1、嚴寒地區隧道冬期混凝土施工工藝高傳偉摘要：“嚴寒地區隧道混凝土施工工藝”，是在每年冬期長達5個月、長度3243米的巴彥查干隧道施工中的一種嚴寒地區隧道混凝土冬期施工方法。該工藝在充分調研我國北方地區冬季混凝土施工經驗的基礎上，對混凝土配合比和外加劑的種類及摻量進行多次比選，優化防寒保溫措施和養護期間防凍措施而形成。關鍵詞：嚴寒地區隧道混凝土施工工藝一、工藝特點本工藝針對嚴寒地區隧道冬期二次襯砌混凝土和噴射混凝土施工抗凍施工工藝，它具有以下特點。1、加快施工進度在洞內溫度不低于10、洞外溫度不低于30的條件下，襯砌混凝土和噴射混凝土可不間斷施工，從而加快進度、縮短工期。2、降低噴射混凝土的回彈量

2、在負溫條件下，縮短初終凝時間、提高早期強度、噴射混凝土快速凝結硬化，降低回彈量。3、提高襯砌混凝土抗凍融性能在不增加水泥用量的情況下， 保證混凝土200次凍融循環的強度損失值不大于15。4、節約能耗和材料在0條件下，無需蒸汽養護而可在36小時拆模，降低能耗；負溫條件下不需增加水泥用量，從而節約材料和降低成本。5、現場可操作性強加熱保溫設施一次安裝到位，養護保溫材料及設施輕便易移動，操作技術簡便、操作人員易懂易掌握。二、適用范圍本工藝適用于冬期溫度不低于30（洞內溫度不低于10）的隧道襯砌混凝土和噴射混凝土施工。三、工藝原理及關鍵技術（一）、工藝原理隧道襯砌混凝土凍傷機理主要有兩種：施工過程、終

3、凝前凍傷和養護期間凍傷，它們都是由于水分的遷移并導致水分重分布和冰晶造成。后者破壞程度更大，且解凍后基本無恢復性；前者解凍后強度雖有一定的恢復，但損失仍很大。噴射混凝土在低溫條件下除可能發生類似襯砌混凝土凍傷外，由于凝結硬化速度慢，還將大大增加回彈量。根據破壞機理確定本工法原理：1、選用水化熱較高（增加蓄熱量）、具有早強性能、標號不低于32.5R的普通硅酸鹽水泥，以提高早期強度。2、摻加外加劑，改善混凝土（含噴混凝土）性能。襯砌混凝土選擇防凍性能好（降低水分冰點溫度能力強）、減水率高（減少拌和用水量，從而減少混凝土中的游離水分遷移）、早強效果好（短時間內使混凝土達到抗凍臨界強度5Mpa以上），

4、可以有效防止混凝土凍傷。噴射混凝土摻加STC超早強抗凍粘稠劑，可在20下510分鐘凝結硬化，快速達到抗凍臨界強度（5Mpa以上）。3、預熱拌和用水，提高混凝土的入模溫度，加快砼入模后水泥水化放熱反應，促進混凝土的凝結硬化速度，盡快達到抗凍臨界強度（5Mpa以上）。4、預熱集料，防止集料夾裹冰膜雪塊，提高混凝土熟料溫度。5、密封混凝土運輸容器并包裹保溫墊，防止熟料在運輸過程中熱量散失而降低入模溫度。6、模板表面敷設棉被，保證混凝土凝結硬化溫度，防止水結晶凍傷混凝土。7、適當延長模養時間。（二）、關鍵技術1、原材料的選取及其防寒保溫措施的確定。2、D2抗凍混凝土及負溫條件下噴射混凝土的配合比設計。

5、3、襯砌混凝土復合防凍劑和噴射混凝土粘稠劑的種類選擇和摻量研究。4、冬期施工防寒防凍技術（包括材料加熱保溫、施工方法、運輸方法、施工過程的防寒保溫技術和養護期間的防凍技術）。四、施工工藝（一）、噴射混凝土冬期施工工藝流程框圖見圖1是檢查凈空集料預熱安裝電熱水箱清潔受噴面拌和干料埋設厚度標志砼噴射機準備預熱水給 風給 水給料、粘稠劑檢查效果施工作業是否正常結 束調整風壓、水量、粘稠劑摻量否否是噴 射 混 凝 土 冬 期 施 工 工 藝 流 程 框 圖 圖1（二）、襯砌混凝土冬期施工工藝流程框圖見圖2否強度大于抗凍臨界強度是是否否配合比設計集料預熱水預熱加水泥、加防凍劑測試熟料溫度臺車定位檢查中線

6、、水平、凈空模板表面敷設電熱氈裝車運輸輸送泵準備檢查砼溫度混凝土泵送入模振 搗電熱養護拆模質量檢查自然養護制作試件標 養現場養護試 壓分析原因正常施工齡期強度試驗抗凍融試驗抗滲試驗結構物報廢分析原因加集料加水攪 拌防水板鋪設結 束是處 治否否廢 棄襯 砌 混 凝 土 冬 期 施 工 工 藝 流 程 框 圖 圖2（四）、工藝特點1、合理選擇外加劑種類和摻量外加劑的種類和摻量對工程質量、工程進度和本工藝的實施效果都起決定性作用，是本工藝的關鍵。襯砌混凝土：必須選擇減水率高、早強效果好、降低冰點能力強的復合防凍劑，同時根據不同時段的溫度確定不同的摻量。摻量不大于說明書和試驗值。一般采用：負溫防凍劑I

7、型、JA1型復合防凍劑、GM型防凍劑、HZ6型防凍劑，它們的最大摻量不大于水泥量的5。噴射混凝土：選擇超早強抗凍型STC粘稠劑，在噴嘴處加入，嚴禁提前摻加在混凝土混合料中。2、原材料必須預熱保溫采用料倉鋪設的地暖管道提前預熱砂、碎石，預熱溫度由設計熟料出機溫度（不小于7）經熱功計算確定，但不宜低于5，也不宜高于40。水預熱是混凝土冬期施工的關鍵工序。襯砌混凝土采用蒸汽鍋爐預熱，溫度由熱功計算確定，但不宜高于60。噴砼用水采用10KW左右的電熱水器現場預熱，溫度控制在30左右。3、加強施工過程和預養期間的防凍提高混凝土出機溫度、運輸容器敷設保溫材料、澆注現場防風、混凝土熟料盡快入模，防止熱量散失

8、，保證入模溫度不低于5。養護期間防凍非常關鍵，若混凝土受凍，解凍后混凝土強度基本無恢復性。主要措施：盡可能提高環境溫度、模板外敷設石棉電熱氈、延長模養時間、混凝土未達到抗凍臨界強度（5Mpa以上）前不得拆模。4、嚴格控制水灰比水灰比不宜大于0.5，最高不超過0.55，防止過多游離水結冰膨脹破壞混凝土。5、增加密實度加強搗固（二次襯砌采用附著式振搗器和插入式振搗器搗固），必要時摻加混凝土密實劑，從而增加混凝土的密實度，減少毛細孔，防止毛細孔積水、透水結冰膨脹破壞混凝土。6、做好襯砌防排水工作根據地下水出露情況，設置排水盲溝；襯砌背后設置防水板；襯砌混凝土防滲標號P8，必要時摻加防水劑；防止地下水

9、滲入而結冰膨脹破壞混凝土。7、外加劑性能必須滿足下列要求：防凍劑：020能防凍；減水率8；3天強度提高20以上；含氣量13；泌水率95；對鋼筋無銹蝕 ；摻量5。粘稠劑：020能防凍；粘稠成分13；速凝成分25；早強成分14；摻量10；R1d5Mpa；初凝時間4min。 8、精心選擇配合比混凝土的配合比直接影響混凝土抗凍性能和質量，也影響工程成本。經現場實驗，建議采用表1所列的配合比。表1 嚴寒 地 區 冬 期 混 凝 土 配 合 比 參 數 表溫 度2015151010550組 成 材 料C：W：S：G：FC：W：S：G：FC：W：S：G：FC：W：S：G：F比例C20模注砼1：0.5：1.9

10、74：3.365：0.0451：0.56：2.261：3.855：0.041：0.56：2.287：3.893：0.0351：0. 6：2.417：4.121：0.02C25噴砼1：0.4：1.71：1.71：0.091：0.45：2.00：2.00：0.081：0.45：2.051：2.051：0.061：0. 5：2.216：2.216：0.041m3用量C20模注砼348：174：687：1171：15.7310：174：701：1195：12.4310：174：709：1207：10.9290： 174：7 01： 1195：5.8C25噴砼485：194：831：831：43.743

11、0：194：860：860：34.4430：194：882：882：25.8388： 194： 860：860：15.5C32.5R普通硅酸鹽水泥；W潔凈水；S中（粗）砂；G碎石（或米石）；FHZ6防凍劑（襯砌砼）或STC粘稠劑（噴砼）。9、混凝土攪拌延長拌合時間，強制式攪拌機拌合不少于2.0分鐘。1m310、混凝土澆筑混凝土在灌注中分層（分層厚度控制在20cm）連續澆筑，每層的振搗至無氣泡，表面冒漿不下沉為止。五、機具配備1、噴射混凝土機具配備（參見表2）表2 噴 射 混 凝 土 機 具 配 備 表序號設備名稱規格型號單位數量備注1空壓機4L-22/7臺32混凝土噴射機GSP-D臺33混凝土

12、攪拌機Q95臺14電熱水器自制套15東風自卸車臺26試驗設備套17溫度計只32、襯砌混凝土機具配備（參見表3）表3 襯 砌 混 凝 土 機 具 配 備 表序號設備名稱規格型號單位數量備注1襯砌臺車12米臺12混凝土輸送泵HBT60E-1407臺13混凝土攪拌機Q95臺24 插入式振搗器50型臺25附著式振搗器50型套86鍋爐自制臺27熱風機臺28裝載機ZL50-C臺19試驗設備套110混凝土輸送車8m3臺211溫度計只3六、勞力組織1、 噴射混凝土勞力組織（參見表4）表4 噴 射 混 凝 土 勞 力 組 織 表序號工種人數序號工種人數1班長16修理工12噴砼工37 運輸司機13噴砼司機28拌和

13、司機14空壓司機39普工65電工1合計192、襯砌混凝土勞力組織（參見表5）表5 襯 砌 混 凝 土 勞 力 組 織 表序號工種人數序號工種人數1班長17混凝土工62臺車司機18防水工43 輸送泵司機19司爐工14拌和司機110電工15輸送車司機211修理工16木工312普工6合 計28人七、質量控制（一）、質量目標混凝土質量合格率100，無凍傷，200次凍融循環強度損失值15，30條件下能正常生產而不發生混凝土凍傷事故。（二）、原材料1、水泥品種、規格、型號符合設計要求，嚴格按水泥儲存和使用規則辦理。入庫防潮、防冰雪浸蝕和凍結。2、碎石壓碎指標8以內，級配良好，無雜質，泵送砼粒徑4cm，噴砼

14、粒徑2cm，風干入庫保存，防冰雪浸蝕，無冰膜雪塊。3、砂壓碎指標8以內的中（粗）砂，細度模數253.2，無雜質，含泥量1。4、采用潔凈中性水，PH值大于8。5、防凍劑、粘稠劑性能、組分符合要求。（三）、配合比混凝土（噴混凝土）配合比必須進行多次試配，選擇最佳配合比。要求：水泥量450kg/m3；水灰比不宜大于0.5，最大不超過0.55；泵送混凝土坍落度1416cm；強度滿足設計值5Mpa；防水等級滿足設計值且S6；200次凍融循環強度損失值15；外加劑摻量滿足防凍要求。（四）、防凍保溫措施1、所有材料必須入庫、入棚，防止冰雪浸蝕。2、設置加熱倉，使用前對集料預熱，融化冰膜雪塊。3、安裝鍋爐預熱

15、拌和用水。4、拌和站采取措施加熱保溫，保證混凝土生產場所溫度5。5、混凝土熟料運輸必須采取保溫措施。6、混凝土澆注和養護過程采取措施保證混凝土工作溫度。7、設備和人員采取措施防寒，保證混凝土連續正常生產。（五）、施工過程質量控制要點1、密切與氣象部門聯系，預測施工期間的氣溫。2、加強作用環境溫度檢測，便于采取措施。3、砂、碎石水的預熱溫度必須根據作業環境溫度和混凝土入模溫度進行熱功計算確定。4、注意材料的預熱溫度控制，砂、碎石不大于40，水不大于60，嚴禁直接加熱水泥。5、嚴格投料順序和攪拌時間。按照石子砂水泥外加劑水順序投料，開盤前用熱水沖洗拌和機；攪拌時間不小于3min。6、嚴格控制熟料出

16、機和入模溫度，均不小于5。7、入模前必須檢測混凝土溫度（應不小于5），檢查是否有結冰或凍凝現象。8、混凝土熟料出機后盡快澆注入模，防止熱量散失。9、混凝土未達到抗凍臨界強度嚴禁拆模。10、混凝土應進行抗壓、抗滲、抗凍融試驗，其中抗壓應做R3、R7、R28三種試驗。11、若初凝前凍傷，應采取措施迅速解凍，降低標號使用；若初凝后凍傷，只能廢棄。八、安全措施1、制定設備和施工工藝操作細則，按細則操作，堅持“三工”制（工前安全講話、工中檢查、工后總結）。2、冬期寒冷，作業人員操作必須到位。3、噴混凝土人員應佩戴防護面罩和防護塑膠手套。4、鍋爐嚴格按壓力容器管理和操作。5、加強用電管理，防止觸電，特別對電熱管、電熱氈要經常檢查其絕緣性能。九、技術分析本工藝解決了嚴寒地區隧道冬期