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摘要：某高铁隧道位于张家口市，所在地区冬季寒冷而漫长。目前，我国寒冷地区修建高速铁路工程的案例较少。该隧道通过对衬砌模板台车进行智能化技术升级、增加加热保温养护措施及信息化管理手段，有效避免了衬砌混凝土冻害的发生，实现了施工全程的质量控制。为我国今后承建类似隧道工程积累了技术经验。
关键词：高铁隧道；衬砌台车；冬期施工；信息化；寒冷地区
引言
该工程场址年平均温度8.5℃，最冷月平均气温－13.7℃，极端最低气温－29.2℃，最大风速24m／s，最大冻结深度110cm。寒冷地区修建高铁隧道需面对出现混凝土裂缝的难题，而寒冷地区隧道一旦出现衬砌裂缝，轻则引发隧道渗漏水，重则导致隧道结构失稳。本文依托实际工程实例，就寒冷地区高铁隧道衬砌修建技术进行探讨。
1工程概况
该高铁隧道为双线隧道，全长4970m，设计时速350km／h，最大覆土厚度8.1m。全隧采用明挖法施工，仰拱设计厚度90cm，仰拱Ｃ40Ｐ10混凝土50000m3，填充混凝土37000m3，拱墙混凝土100000m3，每板衬砌长度为15m。隧址区属于寒温带半干旱性气候区，漫长寒冷干燥，地下水类型为孔隙水，主要赋存于第四系洪坡积层中，受大气降水补给。
2寒冷地区智能台车施工技术
2.1冬期混凝土施工的技术控制要点
依据《建筑工程冬期施工规程》（JGJ／T104—2011）及《高速铁路隧道工程施工技术规程》（Q／CR9604—2015），该隧道冬期施工主要技术控制要点如下：（1）冬期施工混凝土的出机温度不低于10℃，入模温度不低于5℃。（2）混凝土搅拌前进行热工计算，并经试拌确定水和骨料需要预热的最高温度，保证混凝土出机温度。（3）混凝土拆模时，混凝土与环境的温差不得大于15℃。（4）拌合站采用3台HZS180搅拌机，配套设施采取冬施措施。拌合站设置无压燃油锅炉对拌和用水进行加温，并在拌和楼、下料口、料仓位置设置暖气片；料棚采用内夹玻璃丝棉的保温板；孔洞及缝隙采用聚氨酯发泡胶进行封堵[1]。
2.2模板台车结构
该隧道为明挖隧道，明洞衬砌模板分为外模、内模以及端模三部分，台车有效长度为15m。在混凝土配合比确定的情况下，冬期施工现场控制主要是以模板及混凝土养护管控为主，外模面板采用10mm厚钢面板，宽度300mm；顶模板圆法兰及环向圆筋厚12mm、宽度200mm。贴面背肋为槽钢［10＃，局部背肋为HW250×250×9×14，门架为I36b组拼，斜拉角钢为∠125×125×10，以上材料的材质均为Q235，连接螺栓为M20。外模台车设置条形窗口，以减少混凝土的流动距离和振捣盲区，提高混凝土密实度。行走系统为电动行走，全液压操作，机械支撑衬砌；液压系统液压16MPa，单缸操作，油泵电机5.5kW；台车总功率≤22.5kW；台车一次衬砌长度为15m；窗户尺寸为500mm×400mm，共140个。
2.3台车的技术改造
2.3.1衬砌浇筑施工保温
隧道拱墙衬砌冬季施工时，将外模浇筑台车模板外侧肋板间填塞8cm厚挤塑板，外侧喷涂2cm厚的聚氨酯泡沫形成整体，减少混凝土早期受外部环境温度变化大的影响，同时减少混凝土芯部和表层的温差。混凝土浇筑前，使用大块棉帆布将模板整体包裹严密，使用振捣窗进行振捣作业时，可先将该部位棉被掀开，振捣作业完成后立即遮盖严密。
2.3.2拱墙保温养护
（1）为提高冬期混凝土养护效果，在养护台车模板内侧安装电伴热带进行保温处理，将电伴热带以“m形”折线形式固定于养护台车模板上，达到保温效果。
（2）在养护台车前后两侧端头位置，均使用棉帆布搭设门帘，进行内部保温处理，帆布间搭接长度不小于20cm，混凝土养护期间，棚内温度不得低于5℃。
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（3）浇筑模板台车行走后衬砌外侧及时采用外模养护支架湿养，养护期14d；隧道内衬砌采用外模台车喷淋养护，喷淋时间间隔不超过2h，保持衬砌表面湿润，养护期14d；每个工作面配备外模养护模架、内模养护台车各1台，共8套内外模养护台车[2]。
（4）衬砌内、外侧增加小型电热蒸汽锅炉，内、外侧养护台车上布设蒸汽养护管道。衬砌两侧混凝土采用蒸汽养护，减少养护水和混凝土表面的温差。外侧养护台车为型钢骨架罩在衬砌外侧，骨架上设置蒸汽管道。
3衬砌台车的智能化升级
3.1智能化升级的必要性
以往隧道衬砌施工采用木竹模板加脚手架或者定型钢支架，或者是普通针梁台车，这些施工措施仅能满足最基本的模板定型、定位功能，但不具备混凝土施工参数、现场工况、施工责任人员等施工过程中的重要信息的测试、显示、记录、保存等功能，台车智能化升级的必要性在施工管理高要求下凸显出来。智能化台车通过在台车上使用二维码技术、远程视频监控技术、传感器自动测量技术、指纹及人像识别技术等多种信息化技术，为施工管理提供技术支持。
3.2智能化升级措施
3.2.1浇筑压力管理系统
通过浇筑压力管理系统，实现实时监测内、外模台车在混凝土浇筑过程中混凝土的浇筑高度、台车受力变化、变形情况等参数。如果浇筑速度超过允许值的80％或者进行不均衡浇筑，系统具备自动报警功能、语音提醒功能。
3.2.2视频监控系统
（1）外模台车在两端四角安装摄像头，视频记录施工各工序环节，尤其是衬砌混凝土浇筑、振捣的全过程，自动存储。（2）控制系统配置液晶显示屏，能够随时查看每板衬砌各项相关数据，数据能够自动记录、储存，具备打印、拷贝条件。（3）同时按照建设单位要求，在施工过程中，记录下所有必要的数据，包括原材料、施工记录、各种照片和录像等，这些数据以电子文档形式通过互联网或其它介质及时存档。
3.2.3养护自动监控信息技术
（1）内、外侧养护台车上安装温度、湿度监测设备，实时监测温度、湿度，低于规定的湿度时自动喷淋养护。（2）内、外侧养护台车上安装液晶显示屏，监测的温度、湿度和实施喷淋养护能自动生成养护记录，数据能够随时查看、自动记录、储存，具备打印条件[3]。
3.2.4施工全程二维码信息技术
每板衬砌单独设置一个二维码，张贴在衬砌内侧。扫描二维码提供如下信息：（1）使用的混凝土、钢筋等原材料试验检测报告。（2）作业责任登记，包括项目部值班技术员、负责浇筑混凝土作业人员、监理工程师个人信息。（3）浇筑起始时间，实测混凝土入模坍落度、含气量、入模温度等指标，浇筑方量，浇筑过程视频3～5s。（4）养护的起始时间、各阶段的环境温、湿度，混凝土芯部、表层温度。
结束语
作为该段高铁线路关键工程的隧道现已贯通，混凝土衬砌尚未发现混凝土病害或损伤，此冬期施工技术的成功应用将对高寒地区其他隧道施工具有较高的参考价值。（1）通过衬砌台车升级，不仅打造了衬砌台车成套智能化系统，还实现了衬砌冬季施工的全过程质量控制。（2）在洞内温度不低于－20℃、洞外温度不低于－30℃的条件下，衬砌混凝土可不间断施工，从而加快施工进度、缩短工期。（3）简单易行、成本投入小、缩短工期、减少管理费，节约成本近460万元。
参考文献
[1]王志坚.高速铁路隧道机械化修建技术创新与智能化建造展望——以郑万高速铁路湖北段为例[J].隧道建设（中英文），2018，38（3）：339-351.
[2]王志坚.高速铁路隧道机械化修建技术创新与智能化建造展望——以郑万高速铁路湖北段为例[J].隧道建设（中英文），2018，38（3）：339-351.
[3]卢炜.寒冷地区高速铁路隧道内温度场变化特性及其影响[J].铁道建筑，2014（9）：67-70.
论文作者:刘军辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/5/30
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