书馆banner

您的位置:首页 > 书馆 > 技术资料 > 隧道技术

寒冷地区隧道冬期施工技术

作者:孙国鹏; 王彪; 肖泽天  发布:2017/5/26  浏览:
单位:中建六局桥梁有限公司

摘 要:朝阳隧道处于东北寒冷地区,气候条件极其恶劣。为保证整个工程的施工进度和工程质量,必须采取冬期施工。在以往工程的施工经验基础上,结合当地气候特点,在经过实际应用与科学研究基础上,优化了料仓保温实施方案,并提出了寒冷地区隧道施工混凝土配合比方案,即保证了隧道冬期施工的顺利进行,又为其他寒冷隧道施工提供参考。

0 引言

随着公路建设的不断进步,隧道工程建设成为越来越普及的施工项目。对于高寒地区的公路工程,每年的有效工期相对较短,冬期较长,特别对于隧道施工来说,冬期能够正常施工尤为重要。目前隧道工程多采取冬期停工的方式,制约了工程的可持续性,加长了工期,严重影响了隧道工程的组织管理及人、材、机投入后的充分利用。冬期施工严寒天气可能会导致施工过程中出现较大的安全、质量隐患,为满足工期要求和质量要求,必须解决隧道冬期施工中的关键技术问题。本文依托鹤大高速 ZT16 标项目朝阳特长隧道冬期施工,提出特长隧道冬期施工关键技术研究课题。通过对传统冬期施工优化改进,不仅保证了本工程的顺利建设,对提升我国高寒地区隧道建设水平也具有重要意义。

1 工程概况

鹤大高速公路 ZT16 标段位于吉林省白山市柳河县内,起讫桩号为:K314 +552. 026—K323 +343. 518,全长8. 792km,本项目朝阳隧道全长6 160m,分为左洞(LK319 +510—LK322 +600)3 090m、右洞(RK319+540—RK322 +610)3 070m,在冬期严寒且漫长地区的特长隧道,施工进度受冬期影响严重,为保证施工进度与质量,将采取冬期施工。

1. 1 地质概况

隧道进口段围岩以粉质黏土、碎石土、强风化花岗岩、中风化花岗片麻岩为主,岩体松散,属Ⅴ级。洞身段围岩为中风化花岗片麻岩、节理裂隙发育、岩体较破碎,地下水主要为基岩裂隙水。围岩级别分别属Ⅲ ~ Ⅳ级,隧道洞身段局部地段小型断裂发育,断裂处岩体破碎、松散,属Ⅴ级。隧道出口段围岩主要为粉质黏土、碎石、强风化共岗片麻岩,岩体松散,地下水主要为基岩裂隙水和第四系松散层中的孔隙水,属Ⅴ级。是一座科技含量高、施工难度大的特长隧道。

1. 2 气象水文

朝阳隧道隧址区属于寒温带大陆性半湿润气候,多年平均降水量 668. 4mm,且多集中在 6—8月,冰冻期为 11 月至次年 3 月,多年平均气温4. 5℃,月平均气温在 - 22. 9 ~ 17. 9℃,最冷月(1月)平均气温为 -28. 9℃,最热月(7 月)平均气温为27. 9℃,年极端最高气温为 36. 6℃,年极端最低气温为 -40. 2℃;全年平均积雪日数为 174d,最多积雪日数达 245d,最少积雪日数为 90d,年最大积雪深度为 46. 9cm;平均土壤冻结深度 170cm,最大冻土深度 190cm。

2 隧道工程冬期施工存在的问题

朝阳隧道所处地区冬期漫长(一般从当年 10月中旬至次年 3 月中旬),为满足施工进度要求,必须对朝阳隧道进行冬期施工。隧道冬期施工主要是对人、材、机及施工场地进行有效的防寒保温,以达到资源充分利用。在冬期施工中最为关键的是混凝土抗冻保温技术,目前,国内外关于寒区隧道冬期混凝土施工技术研究主要集中在混凝土的冻融破坏机制、加热及保温、外加剂的使用研究及其效果分析。针对寒区隧道二衬混凝土抗冻保温技术难题,本文将主要从加热及保温以及外加剂的使用两方面入手,在原有经验基础上加以改进。

3 隧道冬期施工关键技术

隧道冬期混凝土施工主要是以混凝土抗冻保温为主,分为洞内保温和洞外保温,本文主要对混凝土施工配合比和外加剂种类选择及掺量进行研究,进而得出更经济适用有效的寒冷地区隧道冬期施工技术。

3. 1 洞内保温技术研究

隧道洞内保温如图 1 所示。隧道洞口采取挂防寒保温门帘的方式进行保暖,采用 Φ48mm 钢管脚手架支撑。洞内浇筑工作面采用安装 2 台暖风炉烧煤取暖的方式,保证洞内温度≥5℃。为防止洞内输水管路受洞外的影响导致堵塞或不畅通,保证掌子面正常施钻,洞外输水主管路均采用保温材料包裹,高压水池采取覆盖保暖措施。

图 1   隧道洞内保温示意

3. 2 洞外保温技术研究

对整个拌合站搭设暖棚进行包封,暖棚骨架为钢结构,棚顶及四周安设保温墙,并覆盖棚布密封,保证不漏风,拌合站保温平面如图 2 所示。棚内料仓采用地暖水循环保温措施,首先在料仓场地地面上铺设 15cm 厚混凝土调平层;其次在隔热板上部铺设 1 层 Φ6 钢筋网片(网格尺寸 20cm × 20cm)将水暖管道(管道间距 1 ~ 2m,Φ20mm PPR 管)用 U形卡固定(见图 3);最后进行混凝土浇筑,并在混凝土保护层上加设钢板。根据料仓内温度计测温情况,通过对导管内水加热输送热量,传递至料仓空间,从而实现对料仓内储存料的加热,保证砂石料加热到 10℃以上。

图 2   拌合站保温平面布置示意

图 3   PPR 水暖管道

4 改善混凝土性能的技术研究及施工操作要点

1)水泥的选择选用水化热较高(增加蓄热量)、具有早强性能、强度等级≥42. 5R 的普通硅酸盐水泥,以提高混凝土的早期强度。

2)合理、科学地掺加外加剂,改善混凝土(含喷射混凝土)施工性能。衬砌混凝土选择 JZ-1 型增强型防水减水剂减水率高(减少拌合用水量,降低冰点能力强,从而减少混凝土中游离水分迁移)、早强效果好(短期内使混凝土达到抗冻临界强度 5MPa以上),可有效防止混凝土冻伤。喷射混凝土 TNA-5型速凝剂,可在低温条件下 4 ~5min 凝结硬化,快速达到抗冻临界强度(5MPa 以上)。

3)采用地暖水循环保温措施提前预热砂、碎石,保证温度≥10℃。防止骨料中混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质,提高混凝土熟料温度。水预热是混凝土冬期施工的关键工序。衬砌混凝土采用电热储水箱预热,温度控制在 55 ~ 60℃,喷射混凝土温度控制在 25 ~30℃。

4)严格控制水灰比。水灰比≤0. 42,最高≤0. 45,防止过多游离水结冰膨胀破坏混凝土。

5) 混凝土搅拌时间确定。强制式搅拌机拌合≥120s。

6)混凝土运输采用罐车运输,罐体外用保温棉套包裹保温,并加装防滑链防滑。防止熟料在运输过程中热量散失而降低入模温度。

7)现场温度控制技术研究现场温度测量。洞外在拌合站料仓内对立墙面各配置 1 支温度计,在洞内混凝土作业面处,相对洞壁交错 10m 各配置 1支温度计,主要位置为:开挖作业面、二衬作业面(一个洞内 2 处控制点共配设 4 支温度计)。由现场施工区域负责人按每 4h 一循环,根据现场实际温度填写《测温记录表》,如发现某处温度计测温低于可控范围,立即重新规划混凝土浇筑作业时间,提高暖风炉温度等相关措施,保障施工质量。

8)混凝土施工。以洞内现场实际填写《测温记录表》为根据,如发现某处温度计测温低于可控范围,立即重新规划混凝土浇筑作业时间,采用提高暖风炉温度等相关措施保证混凝土凝结硬化温度,防止水结晶冻伤混凝土。适当延长拆模、养护时间,等混凝土强度达到 8MPa 时开始拆模,养护采用喷洒混凝土养护液。

9)增加密实度。加强混凝土振捣(二次衬砌采用附着式振捣器和插入式振捣器捣固),振捣棒应垂直插入,快插慢拔,每层混凝土控制在 30cm 左右,振捣棒移动间距控制在 25 ~30cm,做到不漏振、不过振,确保混凝土密实。混凝土密实的标志是混凝土不再下沉,表面变得平坦并泛浆。必要时掺加混凝土密实剂,从而增加混凝土的密实度,减少毛细孔,防止毛细孔积水、透水结冰膨胀破坏混凝土。

10)做好衬砌防排水工作。根据地下水出露情况,设置排水盲沟,衬砌混凝土防渗等级≥S8,必要时掺加防水剂,防止地下水渗入而结冰膨胀破坏混凝土。

11)科学、合理地选择配合比。混凝土的配合比直接影响混凝土抗冻性能和质量,也影响工程成本。在经过长时间的研制探讨与现场试验验证,最终科学、合理地整理出高寒地区混凝土的配合比(见表 1)。

表 1  严寒地区冬期混凝土配合比参数

5 质量、安全环保措施

成立精干、高效、责权明确的冬期施工领导小组,由项目经理任组长,项目副经理、总工程师任副组长,各部门负责人为成员,负责冬期施工的组织和管理。做好安全环保施工,保证施工质量和进度。

5. 1 质量过程控制

冬期混凝土施工主要是做好保温工作(洞内保温和洞外保温)。混凝土在拌合站集中拌制,拌制前做好试验调配,尽量选用较小水灰比及坍落度。并延长混凝土拌制时间,严格控制混凝土出机温度和混凝土入模温度。采用罐车运输,做好罐体保温,并加装防滑链防滑并减少混凝土在罐体内等待时间。混凝土采用泵车输入,Φ50mm 振捣棒分层振捣密实,严格控制每层厚度及振捣间距、振捣时间,并不得漏振和过振。当混凝土强度达到 8MPa 时开始拆模,拆模时做好环境温度与混凝土温度的测量,防止温差出现收缩裂缝。采用喷洒混凝土养护液进行养护。做好人员详细安排,明确各工序负责人,尤其是保温控制及测温记录人。

5. 2 安全措施

施工中坚持“安全第一,预防为主”的方针,认真履行有关安全生产管理的相应规定,保证人身和施工安全。隧道冬期施工现场安全生产实行安全责任制,建立健全安全组织保障体系,制定和完善安全生产的各项管理制度,责任到人。严格执行定机定人制度,机械保管人员要坚守岗位,看管好设备,并做好相应记录。

5. 3 环保措施

严格遵守国家有关环境保护方面的法律、法规及有关环境保护的管理规定,落实环境保洁责任制,制定和完善施工现场相关制度。

6 结语

朝阳隧道冬期施工技术中料仓拌合站保温技术摒弃了常规的保温措施,采用钢结构骨架搭设保温棚,以及 PPR 管水循环地热保温措施。常规加热预热时间长,保温造成的局部温度高,另外常规加热耗能量大,环保效果差。此次应用合理地弥补了这些不足。

对混凝土抗冻保温技术进行了大量的研究探讨以及实践证明,科学合理地整理出适合高寒地区-30℃以内的地区冬期施工的混凝土配合比,并提出从原料到施工完成整个过程的控制要点。保证了工程顺利建设,提高了工程质量,并为以后运营打下了更好的基础,减少养护成本。

朝阳隧道自 2014 年开挖进洞以来,已经经历了2 个冬期施工,目前已贯通。隧道的二衬混凝土尚未发现因寒冷引发的病害或损伤,此冬期施工技术的成功应用将对高寒地区其他隧道施工具有较高的参考价值。

摘自《施工技术》
隧道网版权及免责声明:

凡本网注明“来源:隧道网”的所有作品,版权均属于隧道网,未经本网授权,不得转载、摘编或以其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,须在授权范围内使用,并注明“来源:隧道网”。违反上述声明者,本网将保留追究其相关法律责任的权利。凡本网来源注明为非隧道网的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,该文章仅代表作者观点,并不代表本网赞同其观点或对其真实性负责,请读者自行核实相关内容,仅作参考。如因作品内容、版权和其它问题请与本网联系。

标签

相关文章

网友评论

发表评论

发表评论 (回复限1000字以内!)

加载更多...


隧道网手机版
隧道网微信公众号
╳ 关闭