漫談礦山法隧道技術(shù)第八講
——中流動(dòng)性襯砌混凝土的應(yīng)用

關(guān)寶樹

(西南交通大學(xué)，四川 成都　610031)

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漫談礦山法隧道技術(shù)第八講
——中流動(dòng)性襯砌混凝土的應(yīng)用

關(guān)寶樹

(西南交通大學(xué)，四川 成都610031)

摘要：針對目前我國隧道襯砌出現(xiàn)的充填不密實(shí)、背后存在空洞、局部厚度不足、存在潛在的初期開裂等問題，而有關(guān)襯砌混凝土的研究文獻(xiàn)幾乎沒有，大家好像習(xí)以為常。介紹日本采用的中流動(dòng)性襯砌混凝土，介紹其基本觀點(diǎn)、特征、決定其配比的基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度、施工、現(xiàn)場試驗(yàn)、現(xiàn)場應(yīng)用及應(yīng)用效果等，以引起大家的關(guān)注。提出對傳統(tǒng)的方法要針對問題逐步改善，也要結(jié)合隧道襯砌混凝土的特點(diǎn)，研究開發(fā)適用于隧道襯砌性能、能夠消除可能存在潛在缺陷的襯砌混凝土。

關(guān)鍵詞：隧道；礦山法；中流動(dòng)性襯砌混凝土

0引言

山嶺隧道采用混凝土襯砌時(shí)，由于施工條件的特殊性，例如澆筑空間狹窄、澆筑部位變化多(拱頂、邊墻和仰拱)、澆筑(充填)壓力受限等，給混凝土澆筑與搗固作業(yè)帶來極大困難。因此，易出現(xiàn)拱部充填不足、局部厚度偏薄和襯砌背后留有空洞等弊端。為了解決這些問題，采取過許多對策,但多不理想。原因是沒有從根本上解決問題。應(yīng)從改善襯砌混凝土的性能方面下功夫，這也是日本研究和開發(fā)中流動(dòng)性襯砌混凝土的主要原因。

過去長時(shí)期內(nèi)，我們采用塌落度為15～18 cm的混凝土，TZ 204—2008《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》[1]規(guī)定“為防止拱部混凝土澆筑出現(xiàn)空穴，拱部宜配制流態(tài)混凝土澆筑”，但沒有給出流態(tài)混凝土的規(guī)格。日本過去也是如此，考慮襯砌混凝土的經(jīng)濟(jì)性和施工性采用塌落度15～18 cm的混凝土，但拱部則采用塌落度流動(dòng)值65 cm的高流動(dòng)性混凝土?！豆匪淼涝O(shè)計(jì)要領(lǐng)》(第三集隧道篇)(日本)[2]明確規(guī)定隧道襯砌混凝土的種類，如表1所示。

表1中所指的中流動(dòng)性襯砌混凝土是指處于過去的(塌落度15～18 cm)和高流動(dòng)性襯砌混凝土(塌落度流動(dòng)值65 cm)之間的塌落度流動(dòng)值為35～50 cm的混凝土。

在洞口段和埋深小的區(qū)間、與其他結(jié)構(gòu)物近接的場合等，襯砌可采用鋼筋混凝土。考慮長期耐久性，襯砌也可以采用纖維混凝土。為防止剝落、剝離，原則上纖維混凝土應(yīng)采用非鋼纖維。

由表1可知，由于襯砌部位的不同，對混凝土也有不同的要求，28 d的抗壓強(qiáng)度也不同。因此，推薦在拱部和邊墻采用中流動(dòng)性襯砌混凝土。

表1　襯砌混凝土的種類

我國也應(yīng)該通過自身的實(shí)踐，找出處理襯砌混凝土的原則和方法。

1中流動(dòng)性襯砌混凝土

一般來說，隧道襯砌施工性優(yōu)異的混凝土，是具有自充填性的高流動(dòng)性混凝土，但要確保高流動(dòng)性，需確保材料抗離析性，其粉體量要增加，與通常的襯砌混凝土相比，制造成本高，而且作用在模板上的液壓也高，過去的模板需要補(bǔ)強(qiáng)。

因此，日本開發(fā)了處于過去的襯砌混凝土和高流動(dòng)性混凝土之間、具有中間性狀的中流動(dòng)性襯砌混凝土。其特征如下：

1)向上澆筑襯砌混凝土?xí)r，只用模板搗固器的振動(dòng)；

2)不用特殊的材料(目前室內(nèi)試驗(yàn)確認(rèn)的混合材是石灰石粉和煤灰)；

3)一般混凝土工廠的設(shè)備均可制造；

4)運(yùn)送、泵送均可用通常的施工機(jī)械進(jìn)行，模板沒有特殊補(bǔ)強(qiáng)；

5)以混凝土強(qiáng)度18 MPa為對象；

6)與普通混凝土具有同等以上的抗裂性。

1.1決定配比的基準(zhǔn)

決定中流動(dòng)性襯砌混凝土配比的基準(zhǔn)如表2所示。

表2　決定中流動(dòng)性混凝土配比的基準(zhǔn)

中流動(dòng)性襯砌混凝土有采用石灰和煤灰作為混合材的(以下稱為粉體系LS)和以高性能減水劑作為混合材的(以下稱為增黏劑系FA)。

評價(jià)中流動(dòng)性襯砌混凝土新鮮狀態(tài)時(shí)的試驗(yàn)項(xiàng)目有塌落度流動(dòng)值試驗(yàn)、加振變形試驗(yàn)及U型充填高度試驗(yàn)。

1)塌落度流動(dòng)值試驗(yàn)是評價(jià)混凝土自體流動(dòng)性的試驗(yàn)。指流動(dòng)停止后加上輔助的振動(dòng)作用能夠流動(dòng)的范圍，塌落度的范圍設(shè)定在21±2.5 cm，與其對應(yīng)的流動(dòng)值范圍設(shè)定為35～50 cm。

2)加振變形試驗(yàn)在實(shí)際施工中，澆筑、搗固作業(yè)是用搗固器進(jìn)行振動(dòng)作用的。為防止充填不良，一方面用少許的振動(dòng)能實(shí)現(xiàn)其能夠充填的性能，另一方面也要實(shí)現(xiàn)伴隨振動(dòng)作用的秘漿水浮出而不產(chǎn)生材料離析的性能。因此，在選定配比階段，要進(jìn)行加振變形試驗(yàn)。

在圖1所示的裝置中，進(jìn)行塌落度流動(dòng)值試驗(yàn)后，用設(shè)置在底板下面的管式搗固器對硬化后的中流動(dòng)性襯砌混凝土，以最佳的振動(dòng)能(3.7 J/L)加振10 s，測定加振后的塌落度流動(dòng)值。

加振變形試驗(yàn)的塌落度流動(dòng)值的變形量基準(zhǔn)設(shè)定為10±3 cm。

3)U型充填高度試驗(yàn)。為防止襯砌施工中發(fā)生充填不良，最好混凝土自身具有高的充填性。因此，在中流動(dòng)性襯砌混凝土中，參考土木學(xué)會(huì)的高流動(dòng)性混凝土指南，進(jìn)行U型充填高度試驗(yàn)。作為基準(zhǔn)充填高度設(shè)定為280 mm以上。圖2為U型充填高度試驗(yàn)裝置示意圖。

圖1　加振變形試驗(yàn)裝置(單位：mm)

圖2　U型充填高度實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(單位：mm)

1.2中流動(dòng)性襯砌混凝土的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度

根據(jù)試驗(yàn)，為確保具有適度的流動(dòng)性和材料離析的抵抗性，要比過去的襯砌混凝土增加單位粉體量。另外，以確保長期的耐久性為目標(biāo)，單位用水量也要采用過去襯砌混凝土單位用水量推薦的限界值。其結(jié)果是中流動(dòng)性襯砌混凝土的水灰比比過去的混凝土大幅度降低，應(yīng)能確保28 d的抗壓強(qiáng)度在30 MPa以上。

降低水灰比可提高襯砌的品質(zhì)，提高隧道結(jié)構(gòu)物的耐久性。因此，基于事前試驗(yàn)結(jié)果，并考慮施工條件等的離散性，中流動(dòng)性襯砌混凝土的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度從過去襯砌混凝土的18 MPa提高到24 MPa。

1.3施工

1.3.1一般規(guī)定

1)中流動(dòng)性混凝土施工時(shí)，應(yīng)能夠確保要求的強(qiáng)度、耐久性和水密性，同時(shí)具有適合作業(yè)的和易性，制造品質(zhì)均一的混凝土。特別是，有關(guān)混合材在同一施工日中，材料品質(zhì)會(huì)發(fā)生變動(dòng)，要注意對混凝土性狀的影響。

2)在中流動(dòng)性混凝土中，新鮮混凝土的品質(zhì)變化對和易性的影響比通常的混凝土大，施工開始后30 min以內(nèi)，要基本上澆筑完畢。有關(guān)配管、混凝土吐出量和壓力等的設(shè)定，要在施工計(jì)劃、特別是機(jī)材的配置計(jì)劃中進(jìn)行充分研究，并在實(shí)機(jī)試驗(yàn)中予以確認(rèn)。

3)在邊墻—肩部壓送混凝土?xí)r，考慮模板構(gòu)造的穩(wěn)定，為保持平衡，在橫向應(yīng)左右交互進(jìn)行澆筑。但采用中流動(dòng)性混凝土施工時(shí)，除規(guī)定向上澆筑外，左右的邊墻—肩部，基本上用模板縱向設(shè)置的吐出口進(jìn)行澆筑，以縮短混凝土流動(dòng)的距離和振動(dòng)搗固時(shí)間。

4)為最大限度地獲得中流動(dòng)性混凝土的性狀，輔助其自充填性能，在沒有振動(dòng)的情況下流入的混凝土流動(dòng)停止后，要施加一定的振動(dòng)，使?jié)仓幕炷辽厦娉仕綘顟B(tài)。

5)澆筑位置的變換，從配管的吐出口到既有混凝土面的距離超過1.5 m時(shí)，要利用吸入管，使吐出混凝土靠近澆筑面1.5 m以下澆筑。

1.3.2模板搗固器的施工

1)不采用棒狀搗固器而采用模板搗固器施工的場合，模板搗固器沿環(huán)向及縱向保持一定間隔，左右環(huán)向?qū)ΨQ設(shè)置。設(shè)置間隔及設(shè)置臺(tái)數(shù)按作用在模板上的振動(dòng)能量約3.7 J/L進(jìn)行增減。此外，模板搗固器的性能應(yīng)根據(jù)情況選定最佳的搗固器。根據(jù)雙車道公路隧道采用10.5 m模板的試驗(yàn)施工實(shí)際情況，設(shè)置間隔在3 m以下(縱向4臺(tái)，環(huán)向8處：左右4臺(tái)隨澆筑移設(shè))，振動(dòng)頻率50～120 Hz。

2)振動(dòng)能量按式(1)計(jì)算。根據(jù)既往的試驗(yàn)結(jié)果，中流動(dòng)性混凝土的最佳振動(dòng)能量是3.0～4.0 J/L。

(1)

式中：E為振動(dòng)能量，J/L；m為試件的密度，kg/L；αmax為最大加速度，m/s2，αmax=(2π2·2a·f2)/1 000(其中a為振幅，mm)；t為振動(dòng)時(shí)間，s；f為振動(dòng)頻率，Hz。

3)模板搗固器臺(tái)數(shù)及間隔設(shè)定后，按下面情況設(shè)定振動(dòng)時(shí)間。

①模板搗固器近旁

模板搗固器近旁的振動(dòng)頻率為91.5 Hz(實(shí)測)；

模板搗固器一側(cè)的振幅為0.381 mm(實(shí)測)；

混凝土密度為2.2 kg/L；

最佳振動(dòng)能量為4 J/L。

根據(jù)式(1)求出最大加速度αmax=126 m/s2。

②模板搗固器中間

模板搗固器近旁的振動(dòng)頻率為89 Hz(實(shí)測)；

模板搗固器一側(cè)的單向振幅為0.045 mm(實(shí)測)；

混凝土密度為2.2 kg/L；

最佳振動(dòng)能量為4 J/L。

③模板搗固器近旁和中間的平均振動(dòng)時(shí)間為15 s。

4)環(huán)向的左右兩側(cè)可采用模板搗固器同時(shí)進(jìn)行搗固，但振動(dòng)過大會(huì)造成螺栓或螺帽等的松弛。因此，原則上搗固應(yīng)左右交互進(jìn)行。

5)一般襯砌混凝土的澆筑速度多為18 m3/h左右，但中流動(dòng)性混凝土采用模板搗固器施工的場合、澆筑速度快的場合和由于過度搗固而使混凝土液化的場合，作用在模板上的側(cè)壓會(huì)上升，構(gòu)造的負(fù)荷會(huì)增大；此外，混凝土?xí)l(fā)生離析，會(huì)生成含氣量大的砂漿。因此，應(yīng)縮短振動(dòng)時(shí)間，采用適合中流動(dòng)性混凝土的時(shí)間進(jìn)行澆筑，也就是說，澆筑速度應(yīng)比過去的降低一些，來處理負(fù)荷增大的問題，只采用模板搗固器施工的場合，澆筑速度一般取14～16 m3/h。

6)拱頂部從向上澆筑口一側(cè)施工，有10 m左右的流動(dòng)距離。但拱肩部和邊墻不同，振動(dòng)的面積大，拱肩部下方模板的振幅易于降低。為此，對拱頂在接近澆筑完成時(shí)，要用多臺(tái)混凝土車與拱頂附近的模板搗固器配合反復(fù)、交互地進(jìn)行振動(dòng)搗固。

7)必要時(shí)，事前要確認(rèn)側(cè)壓的容許值，在澆筑中監(jiān)測側(cè)壓不允許超過容許值。此時(shí)，應(yīng)在澆筑進(jìn)行方向的邊墻處(第1檢查窗)測定澆筑時(shí)的側(cè)壓。

8)中流動(dòng)性混凝土采用模板搗固器施工時(shí)的澆筑步驟如圖3所示。

圖3　中流動(dòng)性混凝土采用模板搗固器施工時(shí)的澆筑步驟

1.3.3效果

根據(jù)確認(rèn)密實(shí)性的透氣系數(shù)和評價(jià)強(qiáng)度的錘擊反發(fā)度的測定結(jié)果(見圖4)，中流動(dòng)性襯砌混凝土透氣系數(shù)和反發(fā)度的離散性小，品質(zhì)集中在高的區(qū)域。

圖4　過去的襯砌混凝土與中流動(dòng)性襯砌混凝土密實(shí)度的比較

2現(xiàn)場試驗(yàn)施工

現(xiàn)場試驗(yàn)中沒有采用內(nèi)部搗固器，而采用模板搗固器。試驗(yàn)施工在雙車道公路隧道中進(jìn)行。襯砌厚度為30 cm或35 cm，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度是18 MPa[3]。

試驗(yàn)組合見表3，試驗(yàn)用的混凝土配比見表4。試驗(yàn)的中流動(dòng)性混凝土摻加了粉煤灰(FA)。本試驗(yàn)的核查內(nèi)容及試驗(yàn)方法見表5。試件的采樣以素混凝土為對象。

表3　試驗(yàn)施工組合

表4　試驗(yàn)施工用的混凝土配比

注：W/C表示水灰比；W/B表示水膠比；S/a表示細(xì)骨料比；W表示水；C表示水泥；FA表示粉煤灰；S表示細(xì)骨料；G表示粗骨料。

表5　試驗(yàn)方法及核查內(nèi)容

通過現(xiàn)場試驗(yàn)獲得以下結(jié)果。

1)作用在模板上的側(cè)壓。側(cè)壓的最大值主要發(fā)生在混凝土澆筑從邊墻改為向上澆筑的肩部—拱頂部狀態(tài)時(shí)的邊墻部。在中流動(dòng)性混凝土無纖維、無鋼筋的區(qū)間，稍微超過模板側(cè)壓管理的基準(zhǔn)值(0.064 MPa)；但調(diào)整澆筑速度后得以解決。

2)外觀觀察。從組合①-1及①-2的外觀觀察結(jié)果來看，起因于溫度收縮、干燥收縮的開裂比起因于施工原因的開裂多；而在中流動(dòng)性混凝土中，起因于溫度收縮、干燥收縮的開裂比起因于施工原因的開裂少。這可能是因模板搗固器的配置、振動(dòng)時(shí)間以及現(xiàn)場施工人員的施工尚不熟悉等所致。

3)密實(shí)性。為確認(rèn)澆筑28、92 d的密實(shí)性，在施工后的混凝土表面進(jìn)行了透氣試驗(yàn)和水分吸著試驗(yàn)。

在透氣性試驗(yàn)中，沒有因試驗(yàn)部位的不同出現(xiàn)明顯的差異，28、92 d的透氣系數(shù)平均值見表6。中流動(dòng)性混凝土的透氣性比普通混凝土小，是密實(shí)的；透氣系數(shù)的離散性也小，說明混凝土是均質(zhì)的。

表6　透氣系數(shù)平均值

水分吸著試驗(yàn)的結(jié)果表明，與普通混凝土相比，中流動(dòng)性混凝土60 min后的水分吸著量小，結(jié)果的離散性也小。

4)試件的抗壓強(qiáng)度。普通混凝土試件的抗壓強(qiáng)度為30～31 MPa，中流動(dòng)性混凝土試件的抗壓強(qiáng)度為27～42 MPa，全部組合都充分滿足基準(zhǔn)強(qiáng)度。中流動(dòng)性混凝土因摻入粉煤灰，91 d的抗壓強(qiáng)度稍有增加。

5)試件的纖維配向性、混入率確認(rèn)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)，從配向系數(shù)及混入率來看，與普通混凝土相比，中流動(dòng)性混凝土的離散性要小一些。配向系數(shù)的總平均值，普通混凝土是0.51，中流動(dòng)性混凝土是0.48。一般來說，都在理想的范圍之內(nèi)。硬化混凝土中的纖維混入率普通混凝土和中流動(dòng)性混凝土分別是0.28%和0.29%，而設(shè)定的混入率是0.30%，相差不大。

3現(xiàn)場應(yīng)用

中流動(dòng)性混凝土的最低水泥用量取270 kg/m3，必要時(shí)混入滿足品質(zhì)要求的粉煤灰?；旌喜牡臉?biāo)準(zhǔn)混入量根據(jù)試驗(yàn)和施工實(shí)際，采用石灰石粉(LS)或粉煤灰(FA)，用量為80 kg/m3。

已經(jīng)有3個(gè)工點(diǎn)在現(xiàn)場施工應(yīng)用，2個(gè)是鋼筋密集的襯砌，1個(gè)是通常的襯砌，都獲得了良好的結(jié)果。

久留喜隧道全長481 m，開挖斷面面積約80 m2，二次襯砌厚度30～35 cm，采用纖維混凝土。一個(gè)澆筑環(huán)節(jié)長12.5 m。

中流動(dòng)性混凝土的配比采用的施工管理基準(zhǔn)見表7。作為評價(jià)中流動(dòng)性混凝土性能的指標(biāo)，除采用塌落度流動(dòng)性值(流動(dòng)性)外，還進(jìn)行了研究振動(dòng)條件下的變形性能(材料抗離析性)的加振變形試驗(yàn)和研究自充填性的充填試驗(yàn)。

表7　中流動(dòng)性混凝土的配比基準(zhǔn)

注：×為加振變形試驗(yàn)中加振10 s后的塌落度流動(dòng)性值的范圍。

中流動(dòng)性混凝土襯砌施工排除了狹隘空間內(nèi)的搗固作業(yè)，而且與作業(yè)人員的技術(shù)無關(guān)，為構(gòu)筑高品質(zhì)、低造價(jià)的襯砌混凝土，采用“模板管式搗固器搗固”方法。

在事前配比選定試驗(yàn)拌合中，首先，根據(jù)要求的振動(dòng)能量(施工管理要求的標(biāo)準(zhǔn)是3.7 J/L)決定滿足表7所示的變形性能的配比；其次，在實(shí)際施工中，要按照與上述要求相同的振動(dòng)能量，配置模板管式搗固器在整個(gè)模板上。

本隧道采用的中流動(dòng)性混凝土配比，為進(jìn)行比較還部分采用過去的混凝土配比(見表8)。

表8中流動(dòng)性混凝土和過去混凝土的配比

Table 8Comparison between conventional concrete and medium fluidity lining concrete in terms of mixing proportions

種類Gmax/mm單位用量/(kg/m3)WCFASGFBAD中流動(dòng)性混凝土過去的混凝土251752701008908423.194.2616934009278792.732.55

注：Gmax為粗骨料最大尺寸；FA為粉煤灰；S為細(xì)骨料；G為粗骨料；FB為聚乙烯纖維；AD為高性能減水劑。

3.1施工工藝

1)模板管式搗固器和混凝土澆筑口的配置位置

模板管式搗固器及混凝土澆筑口的配置見圖5。模板搗固器(功率550 W)的設(shè)置間隔，根據(jù)施工管理要求和事前模擬試驗(yàn)的結(jié)果確定，橫向?yàn)?0臺(tái)，縱向?yàn)?排，共40臺(tái)。施工時(shí)要測定模板各部位的振動(dòng)能量，研討模板搗固器的設(shè)置位置是否合適。振動(dòng)時(shí)間為30 s的場合，振動(dòng)能量為0.25～35.1 J/L，部位不同有很大差異。

①模板搗固器的近旁和中間的振動(dòng)能量相差幾倍。即使與搗固器距離相同，已澆筑的混凝土側(cè)及堵頭板側(cè)的兩端，比環(huán)節(jié)中央的振動(dòng)能量小。

②根據(jù)目視判斷搗固充分的振動(dòng)能量，大致與施工管理要求規(guī)定的3.7 J/L相同。因此，在施工中，追加了部分模板搗固器并變更了部分模板搗固器的位置。

混凝土澆筑口，縱向設(shè)1個(gè)模板搗固器?；炷亮鲃?dòng)距離到側(cè)壁部最大7 m左右，到拱頂12 m左右。但施工時(shí)，沒有發(fā)生砂漿與粗骨料的材料分離和鋼筋阻礙混凝土流動(dòng)性的狀況。

圖5　模板搗固器及澆筑口的配置(單位：mm)

2)澆筑速度管理及充填管理

中流動(dòng)性混凝土與過去的混凝土相比，因?yàn)榱鲃?dòng)性高，有可能增加對模板的作用壓力。因此，參考有關(guān)文獻(xiàn)，增強(qiáng)了模板側(cè)部的承載力。施工時(shí)混凝土的澆筑高度管理在1.2 m/h以下，在側(cè)壁部設(shè)4個(gè)壓力計(jì)，一邊澆筑一邊測定作用壓力。

拱頂部從向上澆筑口澆筑，是易于產(chǎn)生背后空洞的位置。因此，在拱頂部3處(已澆筑混凝土側(cè)、環(huán)節(jié)中央和堵頭板處)設(shè)置壓力計(jì)，一邊確認(rèn)作用壓力一邊進(jìn)行充填管理。

3)澆筑方法

中流動(dòng)性混凝土的澆筑按以下步驟進(jìn)行：

①在側(cè)壁、肩部，混凝土在每側(cè)一次澆筑2 m3。混凝土澆筑后，設(shè)在該列的模板搗固器同時(shí)進(jìn)行30 s(15 s×2)的振動(dòng)搗固。目視認(rèn)為搗固不充分的場合，要延長搗固時(shí)間。澆筑量設(shè)定在一層的澆筑高度為40～50 cm。

②混凝土的澆筑高度要比澆筑口稍低些，澆筑口移動(dòng)到上部，使用的模板搗固器也要變更到上部?；炷谅湎赂叨纫?.5 m以下。

③拱頂部的澆筑，與過去的襯砌施工一樣，從已澆筑混凝土側(cè)澆筑?；炷翝仓? m3后，拱頂部模板搗固器中的已澆筑混凝土側(cè)4臺(tái)、堵頭板側(cè)4臺(tái)依次分別振動(dòng)30 s(15 s×2)。

④當(dāng)拱頂部設(shè)置的3處壓力計(jì)的顯示值達(dá)到相當(dāng)襯砌厚度的壓力以上時(shí)，確認(rèn)拱頂部確實(shí)充填后，混凝土澆筑完成。

與過去的棒狀搗固器相比，用模板搗固器搗固預(yù)計(jì)與下層混凝土難以成為一體；因此，對澆筑及配車時(shí)間的管理異常重要。對于配管更換等中斷澆筑時(shí)間間隔在30 min以上的場合，要采用棒狀搗固器使之成為一體。

4)搗固作業(yè)

過去的襯砌施工，是用棒狀搗固器在狹窄的空間內(nèi)進(jìn)行的，作業(yè)條件相當(dāng)惡劣，同時(shí)目視確認(rèn)也很困難，常常出現(xiàn)搗固不充分和忘記搗固的情況。

在本工程中，因?yàn)椴捎弥辛鲃?dòng)性混凝土和模板搗固器，可以按作業(yè)人員的意圖、指示控制模板搗固器的開關(guān)進(jìn)行搗固作業(yè)。

3.2側(cè)壓及拱頂壓力測定結(jié)果

1)側(cè)壓的測定結(jié)果。側(cè)壓測定結(jié)果見圖6。側(cè)壓與混凝土種類無關(guān)，與澆筑高度成比例增加。中流動(dòng)性混凝土施工時(shí)的側(cè)壓最大值是0.045～0.055 MPa，比過去的混凝土大0.015～0.02 MPa。

2)拱頂壓力測定結(jié)果。拱頂壓力測定結(jié)果見圖7。與過去的混凝土比較，①堵頭板側(cè)充填過程比已澆筑混凝土側(cè)慢；②因?yàn)槎骂^板側(cè)充填，使已澆筑的混凝土側(cè)、環(huán)節(jié)中央產(chǎn)生較大的壓力，顯示混凝土難以充填的狀況。

圖6　混凝土澆筑時(shí)的側(cè)壓測定結(jié)果

圖7　拱頂壓力測定結(jié)果

中流動(dòng)性混凝土的場合，15：00的壓力增加的時(shí)間差很短，壓力差也小，可以確認(rèn)混凝土充填密實(shí)。模板拱頂部的壓力比相當(dāng)襯砌厚度的壓力大2～3倍，也能夠確認(rèn)拱頂充填確實(shí)。

3.3中流動(dòng)性混凝土的品質(zhì)和表面狀況

1)中流動(dòng)性混凝土的品質(zhì)。中流動(dòng)性混凝土的品質(zhì)管理試驗(yàn)結(jié)果見圖8。其塌落度流動(dòng)性值和含氣量都充分滿足管理基準(zhǔn)值。

圖8　中流動(dòng)性混凝土品質(zhì)管理試驗(yàn)結(jié)果

抗壓強(qiáng)度及長度變化試驗(yàn)結(jié)果見圖9。與過去的混凝土相比，單位水泥用量減少了，而用粉煤灰代替。抗壓強(qiáng)度在材齡初期比過去配比低一些，但長期強(qiáng)度與過去同等。另外收縮應(yīng)變，因水泥用量減少，比過去約降低70 μ。從控制初期開裂來看，也是有效果的。

圖9　抗壓強(qiáng)度及長度變化的試驗(yàn)結(jié)果

2)中流動(dòng)性混凝土的致密性。從表面透氣性測定，中流動(dòng)性混凝土也能夠確保混凝土的致密性(見表9)。

表9　透氣系數(shù)測定結(jié)果

注：測定時(shí)的混凝土材齡約3個(gè)月。

4結(jié)語

本講的主要目的是要引起大家的關(guān)注，對隧道襯砌混凝土的研究不能放松。對傳統(tǒng)的方法要針對問題逐步改善，也要結(jié)合隧道襯砌混凝土的特點(diǎn)，研究和開發(fā)適用于隧道襯砌性能、能夠消除可能存在的潛在缺陷的襯砌混凝土。從文獻(xiàn)上看，我國有關(guān)襯砌混凝土研究的文獻(xiàn)幾乎沒有，是非常遺憾的。

參考文獻(xiàn)(References)：

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[2]東、中、西日本高速道路株式會(huì)社.公路隧道設(shè)計(jì)要領(lǐng)(第三集)：隧道[M].[s.l.]:東、中、西日本高速道路株式會(huì)社，2014.(East/Central/West Nippon Expressing Company Linnited.Design key points of highway tunnel(The 3rd Symppsium):Tunnel[M].[s.l.]:East/Central/West Nippon Expressing Company Limited,2014.(in Japanese))

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Tunneling by Mining Method:Lecture Ⅷ:Application of Medium Fluidity Lining Concrete

GUAN Baoshu

(Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,Sichuan,China)

Abstract:The tunnel lining in China has many problems,such as uncompacted filling,hollows behind lining,local inadequate thickness and potential primary support cracks;and there is any related reference.The application of medium fluidity lining concrete in Japan is introduced in terms of basic concept,characteristics,principle for mixing proportions,design basic strength,construction,site testing,site application and application effect.The author suggests that the feasible lining concrete should be studied and developed.

Keywords:tunnel;mining method;medium fluidity lining concrete

收稿日期：2015-07-15

作者簡介：關(guān)寶樹(1932—)，男，遼寧人，西南交通大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，從事隧道及地下工程教學(xué)和科研50余年，隧道與地下工程資深專家。E-mail:guanbaoshu@126.com。

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.06.001

中圖分類號(hào)：U 455

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-741X(2016)06-0627-09