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沉管隧道干坞施工技术332020年4月19日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。沉管隧道干坞施工技术章仁财 李侃 一、工程概况 上海外环线隧道工程是上海城市外环线过黄浦江下游的越江隧道工程，设计为双向八车道，采用沉管法施工。江中沉管段长736m，分7节管段，其长度为100108m不等。干坞是沉管工程中的一项临时工程，作为沉管管段的预制场地。根据工程的总体施工流程和现场的场地条件，位于浦东新堤的东面设2个干坞，分列隧道轴线南北两侧，可同时制作7节管段。其中A干坞占地约4.9万m2，位于隧道南侧，一次制作E7、E6两节管段;B干坞占地约8.1万m2，位于隧道北侧，一次制作E1、E2、E3、E4、E5五节管段，如图1。 图l 干坞示意图 干坞场区(除新老大堤之间的空置场地外)为大片农田，场地地面标高(吴淞高程)平均为+4.5m左右，干坞坞底标高为-7.40m。在干坞边坡上设有入坞坡道，边坡采用钢筋混凝土格梗护坡方式。 为了保证干坞的坞底排水要求，坞底纵向设有排水明沟，横向设排水盲沟，并连通至周边的排水沟，汇集至坞底的集水井。干坞坡面排水由平台上截水沟经过顺坡面的排水沟流人坞底边沟，最后汇集至坞底集水井中。 为满足管段制作时的承载力和变形要求，干坞基底1.0m厚土层将作地基处理，故干坞的基坑开挖深度为13.1m,局部将达13.9m。基坑边坡采用四级边坡，中间设三级1.5m宽平台，综合边坡1：3.5(在新大堤侧局部综合边坡设计为1：4左右)。为保证干坞基坑和坞口的稳定，采用深层搅拌桩作为隔水帐幕。 二、工程水文地质 按照工程地质勘察报告，工程场区位于现代长江三角洲前缘，70m深度以浅为第四纪松散堆积物，成因类型较为复杂，粘性土、粉性土在垂直方向上相向分布。在干坞开挖范围内主要有人工填土、2淤泥、3灰色砂质粉土、l灰色淤泥质粉质粘土、2-1灰色砂质粉土、2-2灰色粉砂；坞底地基为2-2灰色粉砂层，渗透性大，极易产生流砂现象；坞底下卧土层为灰色淤泥质粘土层，届流塑、高压缩性土。 场地地下水属微承压水，地下水一般距地表0.5m。水文地质、地质特征为具有多层孔隙含水结构，含水介质为粉性土。地下水受大气降水及地表径流的影响，因近邻黄浦江，受江水潮汐变化影响明显。 三、干坞基坑工程的特点 1.工程规模大，工序复杂，建设时间紧迫 2个干坞总占地面积达13万m2，总土方量为120万m3；施工工艺复杂，有深层搅拌桩、井点降水、地基加固、土方开挖、基础处理等。干坞于1999年12月28日开始搅拌桩施工， 4月开始土方开挖，10月完成A坞施工，12月底完成B坞施工。 2.基坑暴露时间长，工程风险大，技术难度高。 干坞虽为临时工程，但使用期长。自基坑施工开始至管段生产结束，基坑暴露时间将达一年多，而且基坑还将经历一次进、放水过程，这对建于土层条件极差的软弱土层上、且与黄浦江仅有一堤之隔的基坑是一个考验。 夏天，干坞还经受了“杰拉华”、“派比安”等风暴的严峻考验。 四、干坞主要施工技术 干坞施工流程如下： 施工前准备测量放样铺筑作业场地内临时碎石便道，开挖临时排水沟干坞周边隔水帐幕大堤加宽井点施工土方开挖基础土方开挖修坡、护坡及换填基础，分层碾压，回填，建立坞底及坡面排水系统。 1.搅拌桩隔水帐幕 为提高干坞土坡的稳定性，达到基坑隔水的目的，根据设计，在干坞堤顶设置4排700深层搅拌桩，深至一16.0m，插入粘土层，形成一环形封闭隔水帐幕。 深层搅拌桩采用DH508型深搅机施工，搅拌头的提升速度按水泥掺量及注浆速度控制，浆液的水灰比不大于0.5，早强剂掺量为水泥量的1一3，按设计要求，水泥掺量为13。搅拌桩施工采用两喷两搅的工艺，确保加固效果。 保护大堤的搅拌桩为整体结构，为保证整体结构的受力性能，施工时内外两排搅拌桩纵向不允许出现施工冷缝，确保连续性。 搅拌桩完成后，在其上面分段浇筑钢筋混凝土挡墙结构，满足防汛要求，内侧加宽道路，完成路面结构。 2.降水施工 针对本工程土方开挖面积大，开挖深度较深的特点，基坑降水采用边坡四周由4排700搅拌桩形成隔水帐幕、干坞边坡设计三级轻型井点、基坑中间设深井的方案。 (1)深井降水 基坑内设深井点真空泵降水，有效降水深度须降至基坑底面以下1m，每400m2左右设置一口真空泵探井点。先用潜水电钻钻800mm井点孔，井深达16m，孔底至滤网底1.5m作砂井，再吊放井点管至设计标。高一12.0m后，灌粗砂至地表下l2m，待砂滤层沉积后用粘土封孔。在降水过程中，应随时观测地下水的变化，因此在基坑开挖期间，每天报各真空井点的抽水量、真空度和坑内、外地下水位的变化情况。深层井点降水不但使基底以下土体预固结，改进坑内开挖条件，而且有利于提高土层的物理力学性能，提高基坑的整体稳定性。 (2)轻型井点降水在标高+3.4、-0.4、-3.9三级平台上布置轻型井点降水系统(见图2)，井点管长7.2m，井点管间距为1.22.4m。 图2 井点布置剖面图 在井点管、真空泵及管路安装完毕并正常抽水的条件下，降水7天后可进行下一层的土方开挖。在土方开挖时，必须确保降水正常，使水位始终在暴露土层以下，降水平面控制在每级开挖面以下lm左右，以稳定边坡，防止发生流砂。经理论计算，单井出水量为0.56m3d，影响半径为15m，实际施工效果表明，每级轻型井点的影响半径均能满足15m的要求，而且降水影响范围内的土体水位也达到要求标高以下。统计数据表明，单井出水量与周边水源边界条件有很大关系，搅拌桩止水帐幕全封闭、半封闭与无搅拌桩相应的单井出水量分别为0.58m3d、0.8m3d、1.12m3d。 3.土方开挖 (1)开挖顺序 待干坞周边隔水帷幕施工完毕且达到强度、井点降水见效后方可开挖土方，干坞开挖由南向北、由西向东逐步推进。根据挖土场地临时碎石便道的间距，将基坑划分为20多个开挖区域，土方开挖按分层分块进行，出土车辆经过临时碎石便道将开挖土方运至弃土场地。 在实际开挖施工中，有4个工作面进行同步开挖施工，每个工作面使用1台1.4m3的挖掘机、1台长臂挖掘机和23台0.4m3的挖掘机。 第一层土自地面+5.3m开挖，在深度3.2m(即标高+2.0m)处修出坡度为1：8的车辆道路，再进入第二层的开挖作业；第二层土体开挖时，挖掘机挖至标高-1.2m的开挖作业平台，并继续向后退挖，直至第三平台-4.3m，再由长臂挖机挖至坞底标高-8.4m。1.4m3的挖掘机在+2.0平台开挖第二层土，并接力传递下层挖机挖出的土方，装入停放在出土便道上的出土车中；0.4m3的挖掘机下至坞底与长臂挖掘机配合，对干坞基底置换土体进行开挖，自南向北逐步后退进行开挖。在开挖过程中并将临时出土便道同时挖除，直至把整个基坑开挖完成。 (2)注意事项 在开挖施工过程中、应时刻注意纵坡的保护工作，开挖过程中对纵坡进行随挖随修坡，遇上暴雨的天气，挖掘机应停止开挖施工，并离开开挖作业平台。开挖过程中及时修挖临时排水沟和集水井，并派专人进行基坑排水，以保证基坑内不积水。严禁在土坡中部开设集水井，严禁坡顶及坡面积水。 基坑开挖必须分层分块进行，每个工作面必须在上一层护坡施工结束后才能开挖下一层土。土方开挖控制挖土标高，在开挖至设计标高以上约30cm时改用人工修挖，以避免坑底土体的扰动，影响基底承载力。 4.修坡、护坡及入坞道路的施工 干坞周边土坡根据设计院综合计算结果，迎江侧边坡按1：4、其余按1：3.5坡度分四级放坡，土坡中部设三级1.5m宽平台。为确保边坡稳定，边坡采用纵横钢筋混凝土格梗护坡，其能保持边坡土体，防止边坡土体被雨水冲刷，并能释放边坡土体中的动水压力。每间隔3m留有100的排水孔。 在干坞的两侧各设一条人坞坡道，供进出坞施工车辆通行，道路净宽7m，坡度为8.08.8不等。道路路基自下而上分别为15cm厚砂垫层、45cm厚大石块，20cm厚道渣，并分层用压路机碾压密实，再浇筑20cm厚钢筋混凝土路面，并每隔20m设置一道300300钢筋混凝土地梁。路基两侧均采用浆砌块石护坡，上设300300钢筋混凝土圈梁，施工道路两侧设置挡墙和排水明沟，明沟断面尺寸为400mm400mm. 在人工修坡时，同时施工平台上的截水沟及坡向排水沟，排水沟为砖砌结构，内部用水泥砂浆粉刷。平台上截水沟设纵向11.5排水坡度，以便及时将截水沟中的积水沿坡由排水沟排入基底集水井。 边坡护坡施工遵循“完成一段开挖。及时完成该段修坡工作”的原则，避免土坡暴露，受雨水冲刷，护坡施工由坡底向坡顶施工。护坡完成后，及时在土坡两级平台等处设置监测点，监测土坡的变形及沉降情况。 5.排水系统施工 坞底周边排水沟深度为1.4m(含底板)，若边沟设于坡脚处，则排水沟槽开挖对干坞边坡稳定十分不利，为此将排水边沟设于坡脚外侧3.0m处。施工时，从坡脚处按1：2的坡度放坡，当开挖至排水沟设计标高，立即立模浇筑排水边沟；待水沟有一定强度后，及时砌筑浆砌块石坡脚，并回填碎石至设计标高。 排水沟施工必须分段进行，每段长度不超过25m，当一段全部完成并回填可靠后，方可进行下一段的施工。排水沟浇筑时，应注意按设计位置设置泄水孔，以利于边坡及基础的排水。 干坞转角处设置的集水井是干坞排水系统的关键部位，其深度达2.5m。集水井施工时，为保证边坡的安全，采用临时打设钢板桩围护和轻型井点降水后开挖施工的方法。 6.坞底基础施工为满足管段制作所要求的地基承载力及严格的地基基础沉降控制要求，在施工前进行了地基原状土的平板载荷试验及坞底基础模拟管段的堆载试验，根据试验结果，决定对干坞坞底基础进行地基置换处理。置换厚度为1.0m，置换结构由上至下为420mm厚起浮层、180mm厚钢筋混凝土底板、100mm厚中粗砂透水层(含全透型透水盲沟管)、150mm厚岩渣及150mm厚大石块，如图3。 图3 干坞坞底基底剖面图 由于基础处理质量直接关系到管段制作的质量，因此必须严格按照设计图纸的要求进行施工，并做好各施工工序的质量控制。 在换填施工中应注意以下问题： (1)干坞开挖后，坞底最后30cm厚土体必须采用人工修挖，避免挖土机械对坞底土体过度扰动，影响坞底土体承载力。 (2)换填基础底层20cm厚块石抛填后，用压路机充分碾压，使基底土体挤入块石缝隙，达到密实度要求。由于坞底土体含水量丰富，施工时会发生大石块陷入土体过深的现象，根据平板荷载试验的分析，采取在坞底土层中打设轻型井点降水的方案，使坞底土层中的水分充分疏干，土体固结，从而起到了很好的效果。 (3)中粗砂透水层施工时，要注意基底全透型盲沟管的排设。盲沟管排设必须保持畅通，并与基底中部及周边的排水明沟连通，以确保基底地下水及时排除。在透水层碾压密实的过程中，必须对排设的盲沟管进行保护，避免破坏。 (4)换填基础必须严格按设计要求分层进行，每层铺填完毕后，用压路机碾压密实，碾压密实度由专人检查，符合质量要求后方可进行一下层施工。 五、施工监测和工程保护 施工监测和工程保护是经过反馈的施工信息，以有效手段和措施达到保证工程安全、保护周围环境的目的。在干坞施工中，主要是对干坞的边坡稳定及安全进行监测，并对新大堤进行重点监护。因此，在干坞四周、坑底及各边坡上布设了测斜(水平位移)、地表沉降、回弹、孔隙水压力、水位等五类测点，并沿干坞周边设置了主监测控制断面和副监测控制断面。监测频率一般为每天1次，并可根据需要增加和减少监测频率。 监测结果如下： 1.边坡的土体位移和沉降随着时间的增长而增大，并在一定时间后基本趋于稳定。本工程土方开挖顺序基本由西向东，监测数据表明，西面边坡土体的沉降及位移大于最后开挖的东面边坡土体的沉降及位移(如西侧沉降最大值为216.98mm，东侧沉降最大值为112.85mm)。 2.边坡的土体位移和沉降速率随土体开挖工况而变，呈现出加速、接近匀速和衰减的状况。在对应区域土体开挖时，变化速率较大，坡顶日沉降速率平均为46mm，而周边非开挖区域土体的变化速率一般为23mm. 3.在干坞的平面上，中心的土体沉降及位移要大于四周边线的沉降及位移；而在深度方向，坡顶及各级平台的土体沉降及位移随深度的递增而递减。 4.土体的沉降值一般都大于水平位移值，在坡顶位置，土体的沉降值约为水平位移值的2倍。 5.在放坡开挖基坑中，土体的水平位移最大点一般发生在坡顶处，随深度的增加呈三角形或抛物线形减小。 六、小结 外环线隧道的干坞工程经过设计与施工双方的共同努力，顺利地完成了2个当前国内最大的放坡开挖式干坞基坑，并经受了百年一遇风暴的严峻考验，充分说明工程的设计与施工是成功的。 在工程的施工过程中，有成功的经验，也有需改进的地方： 1.在临近黄浦江且透水性较强的土层中施工大型的放坡基坑工程，采用深层搅拌桩封闭作为隔水帷幕是必要的，实践表明，深层搅拌桩还起到了抵抗边坡变形、加强边坡稳定的作用。 2.对于放坡开挖的大型基坑工程，采用在边坡上设轻型井点、在基坑中间设深井点降水的技术方案，以确保基坑土体的开挖、稳定是成功的。但在实施轻型井点降水时，要注意降水的控制和管理，以免局部抽水太猛，导致产生不均匀的坡面沉降。 3.放坡开挖基坑，其土体的沉降及水平位移与开挖的工况、时间、平面位置及深度有关，并呈现出一定的规律性，其对类似工程具有借鉴和指导作用。 4.本工程中采用钢筋混凝土格梗护坡，由于其是刚性结构，因此在边坡土体位移和沉降的情况下，护坡曾出现了一些裂缝；对于护坡下土体的变形及流失，又不易被及时发现。因此，在满足保土、透水、防冲刷的基本要求时，护坡形式的选择，可结合工程的使用时间、成本等因素进行综合考虑。摘自上海隧道 /2混凝土管段温度测试及裂缝控制研究 一、引言上海市外环线越江隧道全长2870m，其中江中沉管段长736m，沉管隧道采用钢筋混凝土结构，管段横断面宽43.00m，高9.55m，为3孔2管廊形式，管段断面形状及尺寸如图l所示。管段的浇筑属大致积混凝土施工，由于混凝土的导热能力低，浇筑后水泥产生的水化热不易散发，引起混凝土内部温度升高，如果中心与表面温差达到一定的极限，则可能引起裂缝；另外，受到地基及已浇筑混凝土约束的影响，混凝土降温阶段可能出现收缩贯穿裂缝。因此，在混凝土养护期间对其温度以及应变等进行监测，并根据监测结果，定性、定量地指导施工，实现施工信息化，达到控制裂缝发展的目的。其中预防开裂的措施之一是对100m长的管段进行分节浇筑，每节长约18m，节与节之间留后浇带。管节浇筑分三步，首先浇筑底板，然后浇筑内侧墙，最后浇筑外侧墙与顶板。底板混凝土浇筑后采用自然冷却，外墙浇筑后采用内部通冷却水进行强制冷却，达到降温的目的。图1 管段断面示意图二、温度测试结果及分析温度监测包括混凝土的浇筑温度、中心温度、表面温度、环境温度，冷却水的进、出口温度。选取18m长的E73管节为试验段，进行重点监测。沿管段的纵向布置2个监测断面，分别位于管节L4(A)和L2(B)处。下面分别对底板、顶板及侧墙的测试数据进行分析，测点布置见图2。图2 管段A、B断面温度测点及冷却管布置图 1.底板 (1)底板混凝土温度变化分析由测量数据可知，混凝土平均浇筑温度为28.6，浇筑阶段平均气温为22.5，浇筑完成后的7小时内混凝土温度几乎没有变化，从第8小时开始，水泥水化热开始上升，前14小时内上升幅度较大，随后温度变化趋于平缓。从图3与图4可看出，混凝土中部的2、4测点处温升最大，其次是底板下部1测点处，底板上部的3、5测点处因散热条件相对较有利，故温升较小，各测点温度变化情况见表l。底板各测点温度变化统计 表1测点编号A1A2A3A4A5B1B2B3B4B5最高温度（）及所用时间(h)53.2(44)62.2(44)64.6(42)64.9(46)56.6(22)56.3(44)57.5(46)41.4(18)62.4(44)46.5(22)最高温升()26.931.426.935.328.527.22913.433.517.6 图3 A断面底板混凝土温度变化曲线 图4 B断面底板混凝土温度变化曲线 在降温阶段，l、2、4测点因远离上部散热表面，其降温曲线成直线，几乎不受气温的影响；而接近上表面的3、5测点降温曲线有波动，这是受气温波动影响的结果，因此在降温阶段一定要作好混凝土表面的保温养护。由两图还可看出，两断面相同位置处测点温度变化规律十分相似，能够认为，18m长的浇筑区域除端面外，混凝土温度变化规律十分接近。为方便起见，因此在以下对顶板和侧墙的分析中，只取一个断面的数据进行绘图。 (2)底板中心与表面温差变化大致积混凝土的浇筑过程中，混凝土中心温度与表面温度之间的差值应小于20，否则容易造成结构的开裂。图5给出了底板内外温差变化曲线、混凝土中部的2测点与底部的l测点在混凝土温升阶段温差为正，在降温过程中温差由正变负，这是因底板与下面热传导性能差的地基直接接触。从图中可看出，2、1点的温差最大发展到10左右，如果在炎热的夏季，这一温差还会进一步提高。在混凝土温升与温降初期，混凝土中的2测点与上表面的3测点温差较大，接近20，这对防止裂缝出现十分不利，故应加强混凝土表面的保温措施，否则在外界气温更低时，温差可能超过20而造成表面出现裂缝；混凝土最厚处的4测点与其上方的5测点温差最大，因而底板的边角处是最易出现裂缝的地方，因此必须对混凝土表面采取保温措施，防止表面降温过大。 图5 底板内外温差曲线 2.顶板 外侧墙与顶板一次完成浇筑，其中侧墙浇筑化了7小时，顶板化了14小时。顶板冷却方式几乎与底板相同，也是自然冷却。 (1)顶板混凝土温度变化分析 顶板各测点最大温升以及温升速率统计数据见表2，与表1数据比较，能够发现顶板混凝土温度变化情况与底板非常一致，究其原因是两者的几何尺寸与冷却方式很接近，不同之处在于底板与地面接触，散热更为不利。顶板各测点温度变化统计 表2测点编号A31A32A33A34B31B32B33B34最高温度（）及所用时间(h)53.2(44)62.2(44)64.6(42)64.9(46)56.6(22)56.3(44)57.5(46)41.4(18)最高温升()26.931.426.935.328.527.22913.4 (2)顶板中心与表面温差变化 图6给出了顶板内外温差变化曲线，在混凝土温升阶段，混凝土中部的33测点与下部的32测点的温差在10之内；在降温阶段，温差随降温的进一步发展而逐渐变小，并接近于0，这是因顶板下面直接与热传导性能差的木模板直接接触，因此适当延长拆模时间，对控制混凝土内外温差能取得很好的效果。在混凝土温升与温降初期，混凝土中部的33测点与上表面的34测点的温差较大，最大超过20，故应加强混凝土表面的保温措施，否则在外界气温更低时，温差可能超过20，而造成表面出现裂缝。 图6 顶板内外温差变化图 3.外侧墙 在底板浇筑完成一个月后进行侧墙与顶板的浇筑，因底板混凝土已处于稳定，其温度与大气温度相当，因此底板对新浇侧墙来说是一种约束，而且底板与侧墙接触处因温差过大容易产生裂缝。为防止裂缝的产生，在侧墙内布置了冷却水管，冷却水管分左右两排，每排由9根直径为32mm的钢管在端头相互连接，冷却水从下面通入，从侧墙浇筑开始就通入冷却水，经过冷却侧墙后由上端流出，冷却水管布置位置见图2。冷却水流量为0.6m3h，冷却时间共54小时。 (1)外侧墙混凝土温度变化分析图7为外侧墙中间各测点温度随时间的变化曲线，从图中可知，混凝土温度从下往上逐渐升高，这是因为一方面冷却水从下面通入，使得下部混凝土冷却较充分；另一方面下部混凝土能够经过底板散热。图7 外侧墙中间测点温度变化 从图中还可看出，离冷却管较近的测点温升较小，而离冷却管较远的测点(20测点)温升较大，图中没有出现温度的突变，这充分说明冷却可有效地控制混凝土的温升；但从图中又可看出前期降温比较快，停止冷却后温度下降变慢，这中间出现一个转折点，因此应合理控制冷却时间。 (2)外侧墙内外温差变化分析外侧墙因受冷却水的影响，其内外温差变化较为复杂。图8为下端混凝土内外温度变化情况，因受冷却水的影响，下端混凝土各处温升在15之内，内外温差在5之内，有效地控制了裂缝的产生；图9为中部混凝土内外温度变化情况，因冷却水到达这一区域已经升温，因此冷却效果没有下端明显，混凝土各处温升接近20，但内外温差不大，对防止裂缝有利；图10为上端混凝土内外温度变化情况，这一区域受冷却水影响已经非常小，混凝土各处温升在2025之间，内外温差在10之内。因此从外侧墙各断面温度变化来看，侧墙内外温差并不大，这说明所采用的冷却方案能有效地控制温升与内外温差。 图8 外侧墙下端温度变化 图9 外侧墙中部温度变化图10 外侧墙上端温度变化 (3)新老混凝土温差分析新老混凝土浇筑时间相差一个月，底板混凝土已经接近外界气温，因此底板对上部新浇筑的侧墙是一约束，如果两者温差较大，将有可能出现裂缝，另外，侧墙在温升阶段，部分热量将由底板散失，因此底板在侧墙浇筑时将有部分温升。图11给出了侧墙与底板交接面处的温度及温差变化情况，从图中可知，底板在侧墙的散热作用下温度缓慢提高，最终两者温度趋于相同。底板温升对于减小侧墙与底板的温差是有利的。从图中可见，在侧墙温升与降温初期温差较大，最大值接近15，当外界气温过低时，温差有可能还要提高，这一温差对防止裂缝的出现是不利的，因此应采取措施进一步降低侧墙下部的温升。 图11 新老混凝土接触面温度及温差变化 (4)冷却水温度分析图12给出了冷却水的进出温度及气温变化曲线图，从图中可看出冷却水的温度变化与气温变化趋势一致，但水的比热较大，因此变化幅度没有气温剧烈；两个冷却管的出水温度变化曲线一致；进出水温差在15以内，起到了较好的冷却效果。但从出水温度曲线来看，温度变化出现转折点，这与冷却水流量变化有关，为更好地达到冷却效果，应合理调节用水量。 图12 进出水温度变化曲线 三、理论分析 1.裂缝产生的原因分析 大致积钢筋混凝土结构浇筑后水泥的水化热量大，由于体积大，水化热聚积在内部不易散发，混凝土内部温度显著升高，而表面散热较快，这样形成较大的内外温差、内部产生压应力，而表面产生拉应力，如温差过大则易于在混凝土表面产生裂纹。当混凝土内部逐渐散热冷却产生收缩时，由于受到基底或已浇筑的混凝土的约束，接触处将产生很大的拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，与约束接触处会产生裂缝，甚至会贯穿整个混凝土块体。 下面主要对由于温度以及约束造成的影响进行讨论。 (1)水泥水化热是温升的主要因素 水泥水化过程产生大量的热量，由于管段的截面较厚、热量聚集在内部不易散失，在自然条件下，管段内部最高温度多数发生在混凝土浇筑后35天，由于混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的温度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大，相应的温度应力地较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高对混凝土内部降温收缩的约束越来越大，以至产生很大的拉应力。温度应力是由温差造成的。温差愈大。温度应力愈大、因此在气温骤降情况下，会大大增加混凝土内外温差，对管段最为不利。 (2)约束条件 温度应力有别于普通静载下的应力，它是变形变化引起的应力状态，如果结构的边界条件允许自由变形，则不存在约束应力，可是自由变形得不到满足时，必然产生约束应力。约束种类可分为外约束和内约束两种，外约束指管段的边界条件，如地基对底板的约束、底板对侧墙和顶板的约束；内约束指管段内部非均匀温度及收缩分布、各质点变形不均匀而产生的相互约束。一般容许混凝土内外温差为510，但实际工程中，由于约束条件极大改进。因而多数工程中的混凝土温差在2025之间时仍未开裂。 2.管段的温度计算 管段内部的最高温度是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝热温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分组成。 (1)绝热温升 混凝土绝热温升与时间的关系满足以下的指数经验式： (1) 式中：T()一在龄期时混凝土绝热温升 () Th一混凝土的最终绝热温升() m一随水泥品种、比表面及浇筑温度而异的参数，浇筑温度为25时，m0.384 一龄期(d) 最终绝热温升Th与水泥用量、水泥品种、混凝土热力学性能有关： （2） W一混凝土中水泥用量(kgm3)，本工程约为296kgm3； Q一水泥水化热量(kJkg).525普通硅酸盐水泥的水化热约为327kJkg； c一混凝土比热。取0.97(kJ/kgK) p一混凝土密度，本工程为235kgm3由式(2)可得混凝土绝热温升Th为42.3，代人式(1)，可得混凝土绝热温升与时间的关系式为：表3给出了按式(3)计算所得的混凝土绝热温升数据混凝土在浇筑湿度为25时前十天的绝热温升理论值 表3时间（天）12345678910绝热温升()13.622.729.033.336.038.039.440.34141.4点总绝热温升的比值（%）32.253.768.678.785.189.893.195.396.997.8 从表中可知，绝热温升主要发生在前5天，这与现场测试结果吻合。图13给出了式(3)的关系曲线，从图中可知绝热温升在10天后变化很小，第10天时达到41.4，占总绝热温升的97.8。 图13混凝土绝热温升理论曲线 (2)混凝土拌和温度与浇筑温度 根据拌和前混凝土原材料的总热量与拌和后流态混凝土的总热量两者相等的原则，可由简易的计算表格法求出拌和温度，即混凝土拌和物的热量，是由各种原材料所提供，只要控制好各种原材料的温度，就可有效地控制混凝土拌和温度。拌和好的混凝土经运输、浇筑、振捣后的温度称浇筑温度，浇筑温度与外界气温有关，当外界气温高于拌和温度时，浇筑温度比拌和温度高，反之亦然。拌和温度可用下面关系式来计算： (4)式中：Tc一混凝土的拌和温度() W一各种原材料的重量(kg) c一各种原材料的比热(kJkgK) Ti一各种原材料的初始温度() 在各种原材料中，对混凝土影响最大的是石子的温度，砂和水的温度次之，水泥的温度较小。因此合理控制原材料的温度可有效控制混凝土拌和温度，从而降低混凝土的最终温度。 (3)管段内部温度计算 当水泥水化热引起绝热温升后，内部温度应为浇筑温度和水化热温升之和，即式(5)是在绝热条件下混凝土内部温度的计算式，但由于热量不断的散失，混凝土的实际温升要低于绝热温升，在散热条件大致相似的情况下，符合“越薄散热越快，越厚散热越慢”的规律。由工程实践，不同浇筑块体厚度与混凝土最终绝热温升的关系(值)见表4。表4浇筑块厚度（m）1.01.52.03.05.06.00.360.490.570.680.790.82其中TmTn，Tm为混凝土由水化热引起的实际温升()。 管段内中心温度可按下式计算： TmaxTj十T（） Ti十Th(1一e-m) (6) 四、管段裂缝控制措施 1.温度控制 (1)混凝土的中心温度和表面温度之间的温差(TmaxTb)以及表面温度与最低气温之间的差值(TbTq)，均应小于20。 (2)控制拆模时间。混凝土的拆模时间应考虑气温环境等因素，必须有利于混凝土强度的正常增长，拆模时混凝土的温差不能太大，即中心温度、表面温度和外界气温之间的温差一般应小于20。 (3)保持混凝土表面湿润。为保证新浇混凝土有适宜的硬化条件，防止在早期由于干缩而产生裂缝，混凝土浇筑完毕后及时洒水养护，以保持混凝土表面经常湿润。 (4)合理的养护时间。管段的养护时间应根据水泥的品种而定，在工期许可的条件下，应适当延长养护时间。 2.对材料的要求 (1)水泥：预制管段用的水泥不但水化热要低，而且应有适当的强度。应选用保水、保温性好、收缩率小的水泥，水化热不得超过335kJkg，水化热温升峰值出现的时间要迟。 (2)骨料：一般选用结构致密，并有足够强度的优良骨料，调整好混凝土的级配设计，施工时加强振捣作业；应严格控制砂、石料的含泥量，重视过筛环节；另外要清除材料中会影响混凝土质量的有机杂质、硫化物等有害物质。 (3)配合比：在满足设计强度的前提下，应力争把水泥的用量降低到最小限度来控制水泥总的发热量，从而可降低混凝土内部的最高温度。 (4)外加剂：为保证混凝土有一定的坍落度，应加入适量的粉煤灰，这不但能够改进混凝土的和易性，减小混凝土的的干缩，而且对降低混凝土的水化热有良好的作用。 3.浇筑和养护过程中的温度控制 (1)出机温度的控制 首先要控制混凝土原材料的温度，最简易的办法是采用冷却拌和水或掺加冰屑，由于水在混凝土中所占的热容量的百分比不大，因此单凭冷却拌和水或掺加冰屑还不能完全有效地降低混凝土的浇筑温度，还需对粗、细骨料进行处理，如在夏天可对其进行遮阳覆盖以及在拌和前进行冷却降温。 (2)控制浇筑温度 除需首先控制出机温度外，施工中还必须采取措施来减少混凝土在运送以及浇筑过程中的冷量损失。在施工过程中尽可能加大浇筑速度，缩短浇筑时间，并合理分层，另外，混凝土的施工应尽量在气温相对较低的时候进行。 (3)养护过程时的温度控制措施 混凝土的养护对管段的防裂十分重要，混凝土的养护主要是使混凝土保持适宜的温度和湿度，保证混凝土的水化和硬化正常进行，提高混凝土的极限拉伸和抗拉强度，且防止表面脱水而产生干缩裂缝。混凝土养护时的温度控制方法有：降温法和保温法。降温法是在混凝土内部预埋冷却管，通入冷却水对内部混凝土进行冷却，必须严格控制水的温度，混凝土内部温度与冷却水的温差应控制在20以内。保温法是在混凝土升温结束开始降温时，必须在混凝土表面覆盖保温材料进行保温，保温能够减小混凝土表面的散热量，减小混凝土表面的温度梯度，防止表面产生裂缝。 4.改进约束条件 (1)地基处理 由于管段体积和重量较大，必须重视对干坞地基的处理，防止地基不均匀沉降，改进地基对底板的约束条件；另外对地基与底板的接触面进行处理，以减小水平剪应力。 (2)合理分段 合理的分段能起到调节温度变化的作用、并减小约束范围以达到释放约束应力的目的。 五、结束语 1.混凝土入模温度受气温影响较大，应合理控制入模温度以避免混凝土温升过高。 2.理论计算所得的温升曲线与现场实测的曲线很相似，不同之处在于理论曲线是在绝热状态下得出的，而实测曲线是在自然冷却或强制冷却条件下得出的；实测的最大温升值与理论计算值一致，理论计算为实测结果提供了可靠的依据。可用于指导施工。 3.在温升即将结束与降温初期，出现底板与顶板混凝土内外温差过大(超过20)的情况，应引起注意，可经过适当加强混凝土早期的保温与养护来避免裂缝的产生。 4.从浇筑开始混凝土温升大致延续50小时左右，随后降温较为缓慢。浇筑完成后7小时内温升很小，水泥的水化缓慢，随后温升剧烈，这段时间内应合理进行冷却。 5.受冷却水影响，侧墙从下往上混凝土温度略有增加，混凝土内外温差与温升控制得较好，但在降温阶段温度出现小的波动，应在降温阶段减小冷却水用量并适时停止冷却。 6.总体冷却效果较好，说明冷却管布置合理，冷却水量适中：但为达到更好的冷却效果，应在混凝土温升阶段依照温升速度，调节冷却水流量。摘自上海隧道 /2