紅谷沉管隧道管節大體積混凝土溫控與防裂技術

彭再勇

(中鐵隧道集團二處有限公司， 河北 三河　065201)

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紅谷沉管隧道管節大體積混凝土溫控與防裂技術

彭再勇

(中鐵隧道集團二處有限公司， 河北 三河065201)

紅谷雙向6車道沉管隧道管節具有橫斷面尺寸大且結構形式復雜、一次澆筑混凝土體量大、內外溫差及溫度應力大和防滲抗裂性能要求高的特點。針對這些特點首先通過水化放熱性能試驗和小圓環開裂試驗優選了膠凝材料體系，進而通過力學性能、耐久性能及抗滲性能試驗確定了低熱低收縮的混凝土配合比，然后開展現澆試塊和管段的溫度測試，分析大體積混凝土內溫度變化規律和冷卻水管的降溫作用，并結合溫控測試與信息化施工技術指導了后續管段預制中冷卻水管的布置及相關溫控防裂措施的動態部署。最后結合試驗分析結果與現場施工環境，形成了管節混凝土入模溫度控制、分段分次分節澆筑和快插慢拔搗固工藝、循環冷卻水管通水時間和管節拆模時間控制、管節各部位針對性養護措施等貫穿管節預制全過程的防裂技術，確保了沉管管節大體積混凝土的防裂抗滲性能。

紅谷沉管隧道； 大體積混凝土； 溫度應力； 配合比； 溫度控制； 防裂措施； 信息化施工

0　引言

隨著我國經濟的發展，眾多大型現代化設施和構筑物紛紛興建，大體積混凝土往往作為構成結構體的主要部分而具有重要地位，對于鋼筋混凝土沉管隧道而言，其地位尤為突出。然而，由于沉管管節結構尺寸大，結構形式和施工工藝復雜，沉管結構容易因溫度、收縮以及約束等原因在施工階段就出現危害性裂縫[1]。國內外調查資料表明，工程結構中約20%的裂縫來源于荷載，而另外約80%的裂縫是由上述原因引起的，其中尤以溫度裂縫為主[2]，故而管節大體積混凝土的溫度控制是防止危害性裂縫產生的主要措施。

沉管管節大體積混凝土的溫度裂縫控制是一個難度較大且復雜的技術問題，目前國內外主要從混凝土配合比設計和混凝土澆筑及養護工藝2方面來實現。厄勒海峽隧道通過開裂敏感性試驗選擇了合適的配合比[3]； 侖頭—生物島沉管隧道通過物理力學及施工性能等多種指標測試，獲得了低熱低收縮混凝土配合比[4]； 寧波常洪沉管隧道根據夏季施工的環境溫度，通過搭設涼棚、冰水拌合、設置冷卻水管以及墻外懸掛土工布并噴淋養護等措施限制溫度裂縫的形成[5]； 廣州洲頭咀隧道針對不同施工情況采取保溫保濕、預埋冷卻水管等措施，并根據各部位特點采取不同的養護方法避免了管節危害性裂縫的產生[6]。此外，一些學者研究了大體積混凝土的溫控與防裂技術，彭立海等[7]詳細介紹了溫控設計的方法及其在混凝土裂縫控制中的運用； 李潘武等[8]分析了混凝土澆筑溫度對其施工期溫度應力的影響； 張超等[9]研究了冷卻水管埋設形式對混凝土溫控防裂的影響。

綜上所述，目前沉管管節大體積混凝土的防裂技術已經達到了一定的水平，但由于不同沉管隧道工程中管節混凝土原料、工程條件以及施工工藝等方面均存在較大差異，故所采取的溫控和防裂措施各有不同。因此，有必要針對特定工程實例的具體措施進行研究。本文以紅谷隧道為工程背景，沉管管節于秋冬季枯水期預制、夏季豐水期浮運，環境溫度變化大，為有效控制溫度裂縫的形成，設計了合理的混凝土配合比，并通過試澆塊測溫分析初步確定了混凝土養護及循環冷卻水管的施工控制，進而通過管節現場澆筑溫控測試驗證了降溫措施的有效性。最后，采用混凝土澆筑和養護等施工措施保證了管節施工質量，有效控制了裂縫的產生。

1　工程概況

紅谷隧道采用沉管法進行施工。沉管段全長1 329 m，共12節管段，其中9節為每節長度約為115 m、2節為每節長度約為90 m、余1節長度為111.5 m，最終接頭為2.5 m。沉管管節標準橫斷面如圖1所示，斷面寬30 m、高8.3 m，底板厚1.2 m，中隔墻厚0.6 m，頂板和側墻各厚1 m，屬于大體積混凝土結構。

圖1　沉管管節標準橫斷面(單位： mm)

管段預制采用水平分段(最多6段，底板長度最大為19.5 m)，上下分層(第1次澆筑3.6 m，第2次澆筑4.7 m)澆筑，小節段之間第2層設置1.5 m寬后澆帶，管段一次澆筑混凝土方量約800 m3，管段混凝土強度等級為C40，抗滲等級為P10。由于水下沉管隧道以管段自防水為主，管段防水、抗滲性能要求極高，本文從混凝土配合比設計、溫度控制技術以及防裂施工工藝等多方面系統控制混凝土裂縫的形成，進而確保沉管隧道的工程質量和使用安全。

2　混凝土配合比設計

本文從優化膠凝材料體系著手，通過混凝土試配試驗，進而確定雙摻膠凝體系的低熱低收縮混凝土配合比。根據工程實際情況，經過充分調研南昌紅谷隧道工程周邊地區的混凝土原料市場，最終選用以下原材料： 贛江海螺水泥P·O 42.5、新余中冶礦渣粉(S95級)、江西益材粉煤灰(F類Ⅰ級)、贛江砂、北京成城交大聚羧酸減水劑(CC-AI型)和膨脹劑(CC-12型)。

2.1膠凝材料體系優化

為獲得低熱低收縮的混凝土，本文開展了不同膠凝材料組合的水化放熱性能試驗和不同膨脹劑+膠凝材料組合的小圓環抗裂性能試驗，進而優選出放熱量低、抗裂性能好的混凝土材料組合。

2.1.1水化放熱性能試驗

為獲得放熱總量小、放熱速率低的膠凝材料組合，采用JAF-4水化熱測定裝置，開展了單摻粉煤灰、單摻礦渣粉以及雙摻粉煤灰和礦渣粉共6種不同膠凝體系的水化放熱性能試驗，試驗結果見表1，各體系的放熱速率曲線如圖2所示。

表1不同膠凝體系水化熱試驗結果

Table 1Hydration heat test results of different cementing materials

膠凝體系放熱總量/(J/g)12h48h135h最大放熱速率/(mW/g)時間/hC10047.7285.2285.22.515C80F2037.7190.6254.92.118C70K3032.1174.1246.91.919C60F20K2031.3161.8228.81.719C50F20K3026.2143.3216.41.523C40F20K4018.3122.1199.81.424

注： 膠凝體系中C、F、K分別代表水泥、粉煤灰、礦渣粉，其后數值為百分含量。

由圖2可知，不同膠凝體系的放熱速率曲線形式較為相近，水化初期由于鈣礬石的形成，使水化反應速率逐漸減緩，約3 h時達到低點，水化反應誘導期結束。之后水化放熱速率逐漸增大至峰值，水泥漿體已經終凝。此后，水化放熱速率快速降低，約45 h時水化反應放熱速率降至很低，并逐漸趨于穩定。

(a)單摻粉煤灰或礦渣粉

(b)雙摻粉煤灰和礦渣粉

結合表1和圖2可知，摻入粉煤灰或礦渣粉均可有效降低膠凝材料放熱總量和放熱速率，且隨著摻量的增加，降低幅度更為顯著。對比C100、C80F20和C70K30 3種膠凝體系135 h的放熱量可知，單位粉煤灰、礦渣粉放熱量為水泥的4%和5%，摻入粉煤灰降低水化熱效率略高于礦渣粉。然而過多的摻入粉煤灰會導致混凝土早期強度降低，《大體積混凝土施工規范》[10]規定粉煤灰摻量不宜超過膠凝材料的40%，粉煤灰與礦渣粉總摻量不宜超過膠凝材料的50%，故此本節還研究了雙摻粉煤灰和礦渣粉的水化放熱性能。分析圖表中雙摻體系的試驗結果可知，當摻合料摻量超過40%后，在放熱主峰之后有放熱副峰出現，放熱速率峰值也隨摻量的增加而減小，放熱速率曲線趨于平緩，且綜合雙摻體系對混凝土性能的改良作用，雙摻粉煤灰和礦渣粉更加有利于混凝土的溫控，實現“緩慢溫升—溫降”。

2.1.2小圓環抗裂性能試驗

為獲得干縮量小、抗裂性能好的膠凝材料組合，結合以往工程實例，采用水膠比為0.4、膠砂比為1∶2的混凝土材料體系開展了7種不同膠凝材料組合的砂漿小圓環開裂試驗，獲得如表2所示的試驗數據。

表2　小圓環開裂試驗數據

注： 膠凝體系中C、F、K、P分別代表水泥、粉煤灰、礦渣粉、膨脹劑，其后數值為百分含量。

試驗發現，所有開裂的試件均是從圓環半徑方向開裂，而且沒有開裂征兆，均是瞬間通裂。由表2可知，C100體系和C80F20體系的裂縫寬度較寬，平均達到0.20 mm，C70K30體系裂縫寬度較小，一般為0.10～0.15 mm。據此可得，摻入粉煤灰能有效減小混凝土的干燥收縮，而摻入礦渣粉的效果不明顯。然而由于摻合料會降低混凝土的早期抗拉強度，其摻量并非越多越好，如C50F20K30、C40F20K40膠凝體系試樣均產生了裂縫。而C60F20K20體系以及加入膨脹劑的C70F20P10體系試樣均未出現裂縫。

綜合水化放熱性能試驗和小圓環開裂試驗結果，在沉管主體混凝土試配階段，擬采用摻入20%粉煤灰和20%礦渣粉的膠凝材料體系，該膠凝材料體系水化熱較低，抗裂性能較好。此外，考慮到管節后澆帶中摻入膨脹劑會對混凝土強度產生不利影響，后澆帶混凝土不摻入對其抗裂性能提升較弱的礦渣粉，擬采用摻入20%粉煤灰和10%膨脹劑的C70F20P10膠凝材料體系。

2.2混凝土試配試驗

根據沉管管節混凝土的施工工藝、防滲防裂及容重要求，確定了混凝土設計指標，見表3。其中，后澆帶為管段連接的關鍵部分，為保證其防裂性能，根據前述研究成果，添加膨脹劑并降低礦渣粉摻量以獲得高強度等級的管段主體補償收縮混凝土。

結合前述優選出的膠凝體系組合及膨脹劑摻量，調整并確定工作性能良好的減水劑配比，進而開展了多組配合比設計與試配試驗，并通過物理力學性能、耐久性以及溫度應力試驗檢測相關指標，最后優選出經濟效益、物理力學性能、耐久性能及抗裂性能等綜合指標良好的大體積防滲抗裂高性能混凝土配合比，如表4所示。其中沉管主體和后澆帶混凝土膠凝材料體系(包括膨脹劑)、減水劑、用水量、細骨料和粗骨料的比值分別為1∶0.010∶0.39∶1.81∶2.60和1∶0.014∶0.35∶1.66∶2.49，試樣相關性能指標見表3。

表3沉管主體和后澆帶混凝土性能指標

Table 3Concrete performance indexes for main tunnel and later casting section

項目設計指標試驗結果主體后澆帶28d抗壓強度/MPa 主體≥48.2;后澆帶≥53.2 49.3 56.428d電通量/C <1000652900水中14d膨脹率/% ≥0.0150.055抗滲等級 ≥P10P12P14坍落度/cm 18～221919初凝時間/h ≥610.08.5終凝時間/h ≤2412.511.0主體密度/(t/m3) 2.36～2.392.38后澆帶密度/(t/m3) 2.38～2.402.38入模溫度/℃ ≤3019.119.7應力儲備/% >1379.558.8抗裂安全系數Kf >1.154.892.43

表4沉管主體和后澆帶混凝土配合比

Table 4Concrete mixing proportion for main tunnel and later casting sectionkg/m

3

3　溫度控制技術

考慮到實際工程環境和施工工藝的復雜性，有必要對現澆沉管管節大體積混凝土進行溫度測試，準確掌握大體積混凝土內溫度變化的規律，進而合理指導冷卻水管的布置，避免管段危害性裂縫的產生，確保沉管管節的防滲抗裂性能。

3.1試澆塊試驗分析

采用表4優選的沉管主體配合比，現場澆筑2個結構尺寸為1.2 m×1.2 m×1.2 m的混凝土試澆塊，環境溫度為28 ℃。試塊1中分別在試塊豎直中軸線上距頂面0.3 m(上端)、0.6 m(中心)和0.9 m(下端)處垂直預埋FS-NM15應變計，試塊2僅在上端、中心處預埋。此外，試塊1中額外布設冷卻水管通水降溫，2試塊均采用土工布覆蓋并灑水保濕養護14 d。分析測試數據可知，試塊1和試塊2均未出現貫穿裂縫，故此可認為優選的配合比基本滿足沉管主體的溫度裂縫控制要求。

試塊1和試塊2各測點溫度歷時曲線和頻率差歷時曲線見圖3。分析測溫數據可知，試塊1上端和下端的溫度和頻率差變化規律非常接近，說明冷卻水管上下兩部分混凝土中的溫度變化規律相似。由圖3(a)可知，試澆塊1、2的芯部混凝土最高溫度分別為46.7、52.9 ℃，最高溫差分別為5.2、7.9 ℃，均遠低于規范要求的70 ℃最高溫度和25 ℃最高內外溫差。由圖3(b)可知，試澆塊1內部的頻率差最高值為+45.5 με，試澆塊2內部頻率差最低值為-5 032.3 με、最高值為+978.4 με。由此可知，試澆塊1內溫度、頻率差的升高與降低都比較平穩，均在合理的范圍內，試澆塊2的溫度升高與降低也比較平穩，但其頻率差即應變差波動比較大，且差值有正有負。

(a)溫度歷時曲線

(b)頻率差歷時曲線

Fig. 3Temperature and frequency difference of test block 1 and test block 2

綜上所述，在未布置冷卻水管的試澆塊混凝土施工過程中溫度和溫度差峰值均滿足相應的規范要求，但對于分階段澆筑的大體積混凝土構件而言，新澆混凝土受到已澆混凝土的約束作用，頻率差過大的幅值波動可能會引起混凝土產生較大的溫度應力，故需要在后一施工段中采取相應的溫控防裂措施。而在大體積混凝土內設置冷卻水管，能夠有效降低混凝土內部溫度、內外溫差以及應力波動，從而減小混凝土內貫穿裂縫出現的可能性。混凝土入模后96 h即4 d，是其水化放熱最為活躍的時期，之后混凝土內部溫度降至較低值。據此本工程中采用2.2節優選的配合比，并結合冷卻水管通水降溫，拆模時間可設為4 d左右，由此獲得的沉管大體積混凝土具有良好的防滲抗裂性能，同時該結論也為管段現場預制的施工控制提供了指導。

3.2溫度監測與控制技術

根據文獻[11]中沉管管節預制溫度場和應力場的有限元數值分析結果可知，管節底板和邊墻交界處中心溫度達到最大值，應力主要集中于底板邊墻交界和邊墻施工縫處，故本文主要針對這些部位進行溫度監測，從而指導相應防裂措施的安排部署。

3.2.1溫控測試與信息化施工

為有效防止管段預制過程中溫度裂縫的產生，本工程采用JTM-2型溫度巡回檢測系統，根據溫控方案在管段澆筑過程中埋設熱電偶溫度計(WREX-10/WRKX-10)，實時監測測點的溫度變化情況，經過分析處理數據后對施工方法與工藝進行評價，從而對施工提出合理的建議。現場溫度控制系統具有布置簡單、測量范圍廣、精度高和靈敏度高等優點。其實施流程如圖4所示。

在溫度控制布點設計中，分別在底板和頂板倒角處、邊墻3個部位各預埋內側、外側及中心3個測溫元件，預埋件應予以固定牢固并進行保護處理，混凝土下料時不得直接沖擊、振搗時不得觸碰相應部件。為確保施工質量，根據混凝土水化熱發展趨勢對測試頻率進行合理地調整，測量間隔時間最開始為1 h，之后改為2 h，當溫度梯度降至一定程度后改為4 h，溫度降低速率較低后改為12 h，溫度趨于平穩后則改為24 h。14 d后根據實際測試結果決定是否停止監測，通常30 d后混凝土溫度與環境溫度相差不大，可停止測試。

圖4　現場溫度控制實施流程

3.2.2循環冷卻水降溫

由于沉管管節分2個施工段先后澆筑下層3.6 m和上層4.7 m管節，在澆筑第2施工段管節時，新澆混凝土受到已澆下層混凝土的約束作用，致使第2施工段管節邊墻容易產生裂縫。另一方面，第2施工段邊墻混凝土澆筑后形成的水平施工縫處散熱條件與邊墻立面及頂端的差別明顯，從而增大了新澆邊墻混凝土內部的溫度梯度，特別當新澆管節邊墻較長時，該問題更為明顯。因而在第2施工段上層4.7 m邊墻內布置冷卻水管，降低混凝土的水化熱溫升，減小邊墻在2個施工段內的溫差，從而有效控制溫度裂縫的產生。

冷卻水管采用外徑30 mm、內徑27 mm的黑鐵管或鍍鋅水管，邊墻內冷卻水管距水平施工縫300 mm且處于1 m厚的墻體中心布置，沿高度方向冷卻水管間距為1.0～1.2 m，共設4排，冷卻循環水系統按同時冷卻施工管段的兩側邊墻設計，邊墻冷卻水管與測溫元件布置如圖5所示。

圖5　邊墻冷卻管及測溫元件布置示意圖(單位： mm)

Fig. 5Layout of sidewall cooling water pipe and temperature measuring elements (mm)

本冷卻水循環系統采用密閉式冷卻循環系統，具有不堵塞、不結垢和基本不消耗水等優點。冷卻循環過程一直持續到溫控測試工作結束為止，通過對水泵進行控制，確保混凝土內部溫度與進水溫差控制在20 ℃左右，若發現溫差過小，應在水箱中加入冷水擴大溫差，以增強冷卻效果，降低混凝土內部溫度峰值。

3.2.3溫控效果分析

本節以E3-3澆筑段(E3管節的第3澆筑段)為例，首先澆筑底板，再澆筑邊墻和頂板。根據3.2.2節分析，第2施工段澆筑的沉管邊墻的溫度控制應予以重視，此外考慮到底板倒角處混凝土厚度較大，底板溫度監控主要針對倒角處開展。底板倒角、邊墻溫度變化測量曲線如圖6所示。

由圖6可知，E3-3管段各部分混凝土入模溫度基本控制在30 ℃以下，澆筑約2.5 h后，溫度開始快速上升。其中，結構中心曲線上升較快，而內外側變化相對平緩，且升溫階段表面溫度總是低于內部溫度，溫差逐漸擴大。這是在膠凝材料水化放熱過程中，由于混凝土導熱不良導致結構中心相對表面散熱較慢，內部水化熱積聚不易散發，從而形成較大溫差。澆筑完畢24～30 h后，結構混凝土溫度達到峰值，其中，底板中心最高溫度為64.0 ℃，較側墻中心最高溫度58.9 ℃高約6 ℃，這是由于邊墻厚度相對較小且有循環冷卻水持續降溫引起的。中心溫度達到峰值后保持約12 h，之后開始緩慢下降； 而外側溫度峰值保持時間較短，約3 h后開始明顯下降，并逐漸緩慢接近外界環境溫度。約40 h時混凝土內外溫差達到峰值，底板倒角溫差峰值達24.1 ℃，邊墻達17.3 ℃。澆筑完畢約74 h后，底板倒角內外溫差仍達17.8 ℃，而邊墻內外溫差僅約10 ℃。

(a)底板倒角

(b)邊墻

此外，由圖6可知，混凝土澆筑在2 h內啟動冷卻水循環降溫效果明顯，可加快散熱。通水持續時間根據溫度曲線，暫定至澆筑完畢50 h，但需繼續加強溫度監測，如果停止通水后，溫度再回升，需要重新通水冷卻。約4 d后，混凝土達到常溫，即可完全停止通水。

4　管節混凝土施工防裂措施

除混凝土溫度應力之外，混凝土施工時的入模溫度、澆筑與搗固、表面處理與養護等也是影響管節防滲抗裂性能的重要因素。

4.1混凝土的入模溫度控制

沉管管節預制所需混凝土方量大，應盡可能集中拌制，本工程采用在臨近施工地點自建拌合站供應混凝土。施工時主要通過以下方法來控制入模溫度：

1)設置足夠數量的儲存罐，水泥充分降溫后才能使用； 砂石堆場、取料皮帶運輸機等搭設防曬棚，以防砂石被暴曬。當氣溫較高時，在使用前一天用冷卻水淋灑碎石，進行預先降溫處理； 拌和混凝土取用粗骨料時，采用坑道方式取用底層材料，避免取用較高溫度的表層骨料。

2)原材料計量采用電子計量設備，精度應符合現行國家標準有關規定，且根據粗、細骨料含水率變化，及時調整粗、細骨料和拌合用水的稱量，確保混凝土實際拌合配合比與設計值相差不大。

3)嚴格控制混凝土入模溫度小于30 ℃，根據不同氣溫條件，采用如表5所示的溫控措施。

表5不同氣溫條件下混凝土入模溫度控制措施

Table 5Temperature control technologies for concrete pouring under different ambient temperatures

氣溫/℃溫控措施 24～26砂石沖水、水泥預冷 26～30砂石沖水、水泥預冷、加冰水攪拌 30～34砂石沖水、水泥預冷、加碎冰攪拌 >34砂石沖水、水泥預冷、加碎冰和冰水攪拌

4)隨著季節及施工環境的變化，混凝土攪拌時間也應隨之調整，此外，聚羧酸摻量也可在0.9%～1.1%內進行微調，通過出機拌合物性能指標檢測來綜合確定。

5)在運輸過程中需保持混凝土的均勻性，保證不分層、不離析、不漏漿，運送到澆筑地點時混凝土應符合規定的坍落度，如出現離析現象需經二次攪拌后方可使用。嚴禁在途中及現場向車中加水和減水劑使混凝土達到施工坍落度要求。

6)高溫季節運輸時應加快運輸和澆筑速度，在混凝土輸送容器、管道外用帆布遮陽，并經常澆水降溫，以減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度上升。

4.2混凝土澆筑與搗固

為控制現澆混凝土管段由于自身收縮不均或沉降不均可能產生的有害裂縫，管段預制采用分段、分次、分節澆筑混凝土的施工工藝，并設置后澆帶，每段混凝土分2次澆筑，先澆筑底板，再澆筑頂板和側墻。圖7(a)、(b)分別為E3管節各分段澆筑順序圖和后澆帶設置圖。為避免先澆混凝土因收縮不充分而產生收縮裂縫，采用后澆帶混凝土滯后澆筑的方法，來控制此類裂縫的產生，滯后時間不少于42 d。

在沉管管節澆筑與振搗過程中，應注意以下施工工藝：

1)管段澆筑混凝土時，自下而上分層均勻上升澆筑，每層高度不得超過30 cm，上下混凝土澆筑間隔時間不得超過初凝時間。對于沉管底板及頂板，由于其平面尺寸較大，厚度達1.2 m和1.1 m，澆筑時應采用臺階法推進，如圖8所示。

(a)管節混凝土澆筑順序

(b)管節后澆帶設置

圖8　混凝土分層澆筑示意圖

2)混凝土下料傾落高度不宜超過2 m，否則混凝土會產生離析，澆筑層厚度應不大于振搗棒作用部分長度的1.25倍。混凝土運輸、澆筑及間歇時間均不得超過規范規定值，當超過時應留置施工縫。

3)合理確定澆筑時間，盡量避免在大風、大雨天氣以及太陽輻射較高的時間澆筑，夏季高溫盡量選擇在夜間(溫度低)施工，冬季低溫選擇在白天(溫度高)施工。

4)采用插入式振搗棒振搗現澆混凝土，振搗棒要垂直地插至前一層混凝土，以保證新澆混凝土與已澆混凝土結合良好，插進深度一般為50～100 mm。

5)振搗方法是快插慢抽，混凝土振搗密實的標志是混凝土停止下沉、不冒氣泡、無泛漿、表面平坦。不能漏振、欠振、過振，不能在模板內利用振搗器使混凝土長距離流動或運送混凝土，以免引起離析。

6)受頂部兩側大倒角影響，沉管外側墻上部混凝土澆筑難度較大，需在頂板鋼筋上預留一個孔洞，以方便施工人員爬進側墻振搗； 待混凝土澆筑到頂板高度時，補扎鋼筋，繼續澆筑混凝土，重新封閉下人孔洞。

4.3混凝土表面處理與養護技術

1)沉管管節大體積混凝土分段澆筑完畢，應在混凝土初凝之后和終凝之前進行二次振搗或表面抹壓，排除上表面的泌水，用木拍反復抹壓密實，消除最先出現的表面裂縫，再覆蓋保溫棉布或塑料膜。

2)底板澆筑完畢并完成收水后，覆蓋土工布并澆水進行潮濕養護； 頂板混凝土終凝后，上表面蓄水養護； 中隔墻在拆模后覆蓋土工布并噴水進行保濕養護； 邊墻覆蓋土工布噴淋養護，如圖9所示。

(a)頂板蓄水養護

(b)邊墻噴淋養護

3)嚴格控制混凝土拆模時間，應當在混凝土強度達到設計強度75%以上，預計拆模后的混凝土表面溫降不超過9 ℃才允許拆模。

4)外側墻在工期允許的情況下，適當推遲混凝土拆模時間，拆模后，繼續保溫保濕養護，管段主體養護時間不小于14 d，后澆帶養護不低于28 d； 內模拆除后，在內孔兩側孔口處用土工布(塑料薄膜)掛簾法封蓋，阻止空氣流動，減小內孔的水分散失，并經常在管內及外側墻表面澆水，保持管內相對濕度大于85%以上。

5)根據前述溫控測試及循環冷卻水降溫技術，嚴格控制混凝土內部中心溫度、內外溫差梯度、表面與環境溫差，一般4 d左右即可完全停止通水降溫。之后應立即對墻體進行灌漿處理，以防止管內冷卻過快而產生收縮裂縫。

通過上述混凝土拌制與運輸、澆筑與搗固、表面處理與養護等施工措施，紅谷隧道沉管管節混凝土澆筑整體質量可控，裂紋發育較少，管段無貫穿性裂紋，保證了管節的防滲抗裂性能，為紅谷隧道下階段管節沉放施工打下了堅實的基礎。

5　結論與討論

1)獲得了滿足防滲抗裂性能及容重要求的沉管混凝土優選的膠凝體系和配合比： 主體和后澆帶膠凝材料采用雙摻技術，分別為C60F20K20和C70F20P10。主體和后澆帶膠凝材料、減水劑、用水量、細骨料與粗骨料的比值分別為1∶0.010∶0.39∶1.81∶2.60和1∶0.014∶0.35∶1.66∶2.49。

2)設置循環冷卻水系統可有效降低內外溫差和混凝土內部應力波動頻率，是確保管段混凝土不裂的重要技術措施； 循環冷卻水工作時間最佳為澆筑完畢2～50 h。

3)沉管管節第1施工段澆筑的下層混凝土溫度及內外溫差峰值分別為64.0、24.1 ℃，均滿足設計要求；第2施工段邊墻混凝土由于循環冷卻水的降溫作用，其內溫度及溫差峰值相較下層混凝土降低6～7 ℃，有效控制了因邊墻先后上下分層澆筑所引起的溫度裂縫。

4)采用骨料預冷、冰水拌合等措施有效控制混凝土入模溫度不高于30 ℃，同時通過分段分次分節澆筑混凝土、設置后澆帶、循環冷卻水降溫以及頂板蓄水、底板及中隔墻覆蓋土工布并澆水養護、邊墻覆蓋土工布并噴淋養護等針對性措施，形成了大體積混凝土管節預制全過程的防裂技術體系，保障了管節大體積混凝土的防滲抗裂性能。

本文從混凝土配合比設計、溫度控制技術、施工工藝等方面論述了沉管管節預制的溫控與防裂技術，可有效控制大體積混凝土裂縫的產生。但文中沒有分析各措施對裂縫防控的作用大小，在今后的研究中有必要對其深入探討。

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Temperature Control and Crack Prevention Technologies for Segment Concrete of Honggu Immersed Tunnel

PENG Zaiyong

(ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

The double-line 6-lane segment of Honggu Immersed Tunnel has many characteristics, such as large cross-section, complex structure, mass casting concrete, difference between inner and outer temperatures and temperature stresses and high anti-seepage and crack prevention performances. The hydration heat and small circle cracking test are carried out so as to select cementing materials. The mixing proportion of concrete is determined by mechanical property test, durability test and impermeability performance test. The cast-in-situ test block and temperature test are carried out. The internal temperature variation rules of concrete and effect of cooling pipe are analyzed. The arrangement of cooling pipes during segment prefabrication and relevant temperature control and crack prevention technologies are presented according to temperature control and informatized construction. A series of technologies have been adopted, i. e. concrete temperature control technology, concrete casting technology, time control of cooling pipe and mould dismantling and segment maintaining technology.

Honggu Immersed Tunnel; mass concrete; temperature stress; mixing proportion; temperature control; crack prevention technology; informatized construction

2016-05-19;

2016-09-12

彭再勇(1975—)，男，四川合川人，1997年畢業于武漢冶金科技大學，工業與民用建筑專業，大專，工程師，主要從事隧道及地下工程研究工作。E-mail: 752556920@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.09.017

U 454

B

1672-741X(2016)09-1139-08