高原高寒地區(qū)隧道二次襯砌智能化養(yǎng)護技術(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)護技術(shù)應(yīng)用的必要性

1.1 高原高寒地區(qū)交通運輸?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)濟區(qū)域，交通運輸系統(tǒng)的暢通與否直接關(guān)系到區(qū)域內(nèi)外的貨物運輸和人員流動。然而，高原高寒地區(qū)的交通運輸面臨著獨特的挑戰(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，地勢起伏、山洪泥石流等自然災(zāi)害也給交通運輸帶來了不可預(yù)測的風(fēng)險。因此，確保高原高寒地區(qū)交通運輸?shù)目煽啃院桶踩允且粋€緊迫的任務(wù)。隧道結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護和智能化技術(shù)應(yīng)用對于這一目標至關(guān)重要。通過科學(xué)合理的養(yǎng)護措施和智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以保障隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全，提高交通運輸?shù)男屎桶踩訹1]。

1.2 高原高寒地區(qū)隧道養(yǎng)護工作面臨的困境

高原高寒地區(qū)的隧道養(yǎng)護面臨著諸多挑戰(zhàn)。（1）高原高寒地區(qū)的氣候條件惡劣，氣溫低，寒冷的環(huán)境會導(dǎo)致混凝土的早期強度發(fā)展緩慢，延長了養(yǎng)護時間。（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)護帶來額外的困難。

在高原高寒地區(qū)，對隧道養(yǎng)護的要求更加嚴格。（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度特性，襯砌材料應(yīng)具備較快的早期強度發(fā)展能力和良好的抗凍性能。（2）需加強溫濕度控制。通過使用智能養(yǎng)護臺車等設(shè)備，實現(xiàn)對溫度和濕度的智能控制，提供適宜的養(yǎng)護環(huán)境，促進混凝土強度的發(fā)展。（3）需要采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施，保護隧道免受惡劣氣候和自然災(zāi)害的侵害，如加強隧道出口的保護建筑物和排雪設(shè)施的建設(shè)等。

1.3 智能化養(yǎng)護技術(shù)的優(yōu)勢和應(yīng)用前景

智能化養(yǎng)護技術(shù)在隧道養(yǎng)護領(lǐng)域具備許多優(yōu)勢，其應(yīng)用前景極為廣闊。（1）智能化養(yǎng)護技術(shù)能夠提高養(yǎng)護效率和質(zhì)量。通過使用智能設(shè)備和系統(tǒng)，如智能養(yǎng)護臺車、自動控制系統(tǒng)等，可以實現(xiàn)對隧道養(yǎng)護過程的自動化和智能化管理。這將大大節(jié)省人力和時間成本，提高養(yǎng)護效率。智能化養(yǎng)護技術(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)護質(zhì)量，減少養(yǎng)護缺陷。（2）智能化養(yǎng)護技術(shù)具備良好的可追溯性和數(shù)據(jù)分析能力。通過對智能設(shè)備、傳感器等進行實時數(shù)據(jù)采集和分析，可以實現(xiàn)對養(yǎng)護過程的全面監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。這些數(shù)據(jù)可以為養(yǎng)護工作提供寶貴的參考和依據(jù)，便于后續(xù)的質(zhì)量評估和問題排查。（3）智能化養(yǎng)護技術(shù)還能夠?qū)v史數(shù)據(jù)和趨勢分析應(yīng)用于養(yǎng)護決策和預(yù)測，提高隧道養(yǎng)護的精準性和可預(yù)見性。

隨著科技的不斷進步和應(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)護臺車的應(yīng)用已經(jīng)在一些項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)護質(zhì)量方面的優(yōu)勢逐漸被認可和接受。在未來，隨著智能化技術(shù)的進一步發(fā)展，智能化養(yǎng)護技術(shù)有望在隧道養(yǎng)護領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用[2]。

2 隧道襯砌智能化養(yǎng)護設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點

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

隧道襯砌智能化養(yǎng)護臺車是一種專門設(shè)計用于隧道襯砌養(yǎng)護的設(shè)備，其具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。（1）門架主結(jié)構(gòu)是設(shè)備的主要支撐框架，負責(zé)固定和支撐其他組件，具有充分的強度和穩(wěn)定性，以適應(yīng)隧道養(yǎng)護的需求。（2）霧化系統(tǒng)是設(shè)備的重要組成部分，通過噴霧機將養(yǎng)護劑霧化噴灑到隧道襯砌的表面，以此實現(xiàn)養(yǎng)護劑的均勻噴灑，促進混凝土的早期強度發(fā)展。（3）加熱系統(tǒng)主要通過加熱元件（如電加熱器）提供熱源，以提高隧道襯砌的溫度。通過適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂疲梢约铀倩炷恋膹姸劝l(fā)展，并提供合適的溫度條件，促進養(yǎng)護效果。（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)建一個隔離環(huán)境，確保養(yǎng)護劑的作用能有效發(fā)揮，并防止溫度和濕度帶來的影響。（5）行走系統(tǒng)使設(shè)備能夠在隧道內(nèi)移動和操作，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，通過傳感器和自動控制裝置，實時監(jiān)測、調(diào)控溫度和濕度。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，系統(tǒng)可以自動控制養(yǎng)護劑的噴灑、加熱和密封等操作，實現(xiàn)智能化的養(yǎng)護過程[3]。

圖1 智能化養(yǎng)護設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 智能化養(yǎng)護技術(shù)的特點

2.2.1 密封及加熱效果好

隧道襯砌智能化養(yǎng)護設(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，這一特點對于隧道襯砌的保護和養(yǎng)護具有重要意義。

1）隧道襯砌智能化養(yǎng)護設(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)進入養(yǎng)護區(qū)域。通過這種密封設(shè)計，可以避免環(huán)境因素對襯砌混凝土的損害，提供穩(wěn)定和潔凈的養(yǎng)護環(huán)境。

2）隧道襯砌智能化養(yǎng)護設(shè)備通過加熱系統(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，有時會接近甚至低于冰點，這對新澆筑的混凝土襯砌的強度增長會產(chǎn)生不利影響。養(yǎng)護臺車內(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度增長。通過合理調(diào)節(jié)加熱溫度，能夠加速水泥的水化反應(yīng)，促進混凝土的硬化和強度發(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)護設(shè)備的重要特點之一。通過良好的密封設(shè)計，設(shè)備能夠提供一個封閉的隧道養(yǎng)護環(huán)境，保護襯砌免受外界因素的侵害。同時，通過精確的加熱系統(tǒng)，能夠控制溫度并加速混凝土的強度發(fā)展。這些特點有效提高了隧道襯砌的質(zhì)量和穩(wěn)定性，同時也延長了襯砌的使用壽命。

2.2.2 水源適應(yīng)性強

在隧道襯砌智能化養(yǎng)護中，水源的供應(yīng)是一個重要的考慮因素。智能養(yǎng)護設(shè)備具有水源適應(yīng)性強的特點，能夠適應(yīng)不同類型的水源供應(yīng)，確保養(yǎng)護過程中的水資源充足。

1）智能養(yǎng)護設(shè)備可以適應(yīng)自來水供應(yīng)。自來水是一種常見的水源，智能養(yǎng)護設(shè)備能夠與自來水管網(wǎng)相連接，通過自來水供水系統(tǒng)進行養(yǎng)護作業(yè)。這樣可以保證充足的水源供應(yīng)，滿足養(yǎng)護過程中的需要。

2）智能養(yǎng)護設(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)，可能無法直接接入自來水供應(yīng)，智能養(yǎng)護設(shè)備可以通過自帶的水泵系統(tǒng)將井水或河水提供給養(yǎng)護作業(yè)所需的部位。通過采集、儲存和利用非常規(guī)水源，智能養(yǎng)護設(shè)備能夠有效解決水資源短缺的問題[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)可以實現(xiàn)智能化控制和監(jiān)測，提高養(yǎng)護效率和質(zhì)量。（1）智能溫濕度控制系統(tǒng)利用傳感器和控制器，能實時監(jiān)測隧道襯砌養(yǎng)護區(qū)域內(nèi)的溫度和濕度，實時反饋至控制器。（2）基于智能化的控制算法，控制器可以對溫濕度進行自動調(diào)節(jié)和控制。根據(jù)預(yù)設(shè)的養(yǎng)護參數(shù)和標準，智能控制系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)加熱、噴霧等工藝，以達到理想的溫濕度條件，確保養(yǎng)護過程中的溫濕度穩(wěn)定。（3）智能化溫濕度控制系統(tǒng)還具備遠程監(jiān)測和遠程控制的功能。通過網(wǎng)絡(luò)連接，養(yǎng)護工作人員可以遠程監(jiān)測和控制養(yǎng)護設(shè)備的溫濕度狀態(tài)，提升養(yǎng)護工作的便利性和靈活性。

2.2.4 工況適應(yīng)性強

在高原高寒地區(qū)的隧道襯砌智能化養(yǎng)護中，設(shè)備的工況適應(yīng)性極為重要。智能化養(yǎng)護設(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，采用堅固耐用的材料，以抵御低溫、寒風(fēng)和高海拔等因素對設(shè)備的損害。結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮設(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)護設(shè)備的行走系統(tǒng)采用輪軌式設(shè)計，通過以襯砌車同軌道的方式，實現(xiàn)快速對接養(yǎng)護。

2.3 隧道襯砌智能化養(yǎng)護工藝流程

隧道襯砌智能化養(yǎng)護工藝流程具體流程如下。

1）固定位置：首先將隧道智能養(yǎng)護臺車設(shè)備停穩(wěn)在預(yù)定的位置，確保設(shè)備養(yǎng)護空間內(nèi)沒有雜物，沒有人員活動，確保操作的安全性和準確性。

2）氣囊充氣和輔助密封裝置固定：接通送風(fēng)開關(guān)，為臺車上的氣囊充氣，確保氣囊完全充氣。充氣完成后，檢查氣囊是否完好無損，如果發(fā)現(xiàn)漏氣或破損處，及時進行修補。同時，下放輔助密封裝置并固定，通過壓緊周向密封簾，確保養(yǎng)護區(qū)域的封閉效果。

3）啟動養(yǎng)護：按照預(yù)設(shè)的養(yǎng)護參數(shù)和養(yǎng)護模式，啟動隧道智能養(yǎng)護臺車設(shè)備進行養(yǎng)護。設(shè)備具備加溫、保溫、保濕、加濕等功能，可根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)。養(yǎng)護期間，定期對養(yǎng)護區(qū)域的溫度、濕度等參數(shù)進行監(jiān)測和調(diào)整，確保養(yǎng)護效果達到要求。

4）檢查并記錄：每隔一段時間，對養(yǎng)護區(qū)域進行檢查和記錄。檢查養(yǎng)護臺車設(shè)備以及養(yǎng)護區(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)的正常運行。同時，記錄養(yǎng)護期間的運行情況和養(yǎng)護效果，以便后續(xù)分析和調(diào)整。

5）停止養(yǎng)護：當(dāng)達到預(yù)設(shè)的養(yǎng)護時間或養(yǎng)護目標時，通過觸摸屏等操作界面，停止隧道智能養(yǎng)護臺車設(shè)備的養(yǎng)護工作。此時，設(shè)備將停止加熱、保溫等功能，并進入停止?fàn)顟B(tài)。

6）排氣和收緊輔助密封系統(tǒng)：斷開送風(fēng)開關(guān)，接通排風(fēng)開關(guān)，使養(yǎng)護區(qū)域內(nèi)的氣囊排氣，確保氣囊內(nèi)空氣完全排凈后，再斷開排風(fēng)開關(guān)。同時，收緊輔助密封系統(tǒng)，并進行固定，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，依次斷開負載隔離開關(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

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，二次襯砌常常會面臨凍融循環(huán)、溫度變化、地下水滲透等問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破損和劣化。因此，針對這些問題，研究和應(yīng)用二次襯砌智能化養(yǎng)護技術(shù)十分必要。通過智能化的監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，可以及時發(fā)現(xiàn)和處理隧道二次襯砌的問題，提高結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。隨著技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，隧道養(yǎng)護領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀嘀悄芑膽?yīng)用，為高原高寒地區(qū)的交通運輸提供更加可靠和安全的技術(shù)支持。