楊 普 新

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610000)

·施工技術(shù)·

雀兒山隧道不摻防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)研究★

楊 普 新

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610000)

介紹了雀兒山隧道的工程概況與氣候特征，針對高寒地區(qū)隧道工程冬季混凝土施工摻加防凍劑的弊端，從混凝土拌制、運輸、澆筑、養(yǎng)護等環(huán)節(jié)，闡述了該隧道不摻防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)，有效提高了混凝土的強度及耐久性。

隧道，混凝土，防凍劑，保溫措施

1 工程簡介及氣候特征

雀兒山隧道位于四川省甘孜州德格縣境內(nèi)，為國道G317線(川藏北線)控制性工程。隧道全長7 079 m，進口設(shè)計高程4 377.01 m，出口設(shè)計高程4 232.83 m,隧道最大埋深700 m，是當今世界上海拔最高的公路隧道。隧道設(shè)平行導(dǎo)坑，平導(dǎo)布設(shè)于主洞左側(cè)約33 m，與主洞大致平行，長度7 018 m。線路采用山嶺重丘區(qū)二級公路建設(shè)標準。

雀兒山隧道地處青藏高原東部的川西高原，隧址區(qū)位于青藏高原北東邊緣的沙魯里山脈北部山系雀兒山，屬高山～極高山冰川地貌，高原山嶺高寒氣候。具有海拔高、低氣溫、低含氧量、低氣壓的特點。雀兒山隧道隧址區(qū)氣候條件惡劣，冬季漫長(一般情況下從本年11月初至來年3月31日)，年平均氣溫在-0.7 ℃，年極端最低氣溫為-36.2 ℃；全年平均積雪日數(shù)為174 d，年最大積雪深度為61 cm。

2 高寒地區(qū)隧道工程冬季混凝土施工摻加防凍劑的弊端

在高寒地區(qū)隧道工程冬季混凝土施工中防止混凝土幼齡期受凍是保證混凝土強度及耐久性的關(guān)鍵所在。為防止混凝土凍害的發(fā)生，在實際的工程中，通常有蓄熱法和摻加防凍劑這兩種方法。隨著研究的深入，國內(nèi)外學(xué)者一致認為摻入防凍劑以后對普通混凝土性能影響不大，但是對低溫混凝土耐久性影響很大，防凍劑會使低溫混凝土出現(xiàn)表面吸濕的情況，嚴重影響低溫混凝土后期的耐久性。

從查閱的資料來看，摻加防凍劑也會嚴重影響工程進度。加入防凍劑之后，混凝土的凝固速度嚴重變慢。當環(huán)境溫度為-10 ℃時，混凝土的7 d強度只達到設(shè)計強度的30%，混凝土養(yǎng)護至拆模的時間會嚴重變長，施工速度大大降低。

3 雀兒山隧道采取的低溫混凝土施工措施

雀兒山隧道在冬季混凝土施工中主要采用蓄熱法，通過對混凝土拌和站及原材料加熱、調(diào)整養(yǎng)護制度等方式來防止混凝土凍害的發(fā)生，提高混凝土的抗凍和抗?jié)B耐久性。

混凝土施工過程分為拌制、運輸、澆筑和養(yǎng)生。規(guī)范要求混凝土澆筑時的入模溫度不小于5 ℃。若要保證入模溫度，需先保證混凝土拌制后的溫度，控制混凝土運輸過程中溫降，還需要控制澆筑和養(yǎng)護過程中的溫度，這樣才能保證混凝土的質(zhì)量。

3.1 混凝土拌制過程控制溫度方案

拌和站、砂石材料倉均采用10 cm厚的彩鋼板包裹，內(nèi)部安裝2臺8 t的燃煤鍋爐，在料場每個料倉布設(shè)循環(huán)熱水地暖。在彩鋼房靠近砂石料倉的墻壁上安裝散熱片，1臺鍋爐用于對砂石等原材料進行地溫加熱和提高棚內(nèi)溫度，使砂子不產(chǎn)生結(jié)塊現(xiàn)象，同時保持棚內(nèi)溫度在10 ℃以上；另1臺鍋爐用于加熱混凝土的拌和用水，控制水溫在60 ℃左右。拌和站接料斗外側(cè)、砂石料棚后側(cè)均裝有棉簾子，供混凝土運輸車、砂石料車及鋼筋運輸車進出?？傮w平面布置見圖1。

混凝土原材料加熱時，優(yōu)先加熱水。水的加熱溫度不宜高于60 ℃，當骨料不加熱時，水可加熱至60 ℃以上。當加熱水不能滿足要求時，根據(jù)每天用量集中在室內(nèi)通過地暖對骨料也進行加熱。

冬季施工時嚴格按以下投料順序進行拌和：石→砂→水→水泥→外加劑，這樣可以避免水溫太高后給水泥和外加劑帶來不利影響。

攪拌混凝土前進行熱工計算。

3.1.1 混凝土拌合溫度

T0=[0.92(MceTce+MsaTsa+MgTg)+4.2Tw(Mw-WsaMsa-WgMg)+C1(WsaMsaTsa+WgMgTg)-C2(WsaMsa+WgMg)]÷[4.2Mw+0.9(Mce+Msa+Mg)]。

其中,T0為混凝土拌合物溫度,℃；Mw為水用量，取170 kg；Mce為水泥用量，取315 kg；Msa為砂用量，取678 kg；Mg為碎石用量，取1 185 kg；Tw為水的溫度，取60 ℃；Tce為水泥的溫度，取-30 ℃；Tsa為砂的溫度，取10 ℃；Tg為碎石的溫度，取10 ℃；Wsa為砂的含水率，取2%；Wg為碎石的含水率，取1%；C1為水的比熱容,kJ/(kg·K)，骨料溫度=10 ℃>0 ℃，取4.2；C2為冰的溶解熱,kJ/kg，骨料溫度=10 ℃>0 ℃，取0。

洞內(nèi)C30混凝土，其配合比為1∶2.15∶3.76，W/C=0.54。每立方米含水泥315 kg，砂678 kg，石1 185 kg，水170 kg，估計砂含水率2%，石含水率1%。

計算得:T0=17.2 ℃。

3.1.2 混凝土出機溫度

T1=T0-0.16(T0-Ti)。

其中，T0為混凝土拌合物出機溫度,℃；Ti為攪拌機棚內(nèi)溫度，取10 ℃。

計算得:T1=16.1 ℃>10 ℃。

3.1.3 混凝土經(jīng)運輸?shù)綕仓r溫度

T2=T1-(at1+0.032n)(T1-Tn)。

其中,T2為混凝土拌合物運輸?shù)綕仓r的溫度,℃；t1為混凝土拌合物自運輸?shù)綕仓r的時間，洞外取0.1 h，洞內(nèi)取0.5 h；n為混凝土拌合物運轉(zhuǎn)次數(shù)，洞外不攪拌，取0次，洞內(nèi)取5次；Tn為混凝土拌合物運輸時的環(huán)境溫度，洞外取-30 ℃，洞內(nèi)平均取0 ℃；a為溫度損失系數(shù)(h-1)，因采用混凝土攪拌車運輸,取a=0.25。

計算得:T2=10.4 ℃>5 ℃。

由上述計算可知，在砂、石預(yù)熱溫度為10 ℃，水預(yù)熱溫度為60 ℃，水泥溫度為-30 ℃時，混凝土拌和后溫度為17.2 ℃，混凝土的出機溫度為16.1 ℃，混凝土的澆筑溫度為10.4 ℃，完全可以滿足施工的要求。加熱系統(tǒng)原理見圖2。

3.2 混凝土運輸?shù)谋卮胧?/p>

雀兒山隧道將拌和站設(shè)置在隧道洞口位置，以縮短混凝土的運輸距離；適當提高混凝土運輸速度以減少運輸過程所消耗的時間；對混凝土輸送罐車的罐體采用5 cm厚的絲棉包裹，在洞外運輸過程中罐體不轉(zhuǎn)動，以降低混凝土運輸過程中的散熱速度。

3.3 混凝土澆筑的保溫措施

二襯混凝土施工時，如果現(xiàn)場溫度低于5 ℃，就應(yīng)該對作業(yè)環(huán)境進行加熱處理。模板臺車就位后，首先按圖3方式掛設(shè)彩條布作為暖棚，然后在臺車內(nèi)采用電暖氣加熱，待巖壁溫度和內(nèi)部氣溫大于5 ℃時，再進行混凝土的澆筑作業(yè)。

另外，運到現(xiàn)場的混凝土也應(yīng)該進行測溫，以確保混凝土入模溫度大于5 ℃。

3.4 養(yǎng)護保溫措施

混凝土在強度形成的早期階段如果遭受凍害會對后期強度和耐久性都有較大的影響，抗壓強度和抗?jié)B性能指標都有大幅度的降低。因此在混凝土強度形成的早期階段做好冬季施工養(yǎng)護至關(guān)重要。

試驗表明混凝土在達到自身的抗凍臨界強度以后遭受低溫凍害作用，最終的28 d標準強度不會產(chǎn)生明顯的降低。養(yǎng)護時間長，對于混凝土強度的增長是有好處的，但是不夠經(jīng)濟，對節(jié)能減排和投資控制不利。所以養(yǎng)護時間以混凝土達到抗凍臨界強度為宜。

一般澆筑完成后，采用電暖氣繼續(xù)進行保溫3 d后拆模，具體拆模時間根據(jù)同等強養(yǎng)護試件的強度來確定，當同等養(yǎng)護試件的強度大于5 MPa后，方可進行拆模。

4 結(jié)語

雀兒山隧道不摻防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)不僅可以保證混凝土的質(zhì)量及耐久性，還為確保工期、節(jié)約投資作出了貢獻。隨著我國公路建設(shè)向縱深發(fā)展，在高原高寒地區(qū)建設(shè)的公路項目越來越多，雀兒山隧道不摻加防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)為日后的高原高寒地區(qū)公路隧道低溫混凝土的施工有重要的參考與借鑒意義。

[1] 國道317線雀兒山隧道Q2合同段項目部.雀兒山隧道實施性施工組織設(shè)計[Z].

[2] 陳志軍.解析寒區(qū)隧道二襯混凝土冬季施工溫控技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新,2015(5)：6-9.

[3] 譚賢君,陳衛(wèi)忠,王 輝，等.寒區(qū)隧道二襯混凝土冬季施工溫控技術(shù)研究[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報,2013(19)：25-27.

[4] 郭 春,王明年,李海清,等.高寒高海拔隧道冬季混凝土施工材料溫度確定[J].公路隧道,2012(11)：27-28.

Study on the construction technology of low-temperature concrete without antifreeze at Que’ershan tunnel★

Yang Puxin

(SichuanVocationalandTechnicalCollegeofCommunications,Chengdu610000,China)

The paper introduces the engineering survey and climate features of Que’ershan tunnel, and illustrates the low-temperature concrete construction technique of the non-absorbent anti-freezing agent from the concrete mixing, transportation, grouting, and maintenance according to the defects of the anti-freezing agent for the winter concrete in tunnel projects of cold areas, so as to improve the strength and durability of the concrete.

tunnel, concrete, anti-freezing agent, temperature insulation measure

1009-6825(2017)05-0126-03

2016-12-04★：2016年四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技教育發(fā)展基金資助項目(項目編號：2016-580-20)

楊普新(1978- )，女，碩士，高級工程師

TU755

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