高寒地區隧道二襯混凝土施工及質量控制措施★

張 晶，王小龍，王稷良

(1.內蒙古高等級公路建設開發有限責任公司第三公路建設管理分公司，內蒙古 呼和浩特 010051； 2.中交一公局第一工程有限公司，北京 102205； 3.交通運輸部公路科學研究所，北京 100088)

1 概述

由于高寒地區隧道的自然環境特別惡劣，隧道的設計和施工難度很大，有霜凍損壞問題。例如，內蒙古相關公路隧道一年大部分時間都在冰雪天氣中。溫差較大，溫度極低。隧道內襯混凝土開裂、掛冰等凍損更可能發生(見圖1)，既費力，又費時，且具有成本效益。這些霜凍的危害的發生，不僅造成隧道內襯不同程度的損壞，而且由于結冰、結霜等疾病導致行車病害的入侵，危及行車安全，對隧道的使用產生負面影響，造成巨大的經濟損失和資源浪費。

根據國內外混凝土冬季施工理論和方法的研究和混凝土凍損傷機理的分析，防治高寒地區隧道襯砌混凝土結冰損壞的關鍵，是采取合理有效的措施，確保混凝土在正溫下進行水化，避免施工和維護階段混凝土結冰，使暴露的混凝土與環境溫度的溫差較小，便于施工，能有效防止或減少霜凍損壞的發生，并取得良好的施工效果。

結合內蒙古有關公路隧道的實際情況，研究了一套有效的襯砌混凝土防凍施工技術措施，對高寒地區隧道建設具有重要的指導意義。此外，它還可以為今后國內類似的隧道工程提供很好的參考價值。

2 高寒地區隧道二襯混凝土施工工藝

2.1 二次襯砌施工整體工藝流程

以內蒙古公路隧道為例，整個隧道的襯砌結構是按照NATM原理設計的。根據實際需求，在內蒙古公路隧道中采用復合襯砌。

仰拱和回填用手動模板進行安裝。開挖后，應盡快開工。仰拱采用大樣板模板，混凝土運輸車運輸混凝土，用插入式振動器進行振動。在展開施工工作的時候，將混凝土由仰拱的中心對稱地澆筑到雙側，直到混凝土成型。接著進行鋪底工作的時候，可以用混凝土運輸車來進行混凝土運輸的工作，然后用平板振動器、插入式振動器進行搗實，再用振動梁找平，如圖2所示。

1)為了消弭兩組襯砌錯臺的現象，用9 m整體式液壓襯砌模板臺車進行混凝土襯砌。

2)混凝土在拌合站集中拌合，由混凝土運輸罐車自動上料，然后由運輸車泵入混凝土，輸送泵泵送送入模具。定期檢查調試計量和自動控制部件。

3)澆筑的高度需要小于1.2 m，并應左右對稱進行，并用附著式振搗器結合插入式振動器進行振動搗實。

4)在下坡施工部分，1根排氣兼灌漿管設置在上坡端拱頂。如有必要，應注入水泥漿料進行回填灌漿，以確保拱頂密實，如圖3所示。

2.2 高寒地區二襯混凝土施工注意事項

2.2.1 合理的進行配合比設計，嚴格控制水灰比

對于高寒地區的二次襯砌混凝土工程，應選擇早強波特蘭水泥，水泥強度視實際施工需求。在選擇砂石骨料上，應該滿足以下性能指標：壓碎值、含泥量、吸水率皆小。在進行高寒區二次襯砌混凝土設計時，要根據強度等級要求，在良好的和易性、粘聚性、保水性和工作性的基礎上，盡可能降低水灰比。

2.2.2 加強施工過程的混凝土的防凍保溫措施

1)混凝土攪拌時防凍保溫措施。

混凝土攪拌時，要留意骨料里的凍結塊狀物，需要將其先挑出來，再進行混凝土的拌和[1-2]。為使混凝土拌合物的溫度能平均分布，需采取合理的進料順序，這不僅有利于混凝土強度的發展，還可提高攪拌混凝土的效率。在投放物料時，應先投放骨料和加熱水[3-4]。待拌和一段時間后，當水溫降至40 ℃左右時，可將水泥放入連續拌和到指定時間，避免水泥假凝。

拌合站完全由彩鋼板封閉，在拌合站內安裝多組暖氣片進行加熱。應將爐子放在配料機旁邊，在配料過程中，保持砂石料的溫度，并避免過冷結塊后造成的設備損壞。并且應在拌合站的全部部件上都裝溫度計，用于溫度監測。在用攪拌機拌和混凝土之前，還要先將攪拌機預熱起碼大于0 ℃，再進行拌和，保證拌和的效果。在用攪拌機拌和混凝土的時候，應將骨料和水充分拌和之后，再加入水泥和外加劑進行拌和，這樣能保證混凝土的拌和效果。為確保混凝土攪拌質量，高寒地區混凝土的攪拌時間比正常溫度長一半。還要隨時檢測外界溫度，據洞內外溫度調節拌合水和加熱溫度。

2)混凝土運輸時防凍保溫措施。

保溫罩應該加在混凝土運輸車滾筒外，保溫罩不能影響滾筒的正常轉動。在運輸的時侯，要盡力減少運輸、裝卸時間，溫度損失最多5 ℃，運輸混凝土的卡車滾筒的轉速為2 rad/min～4 rad/min；在卸載之前，滾筒應該高速旋轉30 s～60 s。

3)混凝土澆筑時防凍保溫措施。

a.隧道內保溫。

為了確保隧道的溫度，安裝了兩個保溫門在隧道進口附近，兩個保溫門之間相間15 m[5]。

首先，在基座澆筑C30混凝土地基，厚度為50 cm，寬度為50 cm。碎石土壤用于在地基前后2 m范圍內墊上坡道，以方便車輛進入。在混凝土澆筑時候，預先埋置間距1 m的φ60套管。在混凝土強度滿足要求后，用間距為1 m的φ42無縫鋼管組成鋼管架。然后用蝴蝶扣連接鋼管及剪刀支撐加固。

b.混凝土澆筑。

二襯混凝土不能太晚澆筑，要盡快及時地澆筑二襯混凝土，并得事先完成模板、鋼筋的清潔工作。澆筑的時候宜用木模板，如果條件允許的話，可用熱空氣澆筑噴灑模板表面和鋼筋。澆筑混凝土的時候，也要注意溫度，用放鍋爐等保溫手段，維持溫度在5 ℃以上，讓施工能夠順利進行。

3 高寒地區隧道二襯混凝土施工質量控制措施

3.1 高寒地區二襯混凝土原材料質量控制措施

3.1.1 二襯混凝土原材料相關技術要求

高寒區隧道二次襯砌混凝土應和硅灰混合，可同時與Ⅰ級粉煤灰、硅灰混合，也可以S105級磨細礦渣粉和硅灰混合，但不得同時與礦渣粉和粉煤灰混合。

對于高寒區二次襯砌混凝土，選用具有高減水率、早期強度效果好、降低凍點能力強的復合防凍劑[6]。

3.1.2 原材料的預熱保溫

在高寒地區施工中，因為在高寒地區碎石加工生產的效率低，應在冬季之前，準備好所需要的材料；儲備場內的所有砂石材料都覆蓋著帆布，以防止雪水進入材料產生結冰[7-9]。

原材料加熱可使用熱水，以確保高寒地區二次襯砌混凝土的溫度。沙子和石頭粗細集料的加熱可直接用蒸汽噴灑，或者卷起蒸汽管或加熱排管可以埋在堆放骨料的倉的底部，管道可以通過蒸汽或熱水加熱。

3.2 高寒地區二襯混凝土施工質量控制措施

1)須通過精確測量確定周圍巖石的變形趨于穩定[10]。要是圍巖不穩定，可等一段時間以后，再脫模二襯混凝土，在增加圍巖的穩定性的同時，還可以減少圍巖對二襯混凝土的壓力。

2)進行仰拱施工之前，應事先清潔地基的土石[11-12]，保持地基的清潔，測試地基對壓力承受能力。在這些工作完成后，模板臺車到位，以確保二襯混凝土的壓力能夠被仰拱結構承受。

3)二襯混凝土應用于隧道工程中，需要滿足相關性能指標[13]，因此適量的外摻料和減水劑有利于二襯混凝土的抗裂機能的增強。混凝土的入模成型溫度應控制在適度的區間內，不宜過高或過低[14]。

4)切勿盲目追趕二次襯砌進度，注意保持二襯混凝土與隧道開挖面之間的距離。

5)要注意高寒地區隧道的溫度轉變，溫度引起的內部應力有可能導致裂縫發展為貫穿裂縫，通過洞口的密封保溫措施預防。

6)二襯與仰拱的長度不能有所相差，注意仰拱和二襯的施工縫要能夠對縫施工，不影響實際的使用。要是沒有對縫施工的話，仰拱就會發生變形，從而導致二襯混凝土的破壞。

4 結語

1)在高寒地區，進行隧道二襯混凝土施工時，對于其原材料，除了要摻入硅灰和加入高減水率、早期強度效果好、降低凍點能力強的復合防凍劑以外，還需要對其進行預熱保溫。

2)在高寒地區，進行隧道二襯混凝土施工時，在混凝土攪拌、運輸、澆筑的過程中，要時刻做好保溫。比如在施工處添加鍋爐，設置保溫門等措施；而需注意高寒地區隧道的溫度轉變，切勿盲目追趕二次襯砌進度，注意仰拱和二襯的施工縫能夠對縫施工。

3)隧道二襯是隧道工程的一種安全手段，不僅確保高寒區隧道能夠長期安全運行，還是隧道工程必不可缺失的施工部分。結合冬季混凝土施工理論、混凝土凍損機理，結合內蒙古有關公路隧道的實際情況，設計了一套高寒區二次襯砌混凝土施工技術措施。這對高寒區隧道施工具有重要的指導意義，為今后我國類似隧道的建設提供了寶貴的工程經驗。