高原高寒地区隧道二衬混凝土质量控制技术研究.pdf

中国高新科技2023年第14 期44U土木建筑CIVILENGINEERING高原高寒地区隧道二质量控制技术研究桑彦庭安侯贤郑华金浪廖峰中国建筑土木建设有限公司，北京10 0 0 10摘要：文章以高原项目铁路施工地区作为参考，通过对高寒高原复杂地质条件下的施工效果进行分析，着重从混凝土的初凝时间、温度、含水率3 方面对混凝土的影响进行论述，对隧道二次衬砌的质量把控问题进行研究，旨在提高隧道二次衬砌混凝土的最终质量，保证高寒高原地区的混凝土质量和施工效益。关键词：高原高寒地区；隧道施工；混凝土质量；施工效率文献标识码：A中图分类号：U455文章编号：2 0 9 6-4 13 7（2 0 2 3）14-4 4-0 3D0l:10.13535/ki.10-1507/n.2023.14.09Research on tunnel concrete quality control technology in plateau alpine areaSANG Yanting,AN Yuxian,ZHENG Hua,JIN Lang,LIAO FengChina Construction Civil Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100010,ChinaAbstract:This paper analyzes the construction effect of the complex geological conditions of the alpine plateau,focuses on the initialsetting time,temperature,moisture content and three aspects of concrete on the concrete,and studies the quality control of tunnelsecondary lining,aiming to improve the final quality of tunnel secondary lining concrete and ensure the quality and constructionefficiencyof concrete in thealpine plateau.Keywords:plateau alpine region;tunnel construction;concrete quality;construction eficiency在我国城市轨道交通系统中，隧道作为一种重要的工程，其安全性与整个铁路的安全与效益有着密切联系。在高寒高原施工的特殊环境下，海拔、温度、地下水等因素，往往对施工提出了更加苛刻的要求。隧道衬砌因混凝土开裂、变形等问题，致使其强度无法满足设计要求，不但会缩短隧道的使用寿命，且容易造成结构不稳定，从而造成安全事故。1工程背景本文选取高原项目铁路作为参考对象。（1）地形地貌。本文选取的项目所处是一个典型的地质构造带。其外部动力主要是冻融，并伴随着生物风化，是一种典型的高原地形。海拔3 5 0 0 m以上，相对高差3 3 4 m，自然坡度3 0 4 0。（2）气候条件。隧区附近的高山高原区海拔3 0 0 0 多米，气候寒冷、无霜期长、光照多，属高山气候，而位于大雪山中部的折多山脉则把康定地区的气候分为2 个地区。东部地区为西南季风，气候温和、多雨、雨量集中，冬冷，湿润，夏热，因海拔高低而有四季之分。隧区在折多山脉西部，主要受控于西南季风，冬季长干冷、夏季?爽。（3）工程区水文地质概况。以山区沟谷为主要水源。地表水以大气降水为主，高山积雪融化，局部地表水向下渗透补充。工程区降水量变化大，由于季风性，干燥、湿季明显，80%以上的降雨都集中在雨季，并且降雨强度较大，具有很强的冲刷能力。地下水以基岩裂隙水为主，以第四系的孔隙水为主。第四系孔隙水主要分布在孔隙水富水性较好的上覆块石土和碎石土中、板岩中，下伏地层中存在多套节理断裂，这些构造裂隙成为富含地下水岩石，属裂缝型含水层。地下水以大气降水为主。供给强度的变化主要是季节性的，雨季补给强度大，枯季补给强度相对减少。2环境造成的影响根据当地环境条件，施工可能面临以下问题：（1）大约3 5 0 0 m高度的区域，人处于缺氧的环境，可能会出现头痛、眩晕等不良反应，施工效率下降约10%左右，混凝土喷射效率也同样降低。在这种条件下，要综合考虑衬砌时所需的混凝土的运输距离以及混凝土的初凝时间，既不能初凝时间过短导致混凝土提前凝固，也不能初凝时间过久而导致结构达不到设计强度或影响施工进度。（2）高原地区在进入冬季施工时，周围温度低且干燥，10月以后温度降低到5 以下。若温度达不到要求，混凝土就会出现开裂、掉渣，或温度不均衡而产生冷缝，影响结构整体性。除此之外，通常认为二衬后隧道进入稳定阶段，当二次衬砌，混凝土的强度未达到设计指标时，则隧道处于不稳定状态，存在安全隐患，大大缩短其使用寿命。（3）高原地区地下水丰富，在浇筑阶段，不仅要考虑地下水渗透导致混凝土含水量提升，也要考虑地下水流通时周围岩壁温度下降，导致初次衬砌混凝土温度低，最终影响到二衬时的混凝土的正常浇筑。及时进行排水降水，不仅能提高施工效率，还可改善混凝土的最终强度，延长隧道的使用寿命。（4）在混凝土浇筑阶段，由于隧道内为拱形结构，二次衬砌时下部由钢结构模板支撑，上部连接隧道初次衬砌结构，致使混凝土浇筑、振捣后内部的空气气泡积压在初次衬砌和二次衬砌之间，内部会形成一层空腔，初次衬砌结构与二次衬砌结构不能紧密相连接，若二次衬砌不能很好地为初次衬砌提供承载力，隧道内的各个结构混凝土完整性下降，若仅有初次衬砌结构承担大部分压力，初次衬砌将发生变形或垮2023年第14 期中国高新科技45CIVILENGINEERING土木建筑塌，然后压力由二衬结构承担，若不能保障各个部分的整体性，隧道质量将大幅度下降。3特殊环境应对措施针对上述问题，分别给出相应的解决办法。3.1混凝土初凝时间控制初凝是指混凝土的塑性达到了一个临界值，不能继续对混凝土进行振捣，否则会使混凝土内部粘结力下降，最终导致混凝土的强度下降，产生蜂窝状裂纹。（1）初凝时间是指混凝土在拌制完成到初次凝结所需要的时间，除工人施工时间外混凝土由拌和站运输至施工现场需要一定时间，且在运输混凝土过程中，外部气温较低，长时间在低温环境下运输对混凝土质量有一定影响，且进入冬季施工后露天混凝土禁止施工。总之，施工初期，在靠近隧道的位置修建搅拌站，减小运距，缩短运输时间，不仅可以保障施工质量，还可在隧道占比较多的项目中提高施工效率，缩短工期。（2）除减少运距外，可以通过添加缓凝剂，推迟初凝时间，混凝土的初凝时间约为2 4 h，添加缓凝剂后，可以达到6 10 h。根据现场浇筑混凝土的效率，适当延缓混凝土初凝时间，以避免出现混凝土过早成型对结构的质量造成影响。3.2隧道内温度控制隧道作为地下工程，在一般情况下温度变化较小，在高原高寒地区，隧道内部温度会高于隧道外温度，但仍达不到最佳浇筑混凝土的温度。为改善地下工程的施工质量，应适当提高隧道内温度，为此提出以下办法：（1）确定浇筑混凝土的最佳温度。在实验室内进行对照组试验，以温度为变化量，进行对照试验，温度由2 0 28每隔2 为一组，共设置不同温度下的5 组试验，每组试验中设置3 枚混凝土试块，降低误差对测试结果的最后影响，采取各组混凝土的强度平均值作为最终结果。（2）控制隧道内工作环境温度。隧道内每间隔4 0 0 m安放一个测温装置，实时监测隧道各个区域温度情况，在隧道入口与出口处各安放一台鼓风机，控制风速使隧道内温度达到最佳浇筑混凝土的要求，还可以增加隧道内氧气含量，减少工人身体负担，提高施工效率。3.3防水排水措施防水排水工程是施工中的重点，不能及时排水，渗透或淤积的水都会对工程结构造成影响，而在高寒高原地区，地下水资源丰富，在初次衬砌结束后仍会有地下水渗透，为防止地下水渗透对二次衬砌时混凝土含水量的影响，在第一层和第二层之间安装防水设施，可有效提高二衬的品质。（1）在铺设防水板之前，应对早期支护采用简易的敲打或其他检测手段检查漏水情况，并采取适当措施。在施工前，表面要平整，无空鼓、裂缝，然后用水泥进行平整。通过这种方式，保障隧道岩壁、初次衬砌、二次衬砌三者密贴在一起，不会因为三者之间产生空隙而产生小型“蓄水池”，可采用下列两种方法防止地下水渗透。（2）铺筑土工织物时，土工织物应基本垂直于隧洞的轴线。采用热塑性环形衬垫的射钉法将土工织物与喷水混凝土结合。特殊的热熔衬里和射钉按照梅花形排列，确保结构的稳定性。非织造布适度的松紧，能紧贴在喷水混凝土的表面，防止因过于紧密而造成撕裂和松散，造成无纺布褶皱的堆积，从而形成蓄水点。织物的幅面重叠宽度需超过10 cm。沿着隧道横向与纵向将隧道衬砌拱顶防脱空监控系统的传感器粘贴在土工布上。（3）在施工接缝处进行背贴式防水胶条的粘贴。后贴止水带是一种可膨胀的橡胶，采用胶粘剂将其粘结在防水板上，拱墙与仰拱的止水带采用胶粘剂封闭成环。4混凝土养护措施二次衬砌结束后，隧道基本处于稳定状态，隧道内部处于封闭且干燥的状态，但混凝土后期养护时，若处于过于干燥状态，可能会导致混凝土因水分流失而造成整体凝结力不足，表面可能会出现粉末或片状脱落，也可能产生因水分流失而引发的内部收缩产生的裂缝，因此，在隧道施工中，混凝土在最终固化后必须及时进行养护。在二衬混凝土养护中，由于混凝土养护面悬吊，拱顶高度太大，不能进行覆盖养护，采取了一种移动式支架，在托架的底部装有1个维修槽和1个喷水泵，在上面有一个手持水枪的人喷洒水分。养护喷水从上往下分层，以避免渗漏。混凝土自然养护：带模养护时，采用带模包裹、浇水、喷淋、洒水等措施进行保湿、湿润养护，确保模板接头不脱水、干燥。在浇注2 4 4 8 h后，可以对模板进行轻微的松弛，以保证模具的顺利拆卸。接着继续浇水，直至将模子拆掉。除去混凝土表面的模子后，要采取蓄水、浇水、覆盖等方法进行湿润养护，或在混凝土表面潮湿时，及时用麻布、草帘等覆盖，并用塑料布或帆布等覆盖。在包覆时，包膜应保持完整，并彼此重叠，其内壁上会有一些凝结的水珠，如果条件许可，要适当延长维护周期。5二次衬砌混凝土检测在混凝土养护结束后，对已经塑性的混凝土进行最终验收，查看其最终强度与完整性，对于不合格的位置进行修复或返工处理。（1）二衬结构的完整性检测：采用观察法，观察拱壁表面混凝土完整性，其中拱壁表面应该密实牢固、连接平顺，中国高新科技2023年第14 期46佳）（责任编辑：葛（上接第4 3 页）.佳）（责任编辑：葛七木建筑CIVILENGINEERING若出现蜂窝麻面，按照规定，蜂窝状麻面面积不能大于0.1%，深度不能大于0.1cm，若出现冷缝，应根据现场情况及时进行修复或返工处理。混凝土表面验收合格后，采用低应变法与超声法探测混凝土内部完整性，如果混凝土中有孔洞或裂纹，应及时上报业主与设计院，进行二衬混凝土修复方案，对裂缝或空腔所在的区域重新进行施工。.（2）二衬混凝土强度检测：混凝土强度试验采用回弹法进行，其强度应满足设计指标，在检测过程中，若发现水泥的强度不足，针对不符合要求的部位进行补修，以防止局部混凝土强度不足，导致二衬结构产生变形，不仅影响隧道的使用寿命，同时还严重危及隧道的安全。6结语相对于平原地区，在高寒高原地区隧道施工格外困难，不仅要考虑施工所在工区的地理地质条件，还要考虑当地的离值取0.1。根据模型模拟情况，计算出本次实验高层建筑桩基基点形状为长2 5 m、宽2 0 m的长方形。在这样的范围内，再设定桩基结构是以中心为对称点的对称结构。在桩基受力情况下，其变形后作用影响的高度为9 5 m、长度为6 0 m、宽度为3 0 m。工程材料混凝土黏性系数取值0.1。然后开始实验。3.2检测实验结果与结论分析在5 次实验中，每次桩基高度增加10 m，起始桩基高度d为10 m。在各种实验情况都理想的情况下，对比有限元法和传统桩基测试法，两种方法计算桩基位移时间如表2 所示。表2连续压实系统结构示意实验有限元测试法计算桩基位传统方法计算桩基位移次数移时间（s)时间（s)一5.138.3326.4714.1537.8615.3649.1220.56510.0224.22由表2 可知，随着实验次数的增加，桩基起始高度从10m增加到5 0 m，而有限元测试法得出桩基位移的时间也将近增加了1倍，而传统方法则从8 s增加到2 4 s，即增加了3 倍。这样可以看出有限元法优于传统方法。有限元法总体时间花费在5 10 s内，而不同桩基高度有限元法计算时间都优于传统方法。由此得出结论：有限元法在客观模拟性、计算精准度和计算时间上都优于传统测试方法。总体来说，利用有限元模型可以计算和分析高层建筑桩基质量评估问题的各个方面，其中包括桩基承载力、桩基某侧承载力和桩基变形程度的数据及桩基受力后沉降程度数气候、气压、地下水源等，这一系列复杂的环境条件，对人员身体素质和施工操作难度都提出极大考验。为提高工程建设的效率和质量，不仅需要工作人员的积极配合，严格控制施工过程中的每个环节，同时还要采用新的建筑技术，二者有机结合，从而确保项目的高效率和高质量。作者简介：桑彦庭（19 9 3-），男，甘肃定西人，中国建筑土木建设有限公司工程师，研究方向：铁路路基施工。参考文献1孙代高海拔特长公路隧道冬季混凝土施工技术J交通世界，2 0 2 1（3 0）：2 0-2 3.2宋士林混凝土施工技术在隧道施工中的应用J.四川水泥，2 0 2 1（6）：5 6-5 9.3李琳。下穿铁路工程冬季混凝土施工方法J天津建设科技，2 0 14（6）：14-2 5.据；实验可以通过加大桩基负荷的力度来分析桩基承载力情况进而评估桩基承受能力；桩的变形和沉降可以通过模拟桩在不同荷载下的变形和沉降情况来计算。通过对各项指标进行分析，可以得出桩基的质量评估结论：在实验中反应桩基存在一定的问题，需要采取相应的措施进行改进，包括增加桩的数量、增加桩的直径、加固桩基等，通过有限元模型进行模拟和分析，以确定最优方案。4结语综上所述，本文论述了桩基结构对于高层房建工程的重要性；对桩基受力和位移情况展开分析，并搭建了相对应的有限元桩基模型；用实验来验证优化后有限元桩基模型受力情况，并与传统受力测试方法的时间相比较，有限元法在桩基结构的设计、计算时间、受力状况和桩基变形等方面更科学、更精准。作者简介：代立同（19 8 5-），男，甘肃兰州人，甘肃交达工程检测科技有限公司工程师，研究方向：土木工程、工程检测。参考文献1王广浩。高层建筑桩基维护结构变形与受力特性有限元分析J.江苏建筑，2 0 2 3(S2)：6 0-6 4.2赵雨回填土中群桩基础受力特性研究D昆明：昆明理工大学，2 0 2 2.3李舒玉软土深基坑开挖桩基力学效应三维有限元分析J.地下水，2 0 2 2,4 4(2)：15 8-15 9.4潘天睿施工过程中桥梁桩基缺陷成因分析及加固方案研究D.贵阳：贵州大学，2 0 2 0.5陈志访建筑桩基单桩承载力不同计算方法研究J.福建建材，2 0 2 1(5)：19-2 2，3 1.