CN102729325A - 预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统，包括养护棚，还包括温度湿度控制系统、喷淋系统及自动控制主机，所述养护棚由设置于预制厂房内的折叠式养护棚和设置于预制厂房外的固定式养护棚组成。本发明涉及一种预制沉管节段控温保湿养护系统，集温湿度监测、预警及自行调节环境温湿度功能于一体，在沉管节段混凝土浇筑完成的14天内对沉管节段进行保温、保湿养护，在养护的有效性、及时性上具有传统养护方式无可比拟的优势。

Description

预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统及方法

技术领域

本发明属于工厂化预制沉管的施工配套机械设备领域，具体涉及一种针对工厂化预制沉管节段施工工艺要求温湿度监测、预警及自行调节环境温湿度功能于一体的自动化控温、保湿养护系统。

技术背景

进入21世纪以来，以沉管隧道为主要形式的地下工程逐渐增多，目前在建或拟建的土耳其博斯普鲁斯海峡工程、韩国釜山-巨济连接线工程、港珠澳大桥工程、琼州海峡跨海工程、渤海海峡跨海通道工程等大型海洋工程在其主线工程中均有沉管隧道，预制沉管在地下工程中具有广阔的应用前景。

沉管节段结构具有截面大、体量大、结构形式及施工工艺复杂等特点，容易因温度、收缩以及约束等原因而在施工阶段就出现危害性裂缝。危害性温度收缩裂缝的出现不仅会影响结构的外观，还会大大促进有害物质侵蚀混凝土主体结构，从而更快地导致混凝土中钢筋锈蚀，削弱沉管混凝土结构整体的耐久性。沉管节段深埋于地下或水下，是造价高、腐蚀环境恶劣且无法更换构件，为确保沉管使用寿命，在沉管预制过程中必须采取合理有效的养护措施防止有害温度收缩裂缝的产生。相对于控制混凝土的浇筑温度，施工中更重要的是控制混凝土在养护过程中的降温速率、内外温差以及养护环境湿度，养护环境的温湿度直接决定了沉管节段是否会出席危害性裂缝。因此保证沉管混凝土在硬化过程中的降温速率、内外温差以及表面湿度处于一个合理的范围，是沉管混凝土控裂养护的关键。

在目前国内已建的沉管隧道中，基本上还是采取传统的养护方式，如表面洒水、覆盖土工布、喷涂养护剂、包裹帆布等，这些养护方式对于沉管温度以及养护环境温度、湿度缺乏整体的考虑，无法掌握沉管节段混凝土硬化过程中温度、湿度的变化情况，更加无法根据实际温度、湿度的变化而及时采取应对措施，而且传统的养护方式受人为因素影响大，其有效性、及时性在沉管预制中也难以保证。

针对预制沉管这类断面尺寸大、一次性浇筑方量大、施工工艺复杂的混凝土结构，为保证养护措施的有效性，有必要结合沉管预制的工艺特点，开发具有多种功能的沉管节段专用自动养护系统。该养护系统需集温湿度监测、报警及自行调节环境温湿度功能于一体，通过对沉管节段内部及养护环境温湿度变化规律的监测，自动采取增减养护环境温湿度的措施，控制沉管节段养护环境温湿度，对沉管节段早龄期混凝土进行有效养护，避免沉管节段大体积混凝土出现危险性温度收缩裂缝。

公开号为CN202162884，公开日为2012年3月14日，发明名称为“滑移式箱梁预制养护棚”的中国实用新型专利公开了一种养护棚，其包括养护罩、设置在养护罩内的蒸汽供应设备和温湿度监控系统，养护罩由侧模板保温棚、位于侧模板保温棚底端四周的保温篷布围堰构成。蒸汽供应设备包括蒸汽输送主管道和与蒸汽输送主管道相接的多根蒸汽喷射管，等。该实用新型的优势在于使用操作便捷，能保证施工质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集温湿度监测、报警及自行调节环境温湿度功能于一体的沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统，通过对沉管节段内部及养护环境温湿度变化规律的监测，由控制系统自动控制循环水路喷淋水雾对位于养护棚中的沉管节段进行养护，保证沉管混凝土在硬化过程中的降温速率、内外温差以及表面湿度处于一个合理的范围，防止沉管节段施工期出现危害性裂缝，解决现有养护设备无法对预制沉管节段进行有效保温、保湿养护的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统，包括养护棚，还包括温度湿度控制系统、喷淋系统及自动控制主机，所述养护棚由设置于预制厂房内的折叠式养护棚和设置于预制厂房外的固定式养护棚组成，所述预制厂房内设置有钢吊架，所述预制厂房内还设有用于支撑所述钢吊架的支座，所述支座上有纵向滑轨，所述钢吊架底部设有行走于所述纵向滑轨的行走轮，所述折叠式养护棚通过设于其顶部的牵引绳悬挂于钢吊架，折叠式养护棚棚顶下表面悬挂有带滑轮的钢支架，所述折叠式养护棚具有可折叠的钢性框架及罩设于钢性框架的柔性物料制造的罩体，所述罩体自养护棚棚顶延伸至地面。

所述养护棚覆盖于依次放置在浇筑台座区、过渡区及养护棚区的三节预制沉管节段，所述沉管节段上表面安装有供所述钢支架滑行的槽钢导轨。

所述温度湿度控制系统包括若干个温度湿度传感器、若干个温度湿度采集单元和无线信号中转基站，所述温度湿度传感器设置在所述预制厂房内、养护棚内及沉管节段内部，每一沉管节段上固设一个或数个温度湿度采集单元，温度湿度采集单元与温度湿度传感器通过有线连接，无线信号中转基站接收由温度湿度采集单元发射出的无线信号，并将信号传输至自动控制主机，自动控制主机按照预设的温度湿度预警临界值对温度、湿度监测值进行处理与判断，控制喷淋系统喷洒热水或冷水。本发明中温度湿度监测数据的外部传输主要采用无线发射的方式与自动控制主机进行连接，避免了传统有线连接方式布线复杂、干扰现场施工的问题。

每个沉管节段设置至少3个温度湿度传感器，其中沉管节段内侧与外侧各设置一个，其余埋入沉管节段混凝土主体中。

所这喷淋系统包括对喷淋水进行加热或冷却的工业主机、预设在厂房及养护棚的水路管道及喷头。

一种预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）设置如上任一所述的养护系统；

（2）在沉管节段混凝土浇筑完成前，折叠式养护棚折叠收缩于预制厂房，并通过钢吊架悬挂于预制厂房上；

（3）混凝土浇筑完毕进入养护阶段，先在沉管节段上表面安装槽钢导轨，然后放下收于折叠式养护棚内带滑轮的钢支架，并将钢支架的滑轮放置于槽钢导轨内，再将安装于折叠式养护棚顶面的牵引绳固定在钢吊架上，通过钢吊架牵引将养护棚打开，覆盖于沉管位于预制厂房内的沉管节段；

（4）启动折叠式养护棚内部的喷淋设施，对节段进行保温、保湿养护，自动控制主机按照预设的温度湿度预警临界值对温度湿度控制系统所测得的监测值进行处理与判断，控制喷淋系统喷洒热水或冷水；

（5）待混凝土浇筑完毕后72h拆模，拆模时将折叠式养护棚收缩起来；

（6）模板拆除完毕后，再次通过牵引绳展开折叠式养护棚，把经过首次养护的预制沉管顶推至固定式养护棚与折叠式养护棚之间，重复步骤（4）的操作，进行二次养护4天，同时下一节预制沉管进入折叠式养护棚内进行首次养护；

（7）再次顶推预制沉管至固定式养护棚，重复步骤（4）的操作，进行三次养护7天，同时，下一节预制沉管进行二次养护，并同时进行再下一节预制沉管的首次养护。

本发明涉及一种预制沉管节段控温保湿养护系统，集温湿度监测、预警及自行调节环境温湿度功能于一体。该系统设立温湿度预警临界值，通过对节段内部及养护环境温湿度变化规律的监测，由控制系统自动控制循环水路喷淋水雾对位于养护棚中的沉管节段进行养护，控制大截面、长尺寸预制沉管节段养护环境的温度、湿度，解决现有养护设备无法对预制沉管节段进行有效保温、保湿养护的问题。其中养护棚由厂房内的折叠式可伸缩养护棚以及厂房外的固定养护棚两部分组成，温度\湿度传感器预设于节段混凝土以及养护环境中，通过无线信号中转基站实现预设的温度、湿度传感器与自动控制主机之间信号的无线传输。本发明通过自动控制主机通过各种模块的集成，可根据沉管节段混凝土硬化过程中温度、湿度变化情况而实时喷淋养护水雾，在沉管节段混凝土浇筑完成的14天内对沉管节段进行保温、保湿养护，在养护的有效性、及时性上具有传统养护方式无可比拟的优势。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图。

图2为工厂化预制沉管节段养护总体平面布置图。

图3为工厂化预制沉管节段养护平面布置图（折叠式养护棚收缩于厂房过渡区）。

图4为浇筑台座区节段养护布置立面图（图2中的A-A剖面）。

图5为厂房过渡区节段养护布置立面图（图2中的B-B剖面）。

图6为固定养护棚布置立面图（图2中的C-C剖面）。

具体实施方式

图2~3为养护系统总体平面布置图，在生产线的预制厂房外节段顶推前进方向上，搭设折叠式养护棚及固定养护棚对沉管节段进行养护。养护系统将覆盖分别位于浇筑台座区101、厂房与养护棚过渡区102、养护棚区103的三节沉管节段。

养护系统包括养护棚，还包括温度湿度控制系统、喷淋系统及自动控制主机等。养护棚由设置于预制厂房内的折叠式养护棚105和设置于预制厂房外的固定式养护棚16连接而成。其中，折叠式养护棚105可同时对位于浇筑台座区101的一节节段以及位于厂房与养护棚过渡102内的半节节段进行养护，位于浇筑台座区101的沉管节段养护立面如图4所示，位于过渡区节段养护立面如图5所示。折叠式养护棚105具有可折叠的钢性框架及罩设于钢性框架的柔性物料制造的罩体，罩体自养护棚棚顶延伸至地面。预制厂房100内设置有钢吊架1，预制厂房内还设有用于支撑所述钢吊架的支座，支座上有纵向滑轨，钢吊架底部设有行走于所述纵向滑轨的行走轮。折叠式养护棚105通过设于其顶部的牵引绳2悬挂于钢吊架1，折叠式养护棚棚顶下表面悬挂有带滑轮的钢支架5。预制厂房100内设有侧模4、底模8和内模9，用于浇筑过程中混凝土的固定及成型。沉管节段7混凝土浇筑完成前，折叠式养护棚折叠收缩于预制厂房100与养护棚过渡区102，并通过钢吊架悬挂于预制厂房100上。混凝土浇筑完毕进入养护阶段后，先在沉管节段7上表面安装槽钢导轨5’，然后放下收于养护棚内的带滑轮的钢支架5，使滑轮滑行于槽钢导轨5’内，通过钢吊架1牵引将养护棚打开，将位于浇筑台座区101的沉管节段覆盖，然后启动养护棚内部的喷淋设施，对节段进行保温、保湿养护的首次养护，72h后拆除模板。具体的养护要求如下表所示。

表1不同季节的养护环境温湿度要求

季节	养护环境温度	养护环境湿度	保温、保湿养护时间
				夏季	≥35℃	≥90%	14d

冬季及平常季节

≥30℃

拆模时，需将折叠式养护棚105收回到厂房与养护棚过渡区102，将安装于折叠式养护棚顶面的牵引绳2固定在钢吊架1上，通过钢吊架1牵引收缩养护棚至厂房与养护棚过渡区102。侧模4、底模8和内模9拆除完毕后，再次通过牵引绳2展开养护棚，并把经过首次养护的预制沉管顶推至固定式养护棚与折叠式养护棚之间进行二次养护4天。

固定养护棚104设于预制厂房外沉管节段顶推前进方向上，位于折叠式养护棚105前方，可同时对顶推出厂房的半节节段以及一节节段进行保温、保湿养护，其立面如图6所示。喷雾装置6位于固定养护棚104顶部、底部以及两侧墙，可从各个面对同时位于固定养护棚104及折叠式养护棚105内的沉管节段进行全方位养护。

最后，顶推经过二次养护的预制沉管至固定式养护棚中，进行三次养护7天。

在第一节预制沉管二次养护时，第二节预制沉管也被推入折叠式养护棚接受首次养护。在第一节预制沉管三次养护时，第二节及第三节预制沉管也分别接受二次及首次养护。

所述温度湿度控制系统包括若干个温度湿度传感器11、若干个温度湿度采集单元及无线信号中转基站10。温度湿度传感器设置在所述预制厂房内、养护棚内及沉管节段内部，每个沉管节段对应设置3~9个温度湿度传感器，其中沉管节段内侧与外侧各设置一个，其余则在混凝土浇筑时预埋入沉管节段混凝土中留出引线。每一沉管节段上固设一个或数个温度湿度采集单元，温度湿度采集单元与温度湿度传感器通过有线连接，并向无线信号中转基站10发送信号。无线信号中转基站接收由采集单元发射出的无线信号，并将信号传输至自动控制主机12，自动控制主机12按照预设的温度湿度预警临界值对温度、湿度监测值进行处理与判断，控制喷淋系统喷洒热水或冷水。其控制流程可参见图1。

当一个流程的养护措施完毕后，将整个过程的数据反馈到自动控制主机12，自动控制主机再次从各采取单元中获取实时温度、湿度数据，如仍旧超过预警临界值，则需要采取进一步提高或降低养护水温度，加大喷淋养护水流量、加密喷淋频率等措施。

喷淋系统由预设在厂房及养护棚的水路管道及喷头、高压水泵、阀门、水箱、过滤网、高压管、工业主机13、缺水保护装置等组成，根据自动控制主机命令实现养护水温度、流速的控制与调节。喷头采用GSIM-S系列喷嘴，按照最大0.105L//min的速率喷射水雾。自动控制主机通过中控系统实现对整个养护系统的控制，按照功能包括传感器控制模块、水路控制装置模块、数据采集模块、数据处理及预警模块和数据管理系统模块，各模块独立开发，采用LabVIEW软件平台对各子模块进行集成，实现温湿度监测、预警及自行调节环境温湿度功能。例如，当实测混凝土内外温差超过20℃、养护环境湿度低于90%，自动控制主机12发出报警，并发出指令控制工业主机13对循环水进行加热或制冷，然后由循环水泵通过铜质双头喷嘴按照最大0.2L//min流量喷洒水雾。

Claims (6)

1.一种预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统，包括养护棚，还包括温度湿度控制系统、喷淋系统及自动控制主机，其特征在于：所述养护棚由设置于预制厂房内的折叠式养护棚和设置于预制厂房外的固定式养护棚组成，所述预制厂房内设置有钢吊架，所述预制厂房内还设有用于支撑所述钢吊架的支座，所述支座上有纵向滑轨，所述钢吊架底部设有行走于所述纵向滑轨的行走轮，所述折叠式养护棚通过设于其顶部的牵引绳悬挂于钢吊架，折叠式养护棚棚顶下表面悬挂有带滑轮的钢支架，所述折叠式养护棚具有可折叠的钢性框架及罩设于钢性框架的柔性物料制造的罩体，所述罩体自养护棚棚顶延伸至地面。

2.根据权利要求1所述的预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统，其特征在于：所述养护棚覆盖于依次放置在浇筑台座区、过渡区及养护棚区的三节预制沉管节段，所述沉管节段上表面安装有供所述钢支架滑行的槽钢导轨。

3.根据权利要求1所述的预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统，其特征在于：所述温度湿度控制系统包括若干个温度湿度传感器、若干个温度湿度采集单元和无线信号中转基站，所述温度湿度传感器设置在所述预制厂房内、养护棚内及沉管节段内部，每一沉管节段上固设一个或数个温度湿度采集单元，温度湿度采集单元与温度湿度传感器通过有线连接，无线信号中转基站接收由温度湿度采集单元发射出的无线信号，并将信号传输至自动控制主机，自动控制主机按照预设的温度湿度预警临界值对温度、湿度监测值进行处理与判断，控制喷淋系统喷洒热水或冷水。

4.根据权利要求3所述的预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统，其特征在于：每个沉管节段设置至少3个温度湿度传感器，其中沉管节段内侧与外侧各设置一个，其余埋入沉管节段混凝土主体中。

5.根据权利要求3所述的预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护系统，其特征在于：所这喷淋系统包括对喷淋水进行加热或冷却的工业主机、预设在厂房及养护棚的水路管道及喷头。

6.一种预制沉管节段全自动监测预警控温保湿养护方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）设置如权利要求1~5任一所述的养护系统；

（2）在沉管节段混凝土浇筑完成前，折叠式养护棚折叠收缩于预制厂房，并通过钢吊架悬挂于预制厂房上；

（3）混凝土浇筑完毕进入养护阶段，先在沉管节段上表面安装槽钢导轨，然后放下收于折叠式养护棚内带滑轮的钢支架，并将钢支架的滑轮放置于槽钢导轨内，再将安装于折叠式养护棚顶面的牵引绳固定在钢吊架上，通过钢吊架牵引将养护棚打开，覆盖于沉管位于预制厂房内的沉管节段；

（4）启动养护棚内部的喷淋设施，对节段进行保温、保湿养护，自动控制主机按照预设的温度湿度预警临界值对温度湿度控制系统所测得的监测值进行处理与判断，控制喷淋系统喷洒热水或冷水；

（5）待混凝土浇筑完毕后72h拆模，拆模时将折叠式养护棚收缩起来；

（6）模板拆除完毕后，再次通过牵引绳展开折叠式养护棚，把经过首次养护的预制沉管顶推至固定式养护棚与折叠式养护棚之间，重复步骤（4）的操作，进行二次养护4天，同时下一节预制沉管进入折叠式养护棚内进行首次养护；

（7）再次顶推预制沉管至固定式养护棚，重复步骤（4）的操作，进行三次养护7天，同时，下一节预制沉管进行二次养护，并同时进行再下一节预制沉管的首次养护。

Images