隧道拱顶防空洞报警使用方法

隧道拱顶防空洞报警使用方法

高春迎高权

中铁隧道集团四处有限公司广西南宁530000

摘要：当前隧道衬砌施工均采用整体模板台车进行二次衬砌现浇混凝土施工，由于各种原因导致拱顶产生大量的空洞质量缺陷，对隧道运营造成潜在安全威胁，企业在交付运营前或通车后需花费巨额成本进行整治，目前隧道二次衬砌浇筑过程中拱顶空洞按照《铁路隧道二次衬砌预防拱顶空洞实施意见》埋设径向排气管和挡头板流出浆液进行判识。但在实施的过程中由于现场埋设径向排气管安装较困难、管道经常堵塞、弯折、管道与防水板不密贴和工人责任心不强等原因造成安装的质量不高，不能较好判断混凝土浇筑过程中是否存在空洞，且整个过程处于判识状态不能直观体现。因此，亟需设计一种操作方便、直观的报警方法。

关键词：隧道；衬砌；防空洞；方法

引言

在隧道衬砌混凝土浇筑过程中，因防水板松弛度过大、防水板掉落、一孔浇筑以及堵管、人为失误等原因，常会出现拱顶衬砌局部存在脱空、空洞、开裂等质量缺陷。由于这种空隙缺陷的存在，会增加围岩松弛系数、增大局部衬砌荷载、增加地表下沉量，因此，必须尽量避免这种空隙缺陷。据已有研究，当隧道拱顶部衬砌厚度不满足设计要求时，会导致该部位衬砌结构变形大于其它位置衬砌结构变形的现象。由于衬砌的质量缺陷，改变了原设计衬砌受力状态，其实际受力可能超过设计应力范围；在其他外部荷载作用下，多重叠加不利因素的影响，隧道衬砌发生损坏的机率就会增大。隧道拱顶衬砌脱空、空洞等造成的局部衬砌厚度不足，在列车等高速运行的“活塞效应”下，衬砌混凝土就可能出现开裂，甚至发展到掉块的危险，进而危及行人及车辆安全。

本文介绍的一种隧道拱顶防空洞报警方法，将六个报警装置的矩形壳体固定在隧道拱顶的防水板上，在进行二次衬砌混凝土浇筑时，若报警装置发出报警信号，则停止浇筑，不发出报警信号，则表明存在空洞需要进一步浇筑，操作简单，对空洞的判断更直观。

1防空洞报警装置组成部分和工作原理

1.1报警单元构成

报警单元是布置在矩形壳体四周的独立筒体。外露面覆盖活动挡片，底面覆盖有导电底板，挡片内部安装有可轴向滑动的一金属板，金属板朝向底板的表面形成有多个凸起，筒体内部还安装有一弹簧，弹簧两端分别与金属板和底板连接。筒体、挡片和弹簧均未绝缘材质。底板和金属板均用导线连接至筒体外侧与控制板连接。筒体未受压时金属板与底板处于隔离状态，此时线路断开不导电。若筒体外侧挡片受压，带动金属板靠近底板，则此时电路贯通。

通过弹簧控制压力，在压力达到0.2Mpa的时候实现电路连通。将信号传输至控制板，进而控制报警器，能有效避免错误警报，确保混凝土浇筑饱满密实。

1.2矩形壳体

矩形壳体6个面均预留安装孔，设置有专门的卡槽，每个卡槽均有建议锁死装置，本壳体均采用塑料制作，能稳妥安装报警单元。本壳体体积设计为4cm直径，壳体内部有4个辅助固定位置，方便与钢丝连接，便于回收循环利用。矩形壳体内部预留振动器安装位置。预留导线线路孔道和出线孔。壳体均为绝缘材质，并且底板一侧有粘贴条，能与防水板密贴。壳体四周设圆角，整体为近乎圆形，采用2瓣拼装螺丝固定的形式安装，方便回收、维修和更换。

1.3导线

负责连接6个报警单元和振动器，穿过矩形壳体预留的线槽和出线孔最终与控制板连接。导线通过矩形壳体边角传出，导线直径不低于10mm，内部导电采用三股铜丝，每股铜丝直径不少于4mm，导线内部有钢丝，导线直径和矩形壳体厚度相当，方便回收。

1.4振动器

振动器安装固定在矩形壳体内部，用螺丝固定，在报警单元报警时提供震动，抖掉混凝土，避免错误报警。

振动器采用迷你型号，各向尺寸不大于2cm，便于安装和拆卸。

1.5控制板

控制板负责线路和各类外接器材控制，主要是①接收报警单元短路信息。②在报警器连通时负责开启振动器。③在振动器开启后一段时间12个报警器依旧连通时开启闪光灯和蜂鸣器。

控制板上设置有48盏指示灯，显示各个报警单元状态。同时控制板上设置有手动装置，能实现手动操作，包含关闭闪光灯和蜂鸣器。

本控制板所有接口均采用插接模式，方便更换损坏器件。

控制板上安设有变压装置，提供给指示灯和振动器合适的电压，并且确保人员安全。

本控制板密封安装在控制柜内，四周均设有防尘装置，避免烟尘污染。

1.6闪光灯和蜂鸣器

电路连通时提供声音和闪光警报，提示附近人员及时关闭混凝土输送泵。

闪光灯采用红绿两色形式，当闪烁红灯时，提示混凝土已灌注饱满，若闪光灯变为绿色则提示混凝土尚未灌注饱满，需要继续浇筑。

蜂鸣器设置分贝为90-100。确保在隧道嘈杂的环境下能保证20m范围内能清晰的听到。蜂鸣声音采用有节奏的波浪形。

2防空洞报警装置安装和使用

2.1防空洞报警装置的安装

根据矩形壳体预留的安装槽分别将6块报警单元、振动器、导线安装固定牢固。

隧道二次衬砌钢模板一般为12m，每次安装11个矩形壳体，确保混凝土拱顶部位每隔1m安装一个报警装置，各报警装置串联设置。

本套报警装置严格控制质量，确保装置能浮于混凝土上方，避免因装置密度过大，沉入混凝土中难于回收。

导线外包橡胶套内嵌钢丝，确保混凝土浇筑完毕后能将报警装置通过端头模板空隙回收。

2.2防空洞报警装置的使用过程

使用时将矩形壳体利用双面胶粘贴在防水板上，每隔1m安装1个，延隧道拱顶标高最高位置布置。从上一板混凝土端头开始安装，预留导线通过衬砌台车端头板上部空隙连接至控制板。

混凝土浇筑接近饱满时混凝土会压迫矩形壳体上的报警单元，电路连通，在2个报警单元均连通时控制板开启振动器，若振动器开启后控制板闪光灯开启，提示附近人员，此时混凝土浇筑即将饱满。若6个报警单元电路均连通时立刻发出声光报警，提示立即关闭输送泵。抽出报警器，冲洗干净，准备下次循环使用。

3防空洞报警装置使用效果

通过应用本装置，汉十铁路谷城隧道出口2200余米衬砌拱顶空洞缺陷仅有几处，比常规浇筑混凝土方式有效避免了隧道拱顶混凝土空洞和不密实的缺陷。配合衬砌拱顶注浆系统，最终实现隧道衬砌混凝土交工“零”缺陷的目的。

总结

本方法提供一种隧道拱顶防空洞报警方法，操作简单，对混凝土浇筑是否饱满的判断更直观。报警设备可回收重复利用，经过试验，此装置能实现200次以上回收利用。根据目前隧道长度，实现本工程1-2套装置即可完成所有衬砌混凝土的应用。而且本装置还可应用于类似密闭混凝土浇筑工程，达到监控混凝土浇筑密实情况。

由于部分混凝土浇筑时端头部位形成密闭空间，空气不能有效排出，本装置在后期改进过程中可增加排气装置，能彻底解决衬砌端头空洞问题。

图1

在后期改进过程中可酌情考虑在内部安装微型摄像头，实体探测观察混凝土是否饱满，但安装摄像头后本装置的体积，使用稳定性，故障率，适用性都未做考证，但此项方式是后期发展的方向，在下一代报警器制作和安装使用时在做考虑。

附图说明(图1)

[1]苏生.公路隧道二次衬砌开裂机理与抗裂性试验研究[D].杭州:浙江大学,硕士论文,2008.

[2]汪文飞.浅谈郑西高铁隧道衬砌病害的套衬施工技术[J].郑铁科技,2014,(3):42-44.

[3]龚成明.一种可带模注浆的新型铁路隧道衬砌台车[A].现代隧道技术,2016,(4):185-188.