李常青

（北京中鐵誠業(yè)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，北京 100070）

0 前言

八達(dá)嶺長城站屬于地下火車站，位于新八達(dá)嶺隧道內(nèi)，地處八達(dá)嶺長城景區(qū)核心位置，是新建北京至張家口鐵路工程的標(biāo)志性工程，為了提高結(jié)構(gòu)安全余量和運營安全度、減少后期運營維護(hù)費用、推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，八達(dá)嶺長城站站臺層及車站兩端大跨過渡段隧道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)采用長壽命耐久性混凝土。

隧道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要受混凝土的密實度、表面裂紋以及周邊的腐蝕環(huán)境等因素的影響，采用中低熱水泥、Ⅰ級粉煤灰、多級配整形骨料、優(yōu)化配合比、控制入模溫度以及進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)等措施[1]，生產(chǎn)出高填充性、低水化熱、低收縮率和高密實性的襯砌混凝土[2]，形成長壽命耐久性混凝土結(jié)構(gòu)體系。

1 長壽命耐久性混凝土的技術(shù)要求

要使混凝土結(jié)構(gòu)的壽命長，具有耐久性，要注意以下5點：1） 選用合適的原材料，優(yōu)化配合比，制備高密實、高抗裂性、耐久性長壽命混凝土。2） 通過穩(wěn)定混凝土工作性能，合理分層、分窗布料，控制好每次澆筑高度，加強(qiáng)振搗，保證混凝土均勻、密實。3） 采取及時不間斷保溫保濕養(yǎng)護(hù)，控制混凝土碳化速率，保證混凝土強(qiáng)度及耐久性。4） 采取混凝土密實性的快速檢測方法對實體結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量進(jìn)行檢測，并采用預(yù)埋監(jiān)測元器件長期監(jiān)測實體結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)。5） 通過以上措施施工出低收縮、不開裂、抗碳化性能優(yōu)異、高填充性的耐久性長壽命混凝土。

2 長壽命耐久性混凝土的性能要求

混凝土的性能包括拌和物性能、硬化體性能、有害物質(zhì)含量和結(jié)構(gòu)實體性能。混凝土拌和物性能、混凝土硬化體性能和有害物質(zhì)含量應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定，見表1。結(jié)構(gòu)實體性能即混凝土抗壓強(qiáng)度采用90 d齡期進(jìn)行評定。

表1 混凝土性能與檢測方法

3 材料措施

混凝土的材料措施包括選用中低熱型水泥、Ⅰ級粉煤灰、整形骨料和補償收縮材料等?；炷猎牧铣龖?yīng)符合鐵建設(shè)[2010]255號文《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（TB 10005—2010）的規(guī)定外，還應(yīng)滿足以下要求。

采用中低水化熱的硅酸鹽水泥，要求水泥的3 d抗壓強(qiáng)度≤22 MPa，3 d水化熱不應(yīng)大于251 J/g，7 d水化熱不應(yīng)大于293 J/g。

粉煤灰應(yīng)選用顏色均勻、不含有油污等雜質(zhì)的C50及以上產(chǎn)品，且與水泥和水混合時不得有明顯的刺激性氣體放出，性能應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定要求。

細(xì)骨料應(yīng)選用級配合理、質(zhì)地堅固、吸水率低和空隙率小的潔凈天然河砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)為2.2～2.6，含泥量應(yīng)小于2.0%。

粗骨料選用粒形較好、級配合理的粗骨料，粗骨料應(yīng)由5.0 mm～31.5 mm的3級或以上多級配骨料整形混配而成，針片狀顆粒含量應(yīng)小于20%，測試針片狀顆粒含量所用的針、片狀規(guī)準(zhǔn)儀見表2。

表2 針、片狀規(guī)準(zhǔn)儀的孔寬和間距要求

補償收縮材料為抑制混凝土溫度收縮、干燥收縮引起的開裂，在混凝土配合比中摻入一定數(shù)量的石粉作為補償收縮材料。外加劑選用低R7、保坍性能較好的外加劑，1 h坍落度損失不應(yīng)大于20 mm；外加劑應(yīng)與膠凝材料具有良好的適應(yīng)性，確?；炷涟韬臀锊浑x析、不泌水，表面無明顯氣泡上浮現(xiàn)象。

4 生產(chǎn)措施

4.1 施工準(zhǔn)備

施工單位編制《長壽命耐久性混凝土實施方案》報建設(shè)單位批準(zhǔn)后實施，包括但不限于拌合站建設(shè)方案、原材料全項檢測措施、理論配合比選定及施工配合比驗證，原材料存放場地、拌制、運輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)措施及季節(jié)性施工措施、安全環(huán)保措施等。

4.2 拌和站建設(shè)要求

根據(jù)批準(zhǔn)的《長壽命耐久性混凝土實施方案》進(jìn)行混凝土拌和站建設(shè)，要求拌和機(jī)組一用一備，粉料罐（水泥、粉煤灰、石粉）設(shè)置合格倉和待檢倉各3個，粗骨料設(shè)置合格倉和待檢倉各3個，細(xì)骨料設(shè)置合格倉和待檢倉各1個，拌和站建成后報請建設(shè)單位組織監(jiān)理單位進(jìn)行驗收，經(jīng)驗收合格后才可以使用。

4.3 原材料檢測及配合比要求

原材料進(jìn)場后，施工單位應(yīng)按照國家鐵路局現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測規(guī)程》（TB10426）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗檢測，試驗檢測合格后通知駐拌和站監(jiān)理工程師見證取樣，全項見證取樣外委到國家鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（北京鐵科院）檢測，材料檢測合格報驗簽字后才可以使用。配合比經(jīng)多次試驗優(yōu)化后報監(jiān)理單位試驗室驗證審批，驗證合格批準(zhǔn)后才可以使用。

4.4 混凝土的施工管理

混凝土生產(chǎn)前由現(xiàn)場監(jiān)理工程師按照以下程序進(jìn)行檢測驗收：初支噴射混凝土質(zhì)量驗收合格→斷面輪廓線掃描驗收合格→預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索驗收合格、錨桿頭處理完畢驗收合格→縱、環(huán)向排水盲管鋪設(shè)及驗收合格→各種預(yù)埋管路及檢測設(shè)施鋪設(shè)完畢并驗收合格→土工布、防水板及縱、環(huán)向止水帶、止水條鋪設(shè)完畢并驗收合格→鋼筋安裝及驗收合格→檢查模板端頭的安裝就位情況、測量開挖輪廓線與模板間的凈距是否符合設(shè)計要求，模板臺車安裝就位、調(diào)試并驗收合格后，由現(xiàn)場監(jiān)理工程師簽發(fā)混凝土澆筑令。

拌和站接到混凝土澆筑令后，通知駐拌和站監(jiān)理工程師進(jìn)行開盤前檢查確認(rèn)，其檢查內(nèi)容為原材料各項指標(biāo)是否合格、檢查施工配合比是否設(shè)置準(zhǔn)確，檢查機(jī)械設(shè)備及運輸車輛是否滿足要求，滿足要求簽發(fā)開盤令同意開機(jī)生產(chǎn)，不滿足要求嚴(yán)禁生產(chǎn)混凝土。

采取有效措施防止水泥、礦物摻和料受潮，水泥的入機(jī)溫度不應(yīng)高于55 ℃。

細(xì)骨料進(jìn)場后應(yīng)堆放一定的時間，待砂堆不同位置的含水率偏差不超過1%時才可以正式使用。

控制混凝土的運輸時間，混凝土攪拌至入模的運輸時間間隔不得超過2.5 h。

在施工過程中，如更換主要原材料的品種及規(guī)格，應(yīng)重新選定混凝土配合比，并對混凝土拌和物的各種性能指標(biāo)重新進(jìn)行檢驗。

4.5 混凝土施工過程檢驗要求

混凝土坍落度、擴(kuò)展度、混凝土擴(kuò)展時間T400、混凝土溫度等的檢驗要求符合國家鐵路局現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測規(guī)程》（TB10426）的規(guī)定?；炷?0 d抗壓強(qiáng)度每班次取樣檢驗一次，每100 m3混凝土取樣檢驗一次；混凝土90 d抗?jié)B等級每5000 m3混凝土取樣檢驗一次，襯砌、仰拱、底板每500 m取樣檢驗一次；混凝土芯部溫度、表面溫度每2模襯砌監(jiān)測一次；帶模養(yǎng)護(hù)時，模板內(nèi)空氣相對濕度每模襯砌12 h檢測一次。

5 澆筑措施

控制混凝土的運輸時間，混凝土攪拌至入模的時間間隔不超過2.5 h。

混凝土出機(jī)后嚴(yán)禁加水，澆筑前混凝土出現(xiàn)坍落度損失時，可采用二次攪拌方式調(diào)整混凝土的工作性能。

優(yōu)化布置澆筑窗口，采用分層分窗澆筑，混凝土入模采用分倉下料系統(tǒng)，自由傾落高度不超過2.0 m，泵送混凝土從已灌筑段接頭處向未灌筑方向自下而上、分層對稱澆灌，防止偏壓使模板變形。

為了提高混凝土的密實性，采用附著式振搗器與人工振搗相結(jié)合，遵循“平板振動器振搗為主、插入式振搗棒振搗為輔”的原則，在模板臺車上合理布置平板振動器并采用智能化控制系統(tǒng)，避免漏振、過振，保證混凝土的振搗效果。

混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件及同條件養(yǎng)護(hù)試件留置數(shù)量按1 d、3 d、7 d、28 d、56 d、90 d、120 d、240 d和360 d的數(shù)量留置，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件和同條件養(yǎng)護(hù)試件數(shù)量相同，目的是進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)試件和同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度對比。

6 養(yǎng)護(hù)措施

混凝土拆模后，立即采用自具有式養(yǎng)護(hù)膜進(jìn)行保濕，保濕養(yǎng)護(hù)膜具有貼需要在拆模后3 h內(nèi)完成。保濕養(yǎng)護(hù)膜粘貼完成后采用充氣式帆布進(jìn)行保溫，保濕、保溫養(yǎng)護(hù)的時間不少于14 d。

6.1 自具有式保濕養(yǎng)護(hù)膜

養(yǎng)護(hù)階段是保證長壽命混凝土耐久性的重要階段，針對現(xiàn)有噴淋養(yǎng)護(hù)方式養(yǎng)護(hù)頻率不夠，容易形成干濕交替的缺點，長壽命耐久性混凝土拆模后，立即采用自具有式保濕養(yǎng)護(hù)膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)（如圖1所示），保濕養(yǎng)護(hù)的時間不少于14 d。

6.2 充氣式帆布襯砌保溫氣囊進(jìn)行保溫

為了防止混凝土表面溫差裂紋的產(chǎn)生，采用預(yù)埋混凝土溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)測、充氣式帆布襯砌保溫氣囊（如圖2所示）進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，有效控制了襯砌混凝土芯部溫度與表面溫度、表面溫度與環(huán)境溫度之間的溫差。通過襯砌混凝土芯部溫度和表面溫度監(jiān)測，采集到混凝土內(nèi)外溫差在3 d后下降至15 ℃，以此確定了充氣式帆布襯砌保溫氣囊養(yǎng)護(hù)的拆除時間。

圖1 自具有式保濕養(yǎng)護(hù)膜

圖2 充氣式帆布保溫氣囊養(yǎng)護(hù)

7 監(jiān)測措施

主要采用混凝土密實性的快速檢測方法對實體結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量進(jìn)行檢測，并采用預(yù)埋監(jiān)測元器件對實體結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行長期監(jiān)測。

7.1 采用氣體滲透系數(shù)測試儀快速評價實體混凝土質(zhì)量

采用Torrent混凝土滲透性測試儀對混凝土質(zhì)量進(jìn)行快速檢測。

7.2 采用預(yù)埋監(jiān)測元器件長期監(jiān)測實體結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)

采用CO2濃度傳感器、溫濕度傳感器長期監(jiān)測混凝土服役環(huán)境參數(shù)，采用Corro-Watch監(jiān)測傳感器監(jiān)測鋼筋銹蝕狀態(tài)，并搭建耐久性無損監(jiān)測系統(tǒng)平臺。

7.2.1 外掛式CO2、溫濕度無線傳感器

用于監(jiān)測不同部位混凝土所處環(huán)境中CO2的濃度和溫濕度。具體傳感器型號根據(jù)地下車站環(huán)境中的CO2濃度預(yù)測上限以及環(huán)境溫濕度預(yù)測值，確定其測試量程、工作溫度和工作濕度。

CO2溫濕度無線傳感器安裝于二襯混凝土左右邊墻，距地面以上1.5 m處，沿隧道長度方向平均間隔30 m設(shè)置一個測點，共設(shè)置6個傳感器。

7.2.2 埋入式鋼筋銹蝕傳感器

采用Corro-Watch鋼筋銹蝕傳感器監(jiān)測不同位置處鋼筋的銹蝕狀態(tài)。鋼筋銹蝕傳感器安裝于二襯混凝土左右邊墻，距地面以上1.5 m處，沿隧道長度方向平均間隔30 m設(shè)置1個測點，共設(shè)置6個鋼筋銹蝕傳感器。

8 檢驗措施

混凝土原材料進(jìn)場后，施工、監(jiān)理單位應(yīng)對原材料的品種、規(guī)格、數(shù)量以及質(zhì)量證明文件等進(jìn)行檢查驗收，并按國家鐵路局現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測規(guī)程》（TB10426）的規(guī)定取樣及復(fù)檢，經(jīng)檢驗合格后的原材料才可以進(jìn)行生產(chǎn)混凝土。

施工過程中混凝土質(zhì)量檢驗要求應(yīng)該符合相關(guān)規(guī)定，見表3。

表3 混凝土施工過程檢驗要求

施工后應(yīng)該按照要求（見表4）對實體結(jié)構(gòu)混凝土性能進(jìn)行檢驗。

表4 實體混凝土質(zhì)量抽檢要求

9 結(jié)論

在施工過程中從材料措施、生產(chǎn)措施、澆筑措施、養(yǎng)護(hù)措施、監(jiān)測措施和檢驗措施等方面進(jìn)行管理，對各種原材料及配合比的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制，優(yōu)化模板臺車的澆筑窗口，采用振搗智能化控制系統(tǒng)，提高混凝土的密實性，通過與普通混凝土試驗檢測數(shù)據(jù)對比顯示，長壽命耐久性混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定增長，有效地提升京張高鐵八達(dá)嶺長城地下車站隧道襯砌混凝土的施工質(zhì)量。

根據(jù)混凝土水化過程中的溫度變化，采用保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施，動態(tài)調(diào)整混凝土表面的溫度和濕度，減少混凝土表面的裂紋，耐久性指標(biāo)檢測顯示較普通混凝土有了較大提升，有效延長了隧道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。