太湖隧道混凝土收縮裂縫控制技術

太湖隧道是蘇錫常南部高速公路項目的重要節點工程，是江蘇省高速公路、跨江大橋建設史上一次性單體投資最大的項目。太湖隧道全長10.79 km(其中暗埋段長10 km)，橫斷面總寬43.6 m，是目前國內最長的水下隧道，在太湖梅梁湖水域“一隧穿湖”，串聯蘇、錫、常三地。隧道主體結構混凝土底板、側墻和頂板厚1.2～1.5 m，混凝土設計強度等級C40，采用堰筑法工藝，豎向分步澆筑，澆筑間隔齡期通常超過15 d。受超長、超寬、大體積、分步澆筑等因素影響，隧道主體結構混凝土溫升高，溫降收縮和自收縮大，所受內外約束強，開裂風險突出。既有工程實踐表明，現澆超長、大體積混凝土結構極易在施工期就產生貫穿性收縮裂縫，進而導致嚴重的滲漏問題，影響構筑物使用功能和服役壽命。

圖1 建設中和建成后的太湖隧道

圖2 隧道主體結構混凝土分步澆筑示意圖

針對堰筑法超長超寬隧道混凝土開裂滲漏突出問題，高性能土木工程材料國家重點實驗室與江蘇省交通工程建設局、東南大學等協同攻關，創新了混凝土抗裂性評估與設計方法，開發了抗裂性提升功能材料，攻克了關鍵應用技術，形成了隧道現澆混凝土收縮裂縫控制成套關鍵技術。取得了以下創新成果：

1)建立了考慮混凝土材料、環境溫濕度、分步澆筑約束耦合作用的混凝土抗裂性量化評估模型，開發了超長結構抗裂性評估與設計軟件，提出了基于可靠度的超長超寬隧道現澆混凝土抗裂性設計方法，突破了單一溫控設計的局限。

2)發明了高溫型水化溫升抑制材料和多元復合膨脹材料，可定向、高效降低隧道混凝土不同階段的多種收縮，降低水化放熱速率50%以上、混凝土收縮30%以上，為隧道混凝土收縮裂縫控制提供了關鍵材料。

3)提出了超長超寬隧道現澆混凝土全過程精準調控收縮應力的新方法，可制備低收縮、高抗裂隧道混凝土，動態調整工藝參數，靶向控制混凝土收縮應力低于開裂閾值，不開裂保證率達到95%以上。

圖3 隧道混凝土抗裂性調控示意圖

此研究成果應用于太湖隧道主體結構140余萬立方米混凝土，并推廣應用于10余項現澆隧道工程。工程檢測結果表明，采用此研究成果的超長超寬隧道主體結構混凝土不開裂、無滲漏。在此基礎上，項目團隊編制了江蘇省地方標準《明挖現澆隧道混凝土收縮裂縫控制技術規程》及抗裂材料的行業標準《混凝土水化溫升抑制劑》，引領隧道混凝土收縮裂縫向量化計算、精準控制方向發展，為促進隧道工程建設向綠色低碳、長壽命方向發展提供了有力保障。