溫控及防裂技術(shù)在隧洞混凝土襯砌施工中的應(yīng)用

莊云云+周應(yīng)夢(mèng)

摘 要：在隧洞混凝土襯砌施工過(guò)程中，由于受到環(huán)境和地質(zhì)條件的影響，隧洞襯砌混凝土常會(huì)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于施工人員在施工期間未對(duì)隧洞襯砌混凝土的溫控問(wèn)題予以重視?；诖?，文章主要闡述了隧洞襯砌混凝土施工中溫度應(yīng)力變化及其裂縫產(chǎn)生的原因，并對(duì)處于不同環(huán)境條件下的隧洞混凝土襯砌施工溫控防裂措施進(jìn)行探究，以為相關(guān)從業(yè)人員提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：溫控防裂；隧洞施工；混凝土襯砌

一、隧洞襯砌混凝土施工期溫度應(yīng)力分析

對(duì)隧洞各部位的溫度應(yīng)力進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其變化一般經(jīng)歷：壓應(yīng)力增長(zhǎng)、壓應(yīng)力減小、產(chǎn)生拉應(yīng)力、拉應(yīng)力平穩(wěn)增長(zhǎng)、拉應(yīng)力快速增長(zhǎng)并達(dá)到最大值、拉應(yīng)力再減小、而后進(jìn)入隨氣溫周期性變化的過(guò)程。通常在對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘測(cè)后會(huì)發(fā)現(xiàn)，一般在隧洞的1/2處容易產(chǎn)生橫向裂縫，故主要沿隧洞軸線方向的應(yīng)力分量進(jìn)行分析。隧洞襯砌混凝土的施工早、中期，中央橫斷面上1/2墻高附近范圍內(nèi)，墻中部和表層都出現(xiàn)沿洞軸線方向的拉應(yīng)力；施工后期，中央橫斷面及膠結(jié)面、頂拱墻中央和表面等均出現(xiàn)了較大的拉應(yīng)力，從中央橫斷面向頂端處的變化呈現(xiàn)低處較小、頂部最大的規(guī)律。

二、隧洞襯砌混凝土施工期裂縫產(chǎn)生的成因

根據(jù)對(duì)隧洞襯砌混凝土的溫度及應(yīng)力分析可以判斷出最容易出現(xiàn)裂縫的危險(xiǎn)斷面是襯砌混凝土的中央橫斷面和頂拱腳線表面處。施工前期完成拆模作業(yè)后，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，氣溫驟降會(huì)引發(fā)襯砌混凝土的表層溫度發(fā)生急劇變化，而混凝土內(nèi)部依然保持著高溫狀態(tài)，這種情況下，表層會(huì)產(chǎn)生變化較陡的溫度梯度，拉應(yīng)力也會(huì)隨之急速增長(zhǎng)。根據(jù)工程施工的實(shí)際狀況，襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫是必然的，其溫度降低是引發(fā)這一現(xiàn)象的主要原因，最先發(fā)生在中央橫斷面上1/2墻高處，并逐漸擴(kuò)展至下部和拱腳線[2]。

三、不同季節(jié)混凝土襯砌施工的溫控防裂技術(shù)

以某水電站隧洞現(xiàn)澆混凝土襯砌為例，對(duì)襯砌截面溫度場(chǎng)和襯砌截面溫度應(yīng)力進(jìn)行分析計(jì)算，具體內(nèi)容為：

（一）春季施工混凝土襯砌溫控防裂分析

文章以每年三月中下旬澆筑的混凝土襯砌為例，具體工況為：襯砌分段長(zhǎng)12m、厚0.6m，混凝土澆筑溫度為10℃，通過(guò)對(duì)襯砌分段長(zhǎng)度中間截面內(nèi)的溫度應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，得出巖圍彈性模量與混凝土襯砌截面的溫度應(yīng)力成正比關(guān)系，故只要保證圍巖與襯砌之間完全接觸，圍巖對(duì)襯砌產(chǎn)生的連續(xù)變形約束力及襯砌截面內(nèi)溫度應(yīng)力的影響會(huì)逐漸減小。

（二）夏季施工混凝土襯砌溫控防裂分析

選擇在夏季進(jìn)行隧洞混凝土施工，若僅通過(guò)改變襯砌分段長(zhǎng)度的手段來(lái)控制襯砌混凝土的溫度，其所獲得的控制效果不理想，可見(jiàn)，在春季施工所采用的溫度控制手段在夏季是不適用的。由于夏季溫度較高，其對(duì)隧洞混凝土襯砌施工所造成的影響較大，采取單一的措施是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)襯砌混凝土溫度的有效控制的，故在實(shí)際施工中多采用綜合措施進(jìn)行溫度控制，以減少裂縫的出現(xiàn)。具體內(nèi)容為：1、混凝土澆筑為11℃，澆筑7d后可對(duì)其表面實(shí)行噴水的方式，以對(duì)環(huán)境溫度變化進(jìn)行有效控制；2、混凝土澆筑為11℃，澆筑14d后可對(duì)其表面實(shí)行噴水的方式，以對(duì)環(huán)境溫度變化進(jìn)行有效控制；3、混凝土澆筑為11℃，澆筑7d后采取通風(fēng)散熱的措施，在14d時(shí)采取對(duì)其表面噴水的方式，以將周圍環(huán)境溫度控制在10℃以下。

（三）秋季施工的混凝土襯砌溫控防裂分析

秋季施工的混凝土襯砌溫度控制和防裂縫分析需從以下幾個(gè)方面入手：

1、襯砌分段長(zhǎng)度的影響。若標(biāo)準(zhǔn)工況襯砌長(zhǎng)度為12m時(shí)，分別對(duì)襯砌分段長(zhǎng)度6m、9m、15m進(jìn)行計(jì)算得出：在其它條件和標(biāo)準(zhǔn)工況相同的情況下，襯砌分段長(zhǎng)度的增加，會(huì)導(dǎo)致襯砌混凝土截面內(nèi)溫度應(yīng)力的增加，可見(jiàn)通過(guò)改變襯砌分段長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)襯砌混凝土溫度控制目標(biāo)是不可取的。

2、混凝土澆筑溫度的影響。若混凝土澆筑溫度分為10℃和8℃兩種情況時(shí)，通過(guò)對(duì)其分析可發(fā)現(xiàn)：混凝土澆筑溫度為10℃時(shí)，混凝土在澆筑的28d，其襯砌表面溫度應(yīng)力和圍巖側(cè)溫度應(yīng)力分別降低了8.1%、11.1%；混凝土澆筑溫度為8℃時(shí)，混凝土在澆筑的28d，其襯砌表面溫度應(yīng)力和圍巖側(cè)溫度應(yīng)力分別降低了13.4%、18.5%。由此可見(jiàn)，采用降低混凝土澆筑溫度的措施可取得較為明顯的襯砌溫度應(yīng)力控制效果。

（四）冬季施工的混凝土襯砌溫控防裂分析

由于冬季氣溫較低，需采取相應(yīng)措施實(shí)現(xiàn)對(duì)冬季施工襯砌混凝土溫度應(yīng)力的有效控制。比如提高洞內(nèi)環(huán)境溫度、確定混凝土表面保溫的起止時(shí)間等，以對(duì)溫度變化進(jìn)行有效控制，減少或避免溫度裂縫的出現(xiàn)。通常在混凝土澆筑完成后的3～7d內(nèi)對(duì)混凝土進(jìn)行通風(fēng)散熱處理，而后期應(yīng)注重保溫措施的采取，同時(shí)合理確定混凝表面保溫的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，以確保冬季施工混凝土襯砌溫度能保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，導(dǎo)致隧洞襯砌混凝土出現(xiàn)裂縫的原因是多方面的，而溫度控制是導(dǎo)致隧洞襯砌混凝土施工期間裂縫問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因。因此，在隧洞工程實(shí)際施工過(guò)程中，工程相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合襯砌混凝土裂縫出現(xiàn)的原因、特點(diǎn)等，采取針對(duì)性溫控防裂措施進(jìn)行處理，同時(shí)在不同季節(jié)進(jìn)行施工需要注意的溫控防裂事項(xiàng)不同，需對(duì)這一問(wèn)題予以重視，從根本上減少溫度裂縫的產(chǎn)生，進(jìn)而保障隧洞工程的順利施工。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭守拙，鐘建文.非均質(zhì)圍巖壓力隧洞混凝土襯砌的初裂間距[J].工程力學(xué)，2013（1）：205-214.

[2]宋威，楊水兵.仰拱滑模在錦屏二級(jí)水電站引水隧洞底拱混凝土襯砌施工中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2014，45（5）：60-62.endprint