軟X射線超厚大跨度混凝土箱體結構施工技術

（上海建工集團股份有限公司，上海 200080）

1 工程概況

X 射線自由電子激光為生命科學及醫藥、表面物理、材料科學、環境科學、能源科學、地球科學等領域的應用研究提供了有力的尖端研究手段。X 射線自由電子激光是最近幾年來剛剛投入使用的最新一代光源大科學裝置，是世界主要科技強國競相發展的大型實驗平臺，上海軟X 射線自由電子激光用戶裝置的建成將使中國成為世界上同時擁有第三代和第四代先進大型光源的7 個光子科學中心之一。

上海軟X 射線自由電子激光用戶裝置位于浦東新區張江鎮中國科學院上海應用物理研究所園區內，總建筑面積17 890m2（圖1），由用戶裝置和動力中心2 個單體組成。其中用戶裝置中波蕩器隧道工程建成后與東側已建的X 射線自由電子激光試驗裝置工程的加速器隧道連成一體。

圖1 波蕩器隧道外墻全景

波蕩器隧道為本次建設重點與難點，也是安裝第四代光源的核心位置，全長176.7m，寬22.7m，隧道墻板厚1.8m，頂板厚1.5m，底板厚1m，結構凈高4.7m。波蕩器隧道內墻如圖2所示。

圖2 波蕩器隧道內墻全景

2 工程難點

波蕩器隧道是用于安裝第四代光源，即X 射線自由電子激光，其具有很強的輻射性，對結構自身質量要求極高。特別是隧道墻板厚1.8m，頂板厚1.5m，長176.7m，寬22.7m，這種大截面大跨度超靜定結構自身極易產生裂縫（圖3）。波蕩器隧道不能產生裂縫是第四代光源能否順利建設完成的重要前提，由此可見控制隧道裂縫的重要性。

圖3 波蕩器隧道剖面示意圖

3 裂縫控制主要技術措施

由于混凝土自身特性，在施工中裂縫控制是一項永恒的話題，特別是具有防輻射要求的大體積混凝土，對裂縫控制更為嚴格。為了控制裂縫的產生，項目團隊編制了裂縫控制專項施工方案，并邀請王鐵夢等資深專家對施工方案進行指導。最終通過優化設計方案，優化混凝土配合比；采用優質原材料；嚴格控制混凝土的澆搗質量；采用動態化測溫養護等施工技術成功解決了波蕩器隧道超厚大跨度全現澆混凝土箱體的裂縫控制，確保了波蕩器隧道結構的施工質量。

3.1 設計方案優化

3.1.1 原設計方案

原設計方案底板設置沉降縫及4 條后澆帶（圖4），墻頂板設置4 條后澆帶及4 條伸縮縫（圖5）。

圖4 波蕩器隧道底板設計留縫示意圖

圖5 波蕩器隧道墻頂板設計留縫示意圖

3.1.2 優化設計方案

考慮到本工程結構自身特點，對沉降控制極為嚴格，后澆帶只起到溫度后澆帶的作用，為此我們取消后澆帶、保留原有的伸縮縫，采用跳倉法施工。通過調整伸縮縫位置，合理增加施工縫，其中底板增加5 條施工縫，墻頂板增加1 條施工縫，保留4 條伸縮縫（具體分塊如圖6～圖7 所示）。

圖6 波蕩器隧道底板設計留縫示意圖

圖7 波蕩器隧道墻頂板設計留縫示意圖

3.2 混凝土配合比設計

3.2.1 原材料控制

由于本工程裂縫控制嚴格，混凝土原材料均采用優質原材料，嚴格控制原材料的品質。

水泥：P.O42.5，3 天強度24～26MPa，28天強度48～51MPa

礦粉：S95，28 天活性指數在100%左右

粉煤灰：C 類Ⅱ級

碎石：G5-20 精品碎石，含泥量≤0.5%

黃砂：中粗砂，細度模數≥2.4，含泥量≤2.0%

外加劑：TX600 聚羧酸鹽外加劑，含固量（17.0±1.7）%，混凝土減水率≥18%。

3.2.2 混凝土配合比設計

本工程墻板混凝土強度為C30，底板及頂板為C35，采用低收縮混凝土。為控制混凝土收縮值，采用不同的混凝土配合比進行試配，在施工前篩選出最佳混凝土配合比，詳見表1～表2。

表1 墻板混凝土配合比一覽表

表2 底板及頂板板混凝土配合比一覽表

3.3 混凝土澆搗控制

3.3.1 隧道底板及頂板澆搗控制

混凝土底板澆筑選用1 臺汽車泵布料，為避免出現冷縫，澆筑順序從一個方向向另一個順序推進，采用斜面踏步式澆搗。配備3 道振搗器，振搗時振動器快插慢拔，呈梅花狀均勻移動，不得漏振，確保混凝土澆搗密實。混凝土澆筑完成后立即在混凝土的表面覆蓋養護層，盡早采取養護措施。

3.3.2 隧道墻板混凝土澆搗控制

墻板混凝土澆筑水平分層如圖8 所示，混凝土墻板澆筑選用1 臺汽車泵布料，由于方量較小，選用水平分層澆搗，分層厚度控制在500mm，確保上一層覆蓋下一層時間在2h 以內不出現冷縫，澆搗時2 臺汽車泵各負責一側墻板，同時同步同向對稱澆筑，澆搗時深入模內澆搗。另外考慮到模板側向壓力大，對拉螺栓設置雙螺帽，同時澆筑速度嚴格控制在30m3/h左右，混凝土振搗同底板配置3 臺振搗棒，深入模內振搗。

圖8 墻板混凝土澆筑水平分層示意圖

3.4 混凝土測溫與養護

混凝土最終是否產生裂縫，后期養護也起到了至關重要的作用。本工程為采用合理的養護措施，通過三維有限元軟件Midas Gen 模擬計算得出養護措施，再利用信息化測溫技術，實時了解混凝土內部溫變，根據測溫結果及時調整養護措施。

項目最初底板及頂板采用1 層塑料薄膜+2層土工布進行保溫保濕養護，墻板采用2 層塑料薄膜進行保溫保濕養護。通過數據化測溫降溫速率一直報警。通過不斷調整最終墻板采用油布代替土工布，底板及頂板增加1 層麻袋控制住了降溫速率，取得了良好的保溫效果。

4 結語

通過以上各種措施，本工程波蕩器隧道底板、墻板、頂板均未出現裂縫，取得了良好的效果。

該裂縫控制技術是從設計方案優化、采用優質的原材料、合理優化混凝土配合比、嚴格控制混凝土澆搗施工、采用信息化測溫指導養護等多方面對于波蕩器隧道進行裂縫控制，這種控制方案非常適用于輻射防護工藝結構，為今后類似結構提供一定參考。