隧道襯砌電子傳感器數字化控制技術

中圖分類號：U457 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）24-0160-05

Abstract：Detachmentof tunelconcreteliningisacommonqualityisse.Currently，thecontrolofdetachmentmainlyrelies onobservingtheoutputpressureoftheconcretepumpandmanualmonitoringofthereservedholesinthearchofthetroley. Presetgroutingpipeswithformsareinstlledatthetopofthearchoftheliningtrollyutnoefectivemonitoringmeasures areadoptedduring thecasting process.Aftercompletion（oracceptance），radar scanning andanalysisareconducted.If detachmntoftheliningconcreteisfound，reservedgroutingholesoraditionaldrlledholesareusedforgrouting，resultingin lowacceptancerates，high groutingcosts，porimage，andpotentialdamagetowaterprofmembranes leading towatersepage andsecondaryqualityisueswiththetunnellining.Therefore，theindustryhasbeenseekingmethodsforsourcequalitycontrol oftunnelconcreteliningtoachieveprocesscontrolmanagementgoals.TheHangzhou-Shaoxing-TaizhouExpreswayonce introducedahigh-definitionprobesimilartoagastroscopytodetectthevoidsduringconcretepouring，buttheresultswere unsatisfactory.TheKeqiao-ZhujiExpresswayProjecthasbeenlistedasanationalexpresswaynetworkproject，andKezhu ExpresswayCo.，Ltdproposedamanagementconceptoftransitioningfrommechanizedtodigialtransformationintunel construction.ZhejiangCommunicationsEngineeringGroupCo.Ltd.Keqiao-ZhujiSection1developedadigitalcontroltechnology fortunnelliningelectronicsensors，whichefectivelysolvedtheproblemofvoidsintunnelconcreteliningandwassuesfuly applied in the Keqiao-Zhuji tunnel project.

Keywords：tunnellinng; electroicsnsor;digitalcontrol;linngantivoid;eal-time monitorig;intellgentmonitongpatfo

2017年8月浙江省交通運輸廳下發《浙江省公路山嶺隧道機械化裝備應用指導手冊》，推出“二機一橋六臺車”，簡稱“九臺套\"山嶺隧道施工機械化裝備，經過多年施工推廣應用，九臺套設備應用實效技術人員總結為4個層次，第一層次技術成熟且應用良好型，如濕噴機械手、自行式移動棧橋、自動鋪設防水板臺車、自動布料二襯臺車等設備；第二層次技術成熟但應用欠佳型，如多臂鑿巖機、電纜溝臺車等設備；第三層次技術欠成熟但改進后可推廣型，如多臂立拱臺車；第四層次技術欠完善但可以向數字化發展型，如檢測臺車可采用3D掃描儀代替、二襯養護臺車可結合養護、清掃、降塵等功能在灑水車的基礎上改進，二襯臺車帶模注槳孔可向視頻或智能感應等數字化自動控制方向發展。

隧道施工的最終成品是混凝土襯砌，根據JTGF80/1—2017《公路工程質量檢驗評定標準》混凝土襯砌的基本要求有2個，其一是襯砌施工前初期背部存在空洞、斷面嚴重侵界時應及時處理；其二是襯砌背后的空隙應回填注漿。混凝土襯砌實測項目有4個，其中關鍵項目2個，其一是混凝土強度應在合格標準內；其二是襯砌背部密實狀況，應無空洞、無雜物。空洞檢測方法是沿隧道縱向分別在拱頂、兩側拱腰、兩側邊墻連續測試共5條測線。因此混凝土襯砌空洞控制是隧道施工一項極其重要的工作。

柯諸高速公路將“綠色、精品、智慧”作為建設總目標，力爭打造全國高速公路品質工程標桿，確保錢江杯、李春獎，爭創魯班獎，確立項目以質量、安全、環保等作為建設控制方向，加大科技創新及新技術、新材料、新工藝和新產品四新技術的研發和應用，全力打造平安百年品質工程、全面踐行精細化理念，將整個工程各個環節做細做好，實現創優目標。

柯諸1標項目技術團隊緊緊圍繞隧道混凝土襯砌空洞這一薄弱環節，深入開展細致的調查研究，組建優秀團隊實施技術攻關，研制出電子傳感器數字化控制隧道襯砌混凝土脫空創新技術，取得安全、質量、經濟雙贏效益。

電子傳感器控制工藝簡介如下：電子傳感器數字化防控隧道襯砌脫空控制系統由電子傳感器、數據線、聲光控制器等裝置組成。聲光控制器安裝于襯砌臺車上，高度約 150cm ，方便操作控制；臺車內側車輛通行頻繁，安全隱患較大，將控制器安裝臺車前（后）側端部，并靠近安全梯。

數據線沿安全梯設置連接到臺車拱部，通過臺車帶模注漿管通到拱頂高點，或延伸到其他容易引起脫空（如超挖）地點。

傳感器粘貼于拱部防水層上，或用膠布固定于襯砌鋼筋上端，當混凝土面澆筑升高與傳感器接觸，傳感器將信息通過數據線傳送到控制器，控制器發出聲光提示信號，傳達傳感器安裝處襯砌密實信息，實現數字化控制襯砌脫空施工工藝。

1 工程概況

柯橋至諸暨高速公路項目起點位于柯橋區福全街道王七墩村附近，與杭紹臺高速公路相交，并與杭金衢高速至杭紹臺高速聯絡線形成K字形交叉，起點樁號 K0+000 ，路線向西南途經福全、柯巖、湖塘、漓渚、店口、姚江、暨陽等鄉鎮街道，接諸永高速的姚江樞紐，終點位于諸暨市暨陽街道浦陽新村附近學院路與浦陽路交叉口處，順接諸暨市柯諸高速與二環北路互通立交建設工程，終點樁號 K39+271.577 ，路線全長約 39.272km 。其中柯橋段長約 10.658km ，諸暨段長約 28.614km 。該項目建設已被列為《浙江省綜合交通運輸發展“十三五\"規劃》的重點建設工程，是國家高速公路網G9903杭州都市區環線高速公路的重要部分；工期緊、任務重、質量要求高。

項目總體特點：位于紹興地區平原與丘陵過渡路段，走廊狹窄、城鎮密集、土地稀缺、環境敏感，具有“三多、三高、三難\"的特點，“三多\"指不良地質多、環境敏感點多、技術難點多；“三高\"指建設標準高、橋隧比高、各方關注度高；“三難\"指交通組織難、施工管理難、棄渣處置難。

柯橋至諸暨高速公路工程第TJO1標項目起訖樁號 K0+000～K7+200 ，主線長 7.2km 。主要結構物包括大橋 1054.24m/3 座，隧道 3579m/2.5 座（梅里隧道單洞長 249m ，瓦片頂隧道 1710m ，朱家塢隧道1620m/0.5 座），福全樞紐大橋 3 052.675m/7 座，漓渚互通及連接線大橋 992.02m/3Ω 座、中小橋 227.16m/4 座）等。合同金額22.09億元。

隧道區內不良地質主要為進洞口局部殘留的崩坡積體。崩坡積體含黏性土碎石，粒徑 20～60mm 顆粒含量約占 35% ，磨圓度較差，多呈棱角形，局部夾塊石，塊徑最大大于 2.0m ，分布不均，余為黏性土充填，顆粒級配一般，厚度約 2～4m ，密實度一般。特殊性巖土為進洞口差異風化較大的全風化閃長巖殘積土，殘坡積王及風化層厚度可達 7～15m ，最深可達 30m ，局部球形風化，殘積土具高液限特性，遇水易軟化。潛在的不良工程地質問題主要為進出洞口巖體節理裂隙發育，巖體較破碎～破碎，完整性差、穩定性差，隧道施工中易引起洞口邊仰坡坍塌等問題。

朱家塢隧道位于紹興市柯橋區漓渚鎮六峰村，左洞起迄里程為 ZK5+650～ZK8+980 ，隧道長度為 3330m 右洞起迄里程為 YK5+580～YK8+955 ，隧道長度為3375m ，為三車道隧道。1標與2標分界樁號為右線k7+200 ，左線 ZkK7+242 。隧道凈高為 5m ，凈寬 14.5m 最大埋深為 295m 左右，隧道V級圍巖 210m ，超過總長 1620m 的 12.96% ， ΔV 級圍巖連續長度 210m 超過 100m ，具有較高施工安全風險。

朱家塢隧道左洞進洞口下方約 160m 為省級示范村六峰村，左洞進洞口外約 500m 、左洞穿越處為全國文明村堂棣村，右洞進洞口外側約 12m 為唐代遺跡“烏石大王”，周邊環境環保要求高，增加施工難度。

2 技術特點

2.1 技術創新

研發了隧道混凝土襯砌自動感應控制系統，混凝土澆筑到拱頂接觸傳感器后，通過數據線，安裝于臺

車上控制器自動發出聲光信號，良好解決混凝土襯砌脫空難題。

2.2 提質增效

利用防水板臺車預先將傳感器粘貼拱頂容易脫空部位，二襯臺車就位后傳感器與數據線插接后完成自動脫空控制系統連接，操作快捷精確，無損臺車和防水層，保障質量、提高工效。

2.3 安全可靠

數字化脫空控制系統，無需人員到臺車上觀察澆筑過程，降低高處作業風險；也無需人員觀察輸送泵壓力表，避免超壓使臺車變形，為隧道混凝土襯砌操作工和設備等提供安全保障。

2.4效益顯著

工藝技術先進、操作簡單，加快施工進度，解決脫空難題，提高驗收合格率，節省返修成本，浙江省交通運輸廳在項目舉辦工點標準化現場會推廣數字化創新工藝，產生良好社會與經濟效益。

3 技術原理

電子傳感器數字化防控隧道襯砌脫空控制系統由電子傳感器、數據線、聲光控制器等裝置組成。聲光控制器（圖1）安裝于襯砌臺車上，高度約 150cm ，方便操作控制；臺車內側車輛通行頻繁，安全隱患較大，將控制器安裝臺車前（后）側端部，并靠近安全梯。

圖1聲光控制器安裝示意圖

數據線沿安全梯設置連接到臺車拱部（圖2），通過臺車帶模注漿管通到拱頂高點，或延伸到其他容易引起脫空（如超挖）地點。

圖2聲光控制器安裝示意圖

紅外傳感器粘貼于拱部防水層上，或用膠布固定于襯砌鋼筋上端，當混凝土面澆筑升高與傳感器接觸，傳感器將信息通過數據線傳送到控制器，控制器發出聲光提示信號，傳達傳感器安裝處襯砌密實信息，實現數字化控制襯砌脫空施工工藝，如圖3所示。

圖3紅外傳感器安裝示意圖

4工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

工藝流程圖如圖4所示。

4.2 操作施工要點

4.2.1 測量放樣

① 采用三維掃描儀對開挖斷面進行檢測，確保襯砌斷面無欠挖，二襯厚度滿足設計要求；分析斷面超挖點和襯砌高點，確定脫空控制電子傳感器的安裝地點，如圖5所示。 ② 采用全站儀對隧道坐標和高程測量，確定下一模（ 10m ）二次襯砌長度的中心線和端部標高，在防水層上標出電子傳感器安裝位置，傳感器安裝位置應具有代表性，選擇布置于容易脫空的襯砌高點或超挖較大點。

4.2.2 傳感器安裝

隧道襯砌鋼筋半成品在鋼筋加工廠集中制作，現場安裝。施工時控制好鋼筋保護層厚度（內側設計凈距為 4.8cm ），利用防水層鋪設臺車采用PVC管將傳感器固定到襯砌高點，若無襯砌鋼筋鋼筋可采用膠布粘貼防水板上，注意傳感器安裝必須緊靠初期面。

圖5三維掃描斷面檢測

4.2.3 臺車定位

隧道襯砌采用無門架、逐窗入模自動澆筑的液壓模板臺車，以電機驅動行走機構臺車行走，利用液壓油缸和螺旋千斤頂調整模板到位或收模，具備混凝土分級布料逐窗入模、帶模注漿、堵頭板為伸縮型鋼模等功能，具有布料均勻、減少壓漿口痕跡、提高混凝土外觀質量等優點設備，如圖6所示。

圖6自動澆筑二襯臺車就位

4.2.4數據線連接

固定于拱部的電子傳感器引線通過帶模注漿孔引出管（PVC）或從端部堵頭引出，沿臺車鋪設，與控制器相接，如圖7所示。

4.2.5 控制器安裝

控制器安裝于二襯臺車端部，為確保操作人員安裝安全，應靠近隧道邊墻，避開隧道中間往來運輸車輛。

4.2.6 混凝土澆筑

混凝土采用輸送泵泵送自動逐窗入模，采用布料分配小車 + 泵送管路相結合形式，布料小車可縱向行走換位、左右擺動分流、上下升降對位完成泵送管路自動切換對接，將混凝土分流到所需位置澆筑，并通過智能控制系統實現混凝土分層澆筑。

4.2.7 發密實信號

混凝土自下而上逐層澆筑，當混凝土接觸到安裝于拱部的傳感器時，傳感器自動形成通電回路，發出聲光信號，輸送泵操作工暫停混凝土泵送，振搗工開起臺車附著式振搗器對混凝土進行振搗，襯砌混凝土面振搗密實后會下降，間隔 10min 左右，開啟輸送泵進行二次送料，聲光控制器再次發出信號（圖8），然后停止泵送完成澆筑。

圖7數據線與控制器相接

圖8控制器聲光信號提示澆筑密實

4.2.8 數字化管控

隧道洞口設立智慧管理系統，隧道洞內施工信息通過數字傳送到智慧管理平臺，平臺操作通過切換界面，及時準確掌握洞內混凝土襯砌密實防脫空信息。

4.3 質量控制措施

本技術嚴格執行國家及行業相關規范、標準并做到以下幾點： ① 隧道開挖與初支后采用三維掃描儀對斷面進行全覆蓋檢測，對欠挖點進行處理，保障隧道襯砌厚度滿足設計要求，對超挖嚴重點進行補噴，預防襯砌時發生脫空現象。 ② 無紡布應密貼初支面鋪設，采用激光定位儀定位固定點，固定點間距拱部0.6m 、邊墻 0.9m ，使用熱溶焊圈與防水板固定連接，防水板需預留 10% 松馳度，并具有較好柔軟性，確保混凝土襯砌時無繃緊導致脫空現象。 ③ 電子傳感器使用前應進行試通，確保正常發送信號；傳感器應選擇安裝于襯砌面最高處，與防水板或襯砌鋼筋固定牢固，數據線沿防水層設置引出，保障信號能正常發出和接受。 ④ 所用襯砌混凝土應滿足設計配合比要求，保障混凝土有良好的和易性和流動性；澆筑時必須采用自下而上逐窗入模方式輸送混凝土，分層澆筑，每次澆筑厚度不超過 30cm ，混凝土入模后及時振搗，保障混凝土均勻密實。 ⑤ 混凝土澆筑初凝后，采用清掃養護一體車對襯砌混凝土進行全覆蓋噴淋養護，養護時間滿足規范要求；襯砌混凝土上設置溫度及濕度儀，根據溫濕度變化情況智能控制噴淋養護間隔時間，保障混凝土強度和耐久性。

4.4 安全及環保措施

4.4.1 安全措施

① 混凝土襯砌臺車澆筑前應檢查其是否符合安全受力驗算書的相關要求，臺車是否設置上下安全梯，是否采用安全電壓。使用前進行試運行，確保無安全隱患后方可使用。 ② 隧道內二襯臺車處需設置有害氣體檢測報警儀，有害氣體超限及時撤出作業；洞內必須做好通風降塵措施，安裝粉塵深度檢測儀，專職人員進行巡查和記錄，保障作業環境滿足規范要求。 ③ 成洞設置固定照明燈，非成洞段設置移動燈，保障洞內亮度滿足要求，并安裝逃生應急燈和逃生指示牌；洞內作業人員佩戴定位儀，洞外智慧管理平臺能準確掌握洞內施工人員數量與作業位置。 ④ 固定傳感器等高空作業人員應佩戴安全帶，作業臺車（如防水層臺車）四周設置安全護欄，護欄防撞沖擊力滿足規范要求；對于特殊作業（如電焊工）必須持證上崗；二襯脫空檢測應由專業檢測人員采用檢測登高車檢測。

4.4.2 環保措施

① 施工場界噪聲按GB12523—2011《建筑施工場界環境噪聲排放標準》要求控制，采取綜合防塵措施，避免外排空氣粉塵含量超標。 ② 隧道襯砌施工產生的廢棄物、污脫模油、油抹布、廢水等應進行統一回收處理。 ③ 電焊施工產生的煙霧、焊渣以及強光應進行遮擋或收集，避免對周邊的行人、車輛以及施工人員造成傷害。 ④ 加強對隧道襯砌施工過程中產生的廢水、污水管理，施工過程中的廢水統一處理合格后再排放。施工現場注意控制粉塵。

5應用效果檢驗與評價

5.1隧道混凝土澆筑實現數字化控制工藝

隧道襯砌臺車安裝聲光控制器，紅外傳感器與紅外傳感器數據線插接，紅外傳感器固定于拱部，混凝土澆筑過程中當混凝土面與傳感器接觸，傳感器信號通過數據線傳送到控制器，控制器發出聲光信號，提示混凝土澆筑已密實，實現混凝土脫空數字化控制工藝監測系統，如圖9所示。

圖9混凝土澆筑紅外澆筑監測系統

5.2隧道混凝土檢測脫空率小于等于 2%

項目部第三方檢測公司對朱家塢隧道已完成的二次襯砌進行雷達檢測，檢測總長度 7600m ，檢測發現脫空長度 15.2m ，脫空率 0.2% ，低于交竣工規定的隧道混凝土襯砌脫空率小于 3% 的驗收指標。

5.3 經濟效益

5.3.1 活動投入

具體投入費用見表1。

表1數字化二襯脫空控制新工藝投入費用統計

5.3.2 脫空整改

采用非數字脫空控制工藝澆筑方法，脫空率按3% 計算，檢測總長度約 2000m ，脫空預計長度 60m ，平均一處脫空長度約 30cm ，空洞數量約為180處；按施工技術規范要求，對脫空點必須補注漿，然后進行復測，復測滿足要求才能交工驗收。

通過表1、表2計算，采用數字化脫空控制新工藝自前已產生效益約130萬元，目前隧道混凝土襯砌檢測完成約 85% ，因此全部隧道檢測完成后預計產生效益約150萬元。

表2脫空補注漿投入費用統計

5.4 社會效益

QC活動解決了隧道襯砌施工數字化管理的難題，滿足了質量、進度、安全管理需要，為項自推進隧道快速施工奠定基礎。交通運輸部、浙江省交通運輸廳領導等多次視察，在柯諸召開全省交通工程工點防護標準化現場會，給予高度評價，產生良好社會效益。

6 結論

朱家塢隧道施工應用隧道襯砌電子傳感器防脫空施工工法，實現了隧道襯砌混凝土澆筑的數字化管理升級提升，本工藝數字化程度高，施工進度快、安全有保障、質量智控化。與常規隧道混凝土襯砌施工技術相比，該技術累計縮短工期60d，綜合經濟成本節約 6% ，小計150余萬元，經濟效益與社會效益顯著，得到了業主及監理等單位的一致好評，該技術適用于公路隧道混凝土襯砌施工，具有良好推廣價值。

參考文獻：

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