护条件下的混凝土强度比自然养护条件下的混凝土强度高。早期供水养护极为重要，早期充分供水可以减小混凝土的自缩和干缩，同时有利于早期强度的形成和后期强度的提高。本养护方法起到了早期供水的作用，混凝土试件的早期强度较高，56d强度较自然养护高出一个等级，是一种有效的养护方法。

图4 强度曲线对比图

3 存在的问题及下一步改进措施

通过试验总结发现，蒸汽养护台车在使用过程中仍然存在一些不足，需要在后续施工过程中进行改进，首先，该台车目前尚未形成完全的智能化，仍需要人工手动操作才能使用，温度与湿度不能持续保持稳定，如果增加温湿度控制柜可能会达到该效果；其次，台车仍然采用轮轨式走行系统，移动速度慢且灵活性差，下一步可以改进为轮胎式走行，这样不受轨道限制，使用起来更加方便；最后，该台车只具备养护功能，不能兼顾敲击检查使用，通过在端头增加检查平台可以解决此问题。

4 结束语

通过对实验结果数据分析可知：采用蒸汽台车养护的二衬混凝土7d强度可以达到68%，比自然养护提高6%；14d强度可以达到87%，比自然养护提高6%；28d强度可以达到100%，比自然养护提高4.8%；56d强度可以达到113%，比自然养护提高8.8%。

由此可见，对于混凝土早期强度，台车养护较自然养护更有优势，能较快提高混凝土早期强度，而且经过台车养护的混凝土最终强度较自然养护的更强。通过台车养护，混凝土外观质量和强度有了明显提高。

使用二衬养护台车对混凝土进行及时养护，不但能保持住混凝土中未凝水分不散失，同时确保水泥水化反应时所需用水量，使混凝土得到良好的养护，对提高混凝土的强度及耐久性有着重要的作用，从而保证了混凝土的质量，值得推广应用。

［1］ Q/CR9226-2015. 铁总建设［2015］80号铁路隧道工程施工机械配置技术规程［S］.

［2］ Q/CR9603-2015. 铁总建设［2015］80号 高速铁路隧道工程施工技术规程［S］.

［3］ TB 10424-2010. 铁建设［2010］240号高速铁路隧道工程施工质量验收标准［S］.

［4］ 陈肇元. 混凝土结构的耐久性设计方法［J］. 建筑技术，2013（6）：24-27.