一种隧道衬砌混凝土免支撑自释水保温保湿一体化养护装置及实施方法与流程

本发明涉及混凝土养护技术领域，特别涉及一种隧道衬砌混凝土免支撑自释水保温保湿一体化养护装置及实施方法。

背景技术：

随着我国基础设施建设的不断推进，隧道工程已成为公路、铁路建设中的重要组成部分。隧道工程作业空间狭窄，养护维修困难，保证建设期隧道工程质量显得尤为重要。然而，工程实践表明，由于隧道衬砌混凝土养护不到位等原因导致的隧道衬砌开裂、渗水等问题时有发生。这不仅影响隧道结构的使用性能，同时还对隧道行车安全带来重要影响。

为了解决隧道衬砌混凝土难养护的问题，研究人员对隧道衬砌混凝土养护技术做了广泛探索，形成了以下三种主要的养护方式：(1)养护台架法。该方法通过设置台架和喷水装置向衬砌混凝土表面喷水来达到对隧道衬砌混凝土养护的目的，由于隧道衬砌结构形式的特殊性，该方法有如下不足：第一，采用喷淋的方式喷洒至混凝土表面的养护水会在重力作用下快速流失，难以持续保湿；第二，隧道衬砌混凝土在拆模时表面温度较高，现场喷洒养护水的温度难以与混凝土表面温度相匹配，易使混凝土内部产生温度应力，进而引发混凝土开裂；第三，养护台架的拆、装过程均需要人工完成，过程较为繁琐，耗时较长，养护效率较低；第四，养护台架的使用需占据隧道内部大部分空间，使得隧道内空间利用率降低，影响施工进度。(2)养护台车法。该方法通过将雾化蒸汽装置集合到一辆可行走台车上，养护过程中通过台车生成雾化蒸汽，从而达到保温-保湿养护的目的。该方法解决了方法1中养护台架拆装困难的问题，使得养护过程较为方便，同时可同时实现保温保湿，但养护台车价格昂贵，养护成本较高。(3)内养护法。该方法通过在衬砌混凝土中掺入预吸水轻骨料或高吸水树脂，混凝土拆模后通过吸水材料释水来达到养护的目的。该方法虽然一定程度上提高了衬砌混凝土内部湿度水平，但是其对混凝土表面的湿度改善较小，且无法实现对衬砌混凝土的保温作用。由上述分析可知，目前对隧道衬砌混凝土的养护手段仍存在诸多不足。研发一种免支撑自释水隧道衬砌混凝土保温保湿一体化养护装置，实现隧道衬砌混凝土的精细化养护，对提升衬砌混凝土施工质量具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服传统隧道衬砌混凝土养护装置难以兼顾保湿和保温功能、养护过程复杂、占据空间大等不足而提出的一种隧道衬砌混凝土免支撑自释水保温保湿一体化养护装置及实施方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于隧道衬砌混凝土的免支撑自释水保温保湿一体化养护装置，包括：由内至外依次为亲水性无纺布、可控储(释)水高分子材料和充气层，三者通过胶黏的方式连接。所述充气层采用玻璃纤维增强聚氯乙烯材料制成，其充气后外形与隧道内壁尺寸相匹配；所述可控储(释)水高分子材料和亲水性无纺布依次复合于所述充气层的顶面。当充气层充入特定气体时，在气体浮力和压力的共同作用下，亲水性无纺布、可控储(释)水高分子材料、充气层依次紧密贴附于隧道衬砌表面。此时，通过高分子材料主动释水和充气层隔热保温作用，实现对隧道衬砌混凝土保温保湿一体化养护的目的。

所述可控储(释)水高分子材料为高性能吸水树脂材料，其设置于亲水性无纺布和充气层之间。在养护施工前，需将该储(释)水高分子材料层预先吸水，吸水量不小于0.8kg/m²，可根据工程需求进行调整。养护过程中内部预吸水主动释放，透过无纺布层渗入混凝土内部，从而达到保湿养护的目的。

所述充气层采用玻璃纤维增强聚氯乙烯材料制成，其内部充入特定气体(h2、he等)。由于充入气体分子量小于空气平均分子量，因此该充气层在养护中可提供升力，使得其上部的储(释)水高分子材料层和无纺布层紧密贴附于隧道内表面，从而达到免除下部支撑的目的。

所述充气层通过充气膨胀，紧密贴附于隧道衬砌内壁，阻隔了隧道内部环境与衬砌混凝土表面的热交换，从而有效降低隧道衬砌混凝土内部温度梯度，减小温度应力，降低温度裂缝产生的风险。

所述充气层下方无需使用支撑架，从而显著简化养护施工流程，并为隧道内其他工序施工提供空间。且可以通过调整所述充气层中的气体种类和气体压力来调整养护装置与隧道衬砌混凝土之间的密贴程度，从而保证养护效果。

所述透水性无纺布用于保护下方的储(释)水高分子材料层，防止在养护施工过程中高分子材料与混凝土表面失粘而脱落。该组合结构可使储(释)水高分子材料层反复储(释)水5～10次。当重复使用导致保湿效果不能满足养护要求时，可更换储(释)水高分子材料层和透水无纺布层。

附图说明

图1是本发明一体化养护装置结构示意图；

图2是本发明亲水性无纺布、可控储(释)水高分子材料、充气层结构放大图；

其中1.隧道衬砌混凝土，2.亲水性无纺布，3.可控储(释)水高分子材料，4.充气层。

具体实施方式

下面结合附图和本项目具体实施案例对本发明进一步说明。

如图1～图2所示，本发明包括亲水性无纺布2、可控储(释)水高分子材料3和充气层4，各层依次通过粘接连接为一个整体，从而形成保温保湿一体化养护装置。

充气层4采用玻璃纤维增强聚氯乙烯材料制成，且其充气后外形与隧道衬砌混凝土1内壁尺寸相匹配。当充气层4内部充入特定气体(h2或he)时，在空气浮力和气体压力共同作用下，亲水性无纺布层2、可控储(释)水高分子材料层3以及充气层4依次紧密贴附于隧道衬砌混凝土1的内表面。此时，通过高分子材料层3的主动释水和充气层4的隔离作用，实现对隧道衬砌混凝土1的保温保湿一体化养护的目的。

所述亲水性无纺布层2为高韧性、高透水性无纺布，其设置目的在于保护下方高分子材料，从而实现反复使用。一侧环向紧密贴附于隧道衬砌混凝土1内表面，另一侧与储(释)水高分子材料层3紧密贴合。该无纺布层厚度为1mm，幅面长度为20m，宽度为5m。

所述可控储(释)水高分子材料3为高性能吸水树脂材料，该材料可实现预先吸水，在养护过程中持续放水的目标，且其预吸水量可根据工程中混凝土养护标准进行适当调整。该材料具有保水性好、高倍节水、可反复使用等特点。该材料没平方米至少可固定0.8kg养护水，因此养护期间无需再次补水。该材料可反复储(释)水5～10次，当无法达到养护使用要求时，可将该储(释)水高分子材料层3和亲水性无纺布层2一起拆除并进行更换。该可控储(释)水高分子材料层厚度为5mm，幅面长度为20m，宽度为5m。该材料一侧与亲水性无纺布层2紧密粘接，另一侧与充气层4紧密粘接。

所述充气层4由玻璃纤维增强聚氯乙烯材料制成，一侧与可控储(释)水高分子材料3紧密粘接，另一侧与隧道内部空气直接接触。在其内部充入特定气体(h2、he等)后，在空气浮力和气体压力共同作用下，亲水性无纺布2、可控储(释)水高分子材料3和充气层4与隧道衬砌混凝土1紧密接触。该充气层厚度为100mm，幅面长度为20m，宽度为5m。

用于隧道衬砌混凝土的免支撑自释水保温保湿一体化养护装置的施工方法，如下：

步骤1：准备所述一体化养护装置，即将未充气的养护装置铺设于待养护衬砌混凝土1的下方，使其上表面面积与待养护衬砌混凝土面积相同；

步骤2：在所述养护装置上均匀喷洒养护水，使其表面的储(释)水高分子材料2吸水膨胀，本实施例中采用1.0kg/m²，该预储水量可根据实际工程混凝土养护要求进行适当调整；

步骤3：向所述装置充气层中充入特定气体(h2、he或其任意比例混合物)，使得该装置在气体压力和空气浮力的共同作用下紧密贴附于隧道衬砌混凝土内表面；

步骤4：当到达预定养护龄期时，将充气层中的气体排出，并将装置收起，进入下一工段的养护施工。