大准铁路增二线鸡鸣驿隧道混凝土冬季施工质量控制.pdf

2 0 1 3年第 8期 铁道建筑 Ra i l wa y En gi n e e r i ng 4 9 文 章编 号 ： 1 0 0 3 ． 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 8 ． 0 0 4 9 。 0 2 大 准铁 路增 二线鸡 鸣驿 隧道 混凝 土冬季 施工质量控 制 兰 晓峰 ( 神华准能大 准铁 路公司 ， 内蒙古 鄂尔多斯0 1 0 3 0 0 ) 摘 要 ： 大准铁路 增 二 线 工 程 鸡 呜 驿 隧道 全 长 2 2 0 7 m， 位 于 内蒙 古 自治 区和 林 县 ， 当地 极 端 最低 气 温 一 3 4 ． 3℃ ， 最冷 月平 均 一1 3 ． 8 c 【 = ， 低 温 条件 下 ， 混凝 土抗 压 强 度 降低 约 5 0 ％ ， 抗拉 强度 降 低 约 4 0 ％ ， 混 凝土冬季施工质量控制尤为重要。在鸡鸣驿隧道冬季施 工中通过选择合适的混凝土原材料和配合 比， 采取保温措施确保混凝土在拌合、 运输过程 中的温度， 结合 隧道 口的保温措施 ， 保证 了混凝 土施工养护 的质量， 确保 了冬季施工的顺利进行 。 关键 词 ： 混凝 土冬 季施 工质量控 制 中 图分 类 号 ： T U 5 2 8 ． 0 6 2 文 献标 识码 ： A D O I ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 3 ． 1 9 9 5 ． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 1 6 大准铁路增二线工程鸡鸣驿隧道全长2 2 0 7 m， 位 于内蒙古 自治区和林县 ， 隧道围岩主要为Ⅳ 、 V级片麻 岩 。根 据 当地气 象 资料 显示 ， 本 隧 道 所 在地 区冬 季 极 端 最低 气 温 一3 4 ． 3℃ ， 最 冷 月 平 均 一l 3 ． 8℃ 。 由 于 工 期要 求 ， 隧道 必须 进 行 冬 季 施 工 才 能 满 足铺 架 工 期 要求。当日平均气温降到 ≤5℃ ， 或最低气 温降到 ≤ 0℃时 ， 混 凝土在浇 筑后立 即受 冻 ， 抗 压强度 降低约 5 0 ％ ， 抗拉强度降低约 4 0 ％ ， 因此 ， 混凝土冬季施工质 量控制尤为重要 。要求在混凝土原材料选用与配合 比 设计 、 混 凝 土搅 拌保 温 、 运 输 上 采 取 有 效 措 施 ， 以保 证 混凝土的质量 ， 确保冬季施工的顺利进行。 1 混凝 土冬 季施工 1 ． 1 混 凝土 原材 料选 择 混凝 土 受冻 主要 是 初 凝 过 程 中受 到 负 温 侵 袭 ， 水 泥的水化作用受到阻碍 ， 其 中游离水分开始结冰 ， 而使 混 凝 土冻 裂 ， 严重 影 响混凝 土质 量 ， 因而冬 季混 凝土 施 工 中选用的水泥 、 外加剂及水灰 比等均需仔细配选 ， 冬 季施工的混凝土需特殊设计 。对鸡 鸣驿隧道衬砌 C 3 5 防水 混凝 土 的原材 料 选择进 行 介绍 。 我 国各种 水 泥抗 冻 性 高 低 次 序 如 下 ： 硅 酸 盐 水 泥 >普通 硅 酸盐 水泥 >矿渣硅 酸 盐水 泥 >火 山灰 或粉 煤 灰硅酸盐水泥 。根据 内蒙古地区水泥生产供 给情 况， 选用 4 2 ． 5号普通硅酸盐水泥 比较合适 。选择颗粒硬 度高和缝隙少的集料 ， 使其热膨胀系数和周 围砂浆膨 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 1 0 — 2 0 ； 修 回日期 ： 2 0 1 3 — 0 5 - 2 0 作者 简介 ： 兰晓峰( 1 9 7 2 一) 男 ， 内蒙古和林县人 ， 高级工程师。 胀 系数相 近 ， 碎石 冻融 循环 后质 量损 失 ≤8 ％ 。 对 于混凝 土 骨料 应 严 格 按 配合 比控 制 ， 杂 质 不 能 超标 ， 并做好骨料表面的清洁， 不得含有冰雪、 冻块及 易 冻裂 的物 质 。在 掺有 含钾 、 钠 离子 的外 加剂 时 ， 不得 使用 活性 骨 料或混 有 活性材 料 的骨料 。 为了改善混凝土的和易性 ， 选用 了无氯盐混凝土 防冻剂 ， 结合不同的天气温度 ， 掺量控制在 2 ％ ～ 5 ％。 1 ． 2配合 比设 计 水灰 比对混凝土的抗冻性影响最大。水化反应所 需水分只占水泥重量的 2 5 ％ ～ 3 0 ％ ， 但为了满足施工 和易 性 的要 求 ， 常 常 将 用 水 量 加 大 到 5 0 ％ ～ 7 0 ％ ， 甚 至更大 ， 用水量大大超过水泥水化反应 的实际水量 ， 降 低 混 凝土 的抗 冻能 力 ， 因此水 灰 比一般 不 宜超过 0 ． 6 。 经过计算 ， 最终确定理论配合 比水泥： 砂： 石： 水： 防水 剂： 防冻 剂： 粉 煤灰 为 1 ． 0 0 0 ： 1 ． 9 3 0 ： 2 ． 5 6 0 ： 0 ． 5 4 0 ： 0 ． 1 0 0 ： 0 ． 0 3 7 ： 0 ． 2 5 0 ， 保证 了混凝土 的和易性 和坍 落 度 ， 控 制 了混凝 土 中的 可冻结 的 自由水 量 ， 提高 了混凝 土 的早 期抗 冻 害性 能 。 1 ． 3混凝 土 的拌合 保温 控制 混 凝 土强 度增 长 主要 靠 水 化 作 用 ， 混 凝 土 受 冻 后 所含水结冰， 体积膨胀 ， 导致混凝土结构松散 ， 造成混 凝 土强 度减 弱 。 由于 隧道 内施 工 温 度 控 制较 容 易 ， 在 混凝土拌合和运输环节必须采取相应的保 暖措施 ， 保 证混凝土的拌合 、 人模温度符合规范要求 。经研究决 定采用暖棚保温配合地暖加热砂石料法 。 1 ) 保温 暖棚设 置。混凝土拌合 站保 温暖棚骨架 采用轻型钢架结构 ， 暖棚高 8 m， 长 8 0 n l ， 宽 3 0 m， 建 筑面积2 4 0 0 m ， 可存储砂石料 2 0 0 0 m ， 水泥 2 0 0 t ， 主 骨架 埋深 为 总长 的 1 ／ 3～1 ／ 2 ， 每 榀骨 架 间距 为 5 m。 5 0 铁道建筑 桁架和每榀的连接系梁均采用 [ 。 槽钢 ， 暖棚墙面及棚 顶 采用 保温 双层 泡沫 彩钢 瓦 。保 温 棚设 置为 厂房式 活 动板房 ， 棚 内包含有拌 合机、 操作 室、 砂石料仓 、 水 泥 库 、 水池等。在砂石骨料堆放场进行硬化前， 提前将地 暖暖气 管 道埋人 硬化 层下 ， 硬 化 厚度 不 得 小 于 1 0 c m。 拌合站全部封闭， 仅在暖棚 的拌合机出料 口处预 留车 辆 的进 出 口及侧 面 预 留原 材料 进料 口。保 温 棚所有 出 口均 采用 双扇 折叠 式 门 ， 门上 挂厚棚 布 和棉布 ， 进料 时 只开侧门， 混凝土拌合施工时除出混凝土门开， 其余的 外部门全部关闭 ， 以保证拌合站内的温度。 2 ) 蒸汽锅炉的选择。根据《 内蒙古 自治 区城镇供 热条例》， 室 内温 度 达 到 1 8℃ 以上 需 热 量 q=7 0 W／ m ， 一般锅炉的效率 =0 ． 7 5 ， 由于暖棚净高大， 暖 棚 内常 因施 工或 进料 而造 成 暖气 流失 ， 取 r ／ =0 ． 5 。故 所需 锅 炉功 率 W =S q ／ r l ／ a= 2 4 0 0 7 0 ／ 0 ． 5 ／ 0 ． 8=4 2 0 k W ， 其 中 ， a为 考虑地 暖加 热砂 石 材料 损 失 占 2 0 ％ ， 取 0 ． 8 。根据热量计算 ， 暖棚 内供热系统采用 2台 1 t 蒸 汽锅炉和暖气管道 、 暖气 片， 一 台使用 ， 一 台备用。经 实际测试 ， 在锅炉启用后 ， 暖棚 内平均温度达到 l 6℃， 砂石料 测试 温度 达 到 5℃ 。 3 ) 混凝 土 出 机 温 度 确 认 。混 凝 土 卸 出 拌 合 机 时 的温 度不 宜大 于 4 0℃ ， 也 不宜 低于 l 0℃ ， 施工 时将 拌 合用 水加 热至 6 0℃ 左右 ， 根据 热工计 算 及现场 试验 测 定 ， 按《 铁路混凝 土工程施 工技术指南》 要 求 ， 取混凝 土入模温度 ≥5℃ ， 并考虑 内蒙古 自治区和林 县当地 最冷月份温度 平均在 一1 3 ． 8℃， 按 照不利条 件考虑 一 2 0 ℃ 。 根据《 混凝土结构工程施工质量验收规范》， 混凝 土拌合物的温度 t 0： [ 0 ． 9 ( W t +W t +W g t )+4 ． 2 t ( W —P W 一 P g W g ) C 1 p s W s t s+P g 1 ^ ) g t g ) 一 C 2 p s W s P g W g ) [ 4 ． 2 w +0 ． 9 ( W 。 +加 + ) ] 式 中： t 。 为混凝土拌合物的温度 ， ℃； W ， W ， W ， W 分 别为水 、 胶凝材料 、 砂 、 石的用量 ， k g ； t ， t ， t ， t 分别为 水 、 胶 凝 材 料 、 砂 、 石 的温 度 ， o C； P ， P 分 别 为 砂 、 石 的 含水率， ％ ； C ， C 分别为水 的比热容 ( k J ／ ( k g K) ) 及 溶 解 热 ( k J ／ k g ) 。 当 骨 料 温 度 >0 o C时 ， C =4 ． 2 k J ／ ( k g K) ， c =0 ； 当骨 料 温 度 ≤0 o C时 ， C =2 ． 1 k J ／ ( k g K) ， c 2 = 3 3 5 k J ／ k g 。 混凝土 拌 和物 的 出机 温度 t =t 。 一0 ． 1 6 ( t 。 一t ) ， 其中， t 为搅拌机棚 内温度 ， ℃。 经试 验 检验 ， 拌 合 用水 温度 一般 可控制 在 5 5℃ ～ 6 0℃ ， 在 一l 5℃ ～ 一 2 0℃ 的环境 下 ， 混 凝 土 出机 温度 可达到 1 2℃ ～1 6℃。现场施工表 明， 暖棚 的应用保 证了混凝土的出机温度 ， 能够达到施工要求。 1 ． 4混凝 土 运输及保 温 为 了减少 混凝 土 拌 合物 在 运 输 期 间 的热 量 损 失 ， 将混 凝 土拌合 站就 近设 置在 隧 道施 工 洞 口， 尽 量 缩 短 运距和运输时间， 同时 ， 混凝土输送车采取双层棉被包 裹保温措施 ， 结 合施 工计 划， 制定 了混凝 土的装卸计 划 ， 减少装卸次数 ， 使得混凝土能够合理装入 、 运输 和 卸 出 。 实践表 明 ， 这些措 施 的应用 ， 极大 地减 少 了混 凝 土 拌合物在运输期间的热量损失。经现场技术人员 的测 量， 在 一1 5℃ ～ 一 2 0℃的环境下 ， 混凝 土拌合物出机 温度 达到 l 2℃ ～1 6℃ 时 ， 其 入模 温 度 可 达 到 1 0℃ ～ l 3℃ ( 部 分水 泥水化 热发 挥 了效果 ) 。 1 ． 5隧道 内温 度保持 由于隧道较长 ， 因此在施工过程 中， 分别在距洞 口 1 0 m和 2 0 m处设 两道洞 门， 运输车进洞后快速关上 大 门 ， 尽 量减 少热 量 的损 失 。隧道 爆破 后需 定期排 风 ， 采 用两 台功率 为 0 ． 2 5 k W 工 业 用 热风 机 供 风 ， 既保 证 了排风要求 ， 又有利于隧道内的保温。同时 ， 结合洞内 天气情况和隧道进尺 ， 又在水箱处 、 混凝土喷射机处放 置 了火炉 ， 待混凝土工作面施工结束后 ， 及时将火炉移 至工作面附近， 保证混凝土的养护温度。随着隧道向 洞 内延 伸 ， 温度 不断 升高 ， 当实 测 温 度 达 到 5 c C时 ， 即 取消火炉保暖措施 ， 降低能耗。 2 结 语 在鸡 鸣驿 隧道 冬季 施 工 中 ， 采 取 暖 棚 保 温 和地 暖 加热的保温措施 ， 合理进行配合比设计 ， 保证 了混凝土 的性 能 ， 满足 了施工 的需 要 ， 确保 了冬季 施工 的顺 利进 行。可为今后类似工程借鉴。 参 考 文 献 [ 1 ] 赵爱军 ， 胡胜雄． 大体积高强混凝土配合 比设计及冬 季施工 的质量控制 [ J ] ． 建材世界 ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 2 ) ： 1 2 0 — 1 2 2 ． [ 2 ] 欧 阳艳． 浅 议 西 秦岭 隧 道 冬 季施 工 技 术 [ J ] ． 福 建 建 筑 ， 2 0 1 0， 1 4 2 ( 4)： 1 0 7 — 1 0 8 ． [ 3 ] 中华 人 民共 和 国铁 道部 ． 铁路 混 凝 土工 程 施 工技 术 指南 [ S ] ． 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 4 ] 陈铁骑 ． 高地应力下大断面 隧洞混凝 土施 工技术研 究 [ J ] ． 铁道建筑 ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 7 4 — 7 6 ． [ 5 ] 中华人民共和国住房 和城 乡建设部 ． 混凝 土结构 工程施 工 质量验收规范 [ s ] ． 北 京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． ( 责任审编 王红)