高寒地區(qū)隧道二襯混凝土施工及質(zhì)量控制措施★

張 晶，王小龍，王稷良

(1.內(nèi)蒙古高等級公路建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司第三公路建設(shè)管理分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051； 2.中交一公局第一工程有限公司，北京 102205； 3.交通運輸部公路科學(xué)研究所，北京 100088)

1 概述

由于高寒地區(qū)隧道的自然環(huán)境特別惡劣，隧道的設(shè)計和施工難度很大，有霜凍損壞問題。例如，內(nèi)蒙古相關(guān)公路隧道一年大部分時間都在冰雪天氣中。溫差較大，溫度極低。隧道內(nèi)襯混凝土開裂、掛冰等凍損更可能發(fā)生(見圖1)，既費力，又費時，且具有成本效益。這些霜凍的危害的發(fā)生，不僅造成隧道內(nèi)襯不同程度的損壞，而且由于結(jié)冰、結(jié)霜等疾病導(dǎo)致行車病害的入侵，危及行車安全，對隧道的使用產(chǎn)生負(fù)面影響，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費。

根據(jù)國內(nèi)外混凝土冬季施工理論和方法的研究和混凝土凍損傷機(jī)理的分析，防治高寒地區(qū)隧道襯砌混凝土結(jié)冰損壞的關(guān)鍵，是采取合理有效的措施，確保混凝土在正溫下進(jìn)行水化，避免施工和維護(hù)階段混凝土結(jié)冰，使暴露的混凝土與環(huán)境溫度的溫差較小，便于施工，能有效防止或減少霜凍損壞的發(fā)生，并取得良好的施工效果。

結(jié)合內(nèi)蒙古有關(guān)公路隧道的實際情況，研究了一套有效的襯砌混凝土防凍施工技術(shù)措施，對高寒地區(qū)隧道建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。此外，它還可以為今后國內(nèi)類似的隧道工程提供很好的參考價值。

2 高寒地區(qū)隧道二襯混凝土施工工藝

2.1 二次襯砌施工整體工藝流程

以內(nèi)蒙古公路隧道為例，整個隧道的襯砌結(jié)構(gòu)是按照NATM原理設(shè)計的。根據(jù)實際需求，在內(nèi)蒙古公路隧道中采用復(fù)合襯砌。

仰拱和回填用手動模板進(jìn)行安裝。開挖后，應(yīng)盡快開工。仰拱采用大樣板模板，混凝土運輸車運輸混凝土，用插入式振動器進(jìn)行振動。在展開施工工作的時候，將混凝土由仰拱的中心對稱地澆筑到雙側(cè)，直到混凝土成型。接著進(jìn)行鋪底工作的時候，可以用混凝土運輸車來進(jìn)行混凝土運輸?shù)墓ぷ鳎缓笥闷桨逭駝悠鳌⒉迦胧秸駝悠鬟M(jìn)行搗實，再用振動梁找平，如圖2所示。

1)為了消弭兩組襯砌錯臺的現(xiàn)象，用9 m整體式液壓襯砌模板臺車進(jìn)行混凝土襯砌。

2)混凝土在拌合站集中拌合，由混凝土運輸罐車自動上料，然后由運輸車泵入混凝土，輸送泵泵送送入模具。定期檢查調(diào)試計量和自動控制部件。

3)澆筑的高度需要小于1.2 m，并應(yīng)左右對稱進(jìn)行，并用附著式振搗器結(jié)合插入式振動器進(jìn)行振動搗實。

4)在下坡施工部分，1根排氣兼灌漿管設(shè)置在上坡端拱頂。如有必要，應(yīng)注入水泥漿料進(jìn)行回填灌漿，以確保拱頂密實，如圖3所示。

2.2 高寒地區(qū)二襯混凝土施工注意事項

2.2.1 合理的進(jìn)行配合比設(shè)計，嚴(yán)格控制水灰比

對于高寒地區(qū)的二次襯砌混凝土工程，應(yīng)選擇早強(qiáng)波特蘭水泥，水泥強(qiáng)度視實際施工需求。在選擇砂石骨料上，應(yīng)該滿足以下性能指標(biāo)：壓碎值、含泥量、吸水率皆小。在進(jìn)行高寒區(qū)二次襯砌混凝土設(shè)計時，要根據(jù)強(qiáng)度等級要求，在良好的和易性、粘聚性、保水性和工作性的基礎(chǔ)上，盡可能降低水灰比。

2.2.2 加強(qiáng)施工過程的混凝土的防凍保溫措施

1)混凝土攪拌時防凍保溫措施。

混凝土攪拌時，要留意骨料里的凍結(jié)塊狀物，需要將其先挑出來，再進(jìn)行混凝土的拌和[1-2]。為使混凝土拌合物的溫度能平均分布，需采取合理的進(jìn)料順序，這不僅有利于混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，還可提高攪拌混凝土的效率。在投放物料時，應(yīng)先投放骨料和加熱水[3-4]。待拌和一段時間后，當(dāng)水溫降至40 ℃左右時，可將水泥放入連續(xù)拌和到指定時間，避免水泥假凝。

拌合站完全由彩鋼板封閉，在拌合站內(nèi)安裝多組暖氣片進(jìn)行加熱。應(yīng)將爐子放在配料機(jī)旁邊，在配料過程中，保持砂石料的溫度，并避免過冷結(jié)塊后造成的設(shè)備損壞。并且應(yīng)在拌合站的全部部件上都裝溫度計，用于溫度監(jiān)測。在用攪拌機(jī)拌和混凝土之前，還要先將攪拌機(jī)預(yù)熱起碼大于0 ℃，再進(jìn)行拌和，保證拌和的效果。在用攪拌機(jī)拌和混凝土的時候，應(yīng)將骨料和水充分拌和之后，再加入水泥和外加劑進(jìn)行拌和，這樣能保證混凝土的拌和效果。為確保混凝土攪拌質(zhì)量，高寒地區(qū)混凝土的攪拌時間比正常溫度長一半。還要隨時檢測外界溫度，據(jù)洞內(nèi)外溫度調(diào)節(jié)拌合水和加熱溫度。

2)混凝土運輸時防凍保溫措施。

保溫罩應(yīng)該加在混凝土運輸車滾筒外，保溫罩不能影響滾筒的正常轉(zhuǎn)動。在運輸?shù)臅r侯，要盡力減少運輸、裝卸時間，溫度損失最多5 ℃，運輸混凝土的卡車滾筒的轉(zhuǎn)速為2 rad/min～4 rad/min；在卸載之前，滾筒應(yīng)該高速旋轉(zhuǎn)30 s～60 s。

3)混凝土澆筑時防凍保溫措施。

a.隧道內(nèi)保溫。

為了確保隧道的溫度，安裝了兩個保溫門在隧道進(jìn)口附近，兩個保溫門之間相間15 m[5]。

首先，在基座澆筑C30混凝土地基，厚度為50 cm，寬度為50 cm。碎石土壤用于在地基前后2 m范圍內(nèi)墊上坡道，以方便車輛進(jìn)入。在混凝土澆筑時候，預(yù)先埋置間距1 m的φ60套管。在混凝土強(qiáng)度滿足要求后，用間距為1 m的φ42無縫鋼管組成鋼管架。然后用蝴蝶扣連接鋼管及剪刀支撐加固。

b.混凝土澆筑。

二襯混凝土不能太晚澆筑，要盡快及時地澆筑二襯混凝土，并得事先完成模板、鋼筋的清潔工作。澆筑的時候宜用木模板，如果條件允許的話，可用熱空氣澆筑噴灑模板表面和鋼筋。澆筑混凝土的時候，也要注意溫度，用放鍋爐等保溫手段，維持溫度在5 ℃以上，讓施工能夠順利進(jìn)行。

3 高寒地區(qū)隧道二襯混凝土施工質(zhì)量控制措施

3.1 高寒地區(qū)二襯混凝土原材料質(zhì)量控制措施

3.1.1 二襯混凝土原材料相關(guān)技術(shù)要求

高寒區(qū)隧道二次襯砌混凝土應(yīng)和硅灰混合，可同時與Ⅰ級粉煤灰、硅灰混合，也可以S105級磨細(xì)礦渣粉和硅灰混合，但不得同時與礦渣粉和粉煤灰混合。

對于高寒區(qū)二次襯砌混凝土，選用具有高減水率、早期強(qiáng)度效果好、降低凍點能力強(qiáng)的復(fù)合防凍劑[6]。

3.1.2 原材料的預(yù)熱保溫

在高寒地區(qū)施工中，因為在高寒地區(qū)碎石加工生產(chǎn)的效率低，應(yīng)在冬季之前，準(zhǔn)備好所需要的材料；儲備場內(nèi)的所有砂石材料都覆蓋著帆布，以防止雪水進(jìn)入材料產(chǎn)生結(jié)冰[7-9]。

原材料加熱可使用熱水，以確保高寒地區(qū)二次襯砌混凝土的溫度。沙子和石頭粗細(xì)集料的加熱可直接用蒸汽噴灑，或者卷起蒸汽管或加熱排管可以埋在堆放骨料的倉的底部，管道可以通過蒸汽或熱水加熱。

3.2 高寒地區(qū)二襯混凝土施工質(zhì)量控制措施

1)須通過精確測量確定周圍巖石的變形趨于穩(wěn)定[10]。要是圍巖不穩(wěn)定，可等一段時間以后，再脫模二襯混凝土，在增加圍巖的穩(wěn)定性的同時，還可以減少圍巖對二襯混凝土的壓力。

2)進(jìn)行仰拱施工之前，應(yīng)事先清潔地基的土石[11-12]，保持地基的清潔，測試地基對壓力承受能力。在這些工作完成后，模板臺車到位，以確保二襯混凝土的壓力能夠被仰拱結(jié)構(gòu)承受。

3)二襯混凝土應(yīng)用于隧道工程中，需要滿足相關(guān)性能指標(biāo)[13]，因此適量的外摻料和減水劑有利于二襯混凝土的抗裂機(jī)能的增強(qiáng)。混凝土的入模成型溫度應(yīng)控制在適度的區(qū)間內(nèi)，不宜過高或過低[14]。

4)切勿盲目追趕二次襯砌進(jìn)度，注意保持二襯混凝土與隧道開挖面之間的距離。

5)要注意高寒地區(qū)隧道的溫度轉(zhuǎn)變，溫度引起的內(nèi)部應(yīng)力有可能導(dǎo)致裂縫發(fā)展為貫穿裂縫，通過洞口的密封保溫措施預(yù)防。

6)二襯與仰拱的長度不能有所相差，注意仰拱和二襯的施工縫要能夠?qū)p施工，不影響實際的使用。要是沒有對縫施工的話，仰拱就會發(fā)生變形，從而導(dǎo)致二襯混凝土的破壞。

4 結(jié)語

1)在高寒地區(qū)，進(jìn)行隧道二襯混凝土施工時，對于其原材料，除了要摻入硅灰和加入高減水率、早期強(qiáng)度效果好、降低凍點能力強(qiáng)的復(fù)合防凍劑以外，還需要對其進(jìn)行預(yù)熱保溫。

2)在高寒地區(qū)，進(jìn)行隧道二襯混凝土施工時，在混凝土攪拌、運輸、澆筑的過程中，要時刻做好保溫。比如在施工處添加鍋爐，設(shè)置保溫門等措施；而需注意高寒地區(qū)隧道的溫度轉(zhuǎn)變，切勿盲目追趕二次襯砌進(jìn)度，注意仰拱和二襯的施工縫能夠?qū)p施工。

3)隧道二襯是隧道工程的一種安全手段，不僅確保高寒區(qū)隧道能夠長期安全運行，還是隧道工程必不可缺失的施工部分。結(jié)合冬季混凝土施工理論、混凝土凍損機(jī)理，結(jié)合內(nèi)蒙古有關(guān)公路隧道的實際情況，設(shè)計了一套高寒區(qū)二次襯砌混凝土施工技術(shù)措施。這對高寒區(qū)隧道施工具有重要的指導(dǎo)意義，為今后我國類似隧道的建設(shè)提供了寶貴的工程經(jīng)驗。