地铁混凝土管片自动化喷淋系统研究

摘要：目前普遍采用的混凝土管片养护工艺是蒸汽养护—水池养护—自然养护，由于管片体积大、养护周期长，需要建造多个水池进行水养，场地占用大、成本高。因此在原养护水池基础上加装一套自动化喷淋养护系统，增加现有水养池管片容量，减少管片搬运及倒水作业，通过设计实施，有效解决了原有养护方式存在的问题。

关键词：混凝土管片；喷淋；养护；水养池

1工程概况

青岛地铁1号线是青岛市轨道交通规划中的一条重要地铁线路，该线是主城区连接黄岛区和城阳区南北的骨干线路。线路全长59．970km，共设置41座车站，全部为地下车站。区间主要采用TBM和盾构法施工，管片需求量大，对管片的强度、耐久性有着极高的要求。管片养护是管片生产过程中的一道重要工序，管片养护不到位会导致管片表面开裂［1］，影响管片后期强度的增长和结构耐久性。

2水池养护存在的问题

为保证生产效率，混凝土管片浇筑完成后采用蒸汽养护的方式，使混凝土在有限时间内达到脱模强度，管片起模且降温后再采用水池养护（北方地区冬季采用喷养护剂养护），达到一定强度后，再转到存放场自然条件养护。蒸汽养护流程为：静停期（100min）→升温期（80min）→恒温期（60min）→降温期（90min），养护温度由传感器实时采集数据，由中心控制室自动温控系统实现自动控制。水池养护是将管片浸泡在深度为3．5m的水养池内，使管片养护充分均匀，管片入池时与水温的温差不得超过20℃，养护水池内设立电加热设备，避免管片养护池水温过低。管片养护水要投石灰粉，保证其的碱性，这样有利于混凝土的养护，防止混凝土的碳析出，影响后期强度；养护周期为7～14d，由专职质检人员进行把关。由于管片重量、体积较大，管片生产规程要求：管片内弧面向上平放超过5层或侧面立放超过3层时应进行受力验算，因此管片堆放一般不超过4层。水养池深度为3．5m，只能叠放2层管片，水养和自然养护需要占用大量厂地，生产量大时会造成养护水池容量不足，而且水池内注水及倒水周期长，影响管片的养护效率。技术人员研究提出一种地铁混凝土管片自动化喷淋养护系统，增加养护池管片叠放数量，扩大养护水池养护容量，减少搬运及倒水作业，更好的保证了管片的养护效果和质量，降低生产成本。

3管片自动化喷淋养护系统的设计与应用

技术人员通过现场调研混凝土管片目前在水池内的堆放情况，养护水池供、排水系统的结构形式，水池周边的其他附属结构，设计了自动化喷淋养护系统方案（见图1）。该喷淋养护系统主要有PLC控制水泵喷淋的自动化系统［2］，主要包括给水系统和电气控制系统，给水系统使用地下水井供水，采用变频器控制水量，共设计使用18个喷淋喷头，每个喷头可分别控制开闭，喷淋扇面角度可调节为90°、120°、180°，能够覆盖整个养护水池组；每个高压电磁阀控制一个喷头，设有时间控制器［3］，可分别设置定时开闭循环工作。安装雨量检测控制器，自动检测雨水大小，并可根据雨水大小自动控制喷淋时间；装有湿度检测及控制系统，根据大气湿度控制喷头喷水量大小；可以实现喷淋强度控制、作业停喷控制、人工干预控制。该自动化系统系统可连接WIFI接入互联网，同时支持4G模式，可以直接通过电脑或手机进行操作监控。每一次喷淋养护都可以在系统记录，方便统计、查看。方案核定后，采购深水潜水泵、风速传感器、雨量传感器、湿度传感器、温度传感器、高压电磁阀、变频器、旋转喷头等配件进行安装调试，电气系统组成见图2。使用该系统装置时首先将水泵阀门打开，设置喷淋时间，然后打开电气控制系统，最后根据天气情况选择控制喷量大小。在自动模式下，系统可以根据当天的天气情况，选择系统的开闭，比如下雨天气，系统会关闭喷淋。手动模式即为手动进行控制水泵及阀门的开启；时控模式即为时控器控制喷淋，时控模式下水泵是循环启动，也可以按下屏幕上的双泵同时启动进行双泵启动。水泵启动为防止电网冲击，程序中会有延时，电磁阀默认都是打开状态，当需要关闭某一个阀门时可进入阀设置画面进行阀门关闭。在本地操作界面以及远程界面中可以进行喷淋开启时间以及关闭时间设置，设置采用24h制，注意开启时间必须小于关闭时间，而且时间必须依次按顺序进行设置。此系统运行后，可根据本地以及手机APP进行时间设置，系统会自动开启或者关闭，高效率的水泵配合高雾化喷头，完全可以覆盖整个喷淋池。当系统出现任何不可控问题以及要进行检修时按下急停，问题解决后再拉开急停。

4效益分析

该自动化喷淋系统安装使用后显著提高了水池养护效率，减轻了管片养护的劳动强度，解决了管片水养池容量不足的问题；喷洒均匀，改善了产品外观质量，提升了管片强度。使用该管片喷淋系统后，除管片吸收、蒸发、漂散等消耗的水，大部分水都可以回流回养护池，节省了用水量［4］；同时能够节省水养池的扩建费用，减少了固定资产的投入。综合考量系统的用电量、用水量、人工费［5］、倒运运输费等指标，生产6000环管片，每年可节省养护费用约30万元。

5结束语

管片生产规范中明确要求对管片进行水养或喷淋养护，采用喷淋养护方式时，应用纺织物遮盖后进行喷淋，依据气温的不同，每天喷淋的次数有所不同，喷淋时间一般为7～14d。该系统的研究和应用能够满足规范要求，保证管片表面混凝土湿透、混凝土润湿，保障管片养护质量的同时提高了养护效率，降低了养护费用，为地铁混凝土管片生产提供了技术支持，提高了企业的核心竞争力。

参考文献

［1］张久军．一种新型的预制构件混凝土养护方式［J］．河南建材，2019（04）：307－308．

［2］孙春阳，王昊，唐学超．智能喷淋养护技术的应用［J］．交通世界，2018（18）：64－65．

［3］周平，仲甡，周自强，等．隧道二衬混凝土自动喷淋养护系统设计与应用［J］．施工技术，2019（06）：711－714．

［4］张东青．桥梁工程成套自动喷淋养护工艺创新应用［J］．科技与创新，2018（24）：156－157．

［5］张永攀．地铁车站大面积混凝土喷淋养护技术［J］．施工技术（建筑科技），2018（03）：25－26．

作者：才玉亭 单位：中铁十四局集团房桥有限公司