严寒地区隧道冬期混凝土施工工艺

1、严寒地区隧道冬期混凝土施工工艺高传伟摘要：“严寒地区隧道混凝土施工工艺”，是在每年冬期长达5个月、长度3243米的巴彦查干隧道施工中的一种严寒地区隧道混凝土冬期施工方法。该工艺在充分调研我国北方地区冬季混凝土施工经验的基础上，对混凝土配合比和外加剂的种类及掺量进行多次比选，优化防寒保温措施和养护期间防冻措施而形成。关键词：严寒地区隧道混凝土施工工艺一、工艺特点本工艺针对严寒地区隧道冬期二次衬砌混凝土和喷射混凝土施工抗冻施工工艺，它具有以下特点。1、加快施工进度在洞内温度不低于10、洞外温度不低于30的条件下，衬砌混凝土和喷射混凝土可不间断施工，从而加快进度、缩短工期。2、降低喷射混凝土的回弹量

2、在负温条件下，缩短初终凝时间、提高早期强度、喷射混凝土快速凝结硬化，降低回弹量。3、提高衬砌混凝土抗冻融性能在不增加水泥用量的情况下， 保证混凝土200次冻融循环的强度损失值不大于15。4、节约能耗和材料在0条件下，无需蒸汽养护而可在36小时拆模，降低能耗；负温条件下不需增加水泥用量，从而节约材料和降低成本。5、现场可操作性强加热保温设施一次安装到位，养护保温材料及设施轻便易移动，操作技术简便、操作人员易懂易掌握。二、适用范围本工艺适用于冬期温度不低于30（洞内温度不低于10）的隧道衬砌混凝土和喷射混凝土施工。三、工艺原理及关键技术（一）、工艺原理隧道衬砌混凝土冻伤机理主要有两种：施工过程、终

3、凝前冻伤和养护期间冻伤，它们都是由于水分的迁移并导致水分重分布和冰晶造成。后者破坏程度更大，且解冻后基本无恢复性；前者解冻后强度虽有一定的恢复，但损失仍很大。喷射混凝土在低温条件下除可能发生类似衬砌混凝土冻伤外，由于凝结硬化速度慢，还将大大增加回弹量。根据破坏机理确定本工法原理：1、选用水化热较高（增加蓄热量）、具有早强性能、标号不低于32.5R的普通硅酸盐水泥，以提高早期强度。2、掺加外加剂，改善混凝土（含喷混凝土）性能。衬砌混凝土选择防冻性能好（降低水分冰点温度能力强）、减水率高（减少拌和用水量，从而减少混凝土中的游离水分迁移）、早强效果好（短时间内使混凝土达到抗冻临界强度5Mpa以上），

4、可以有效防止混凝土冻伤。喷射混凝土掺加STC超早强抗冻粘稠剂，可在20下510分钟凝结硬化，快速达到抗冻临界强度（5Mpa以上）。3、预热拌和用水，提高混凝土的入模温度，加快砼入模后水泥水化放热反应，促进混凝土的凝结硬化速度，尽快达到抗冻临界强度（5Mpa以上）。4、预热集料，防止集料夹裹冰膜雪块，提高混凝土熟料温度。5、密封混凝土运输容器并包裹保温垫，防止熟料在运输过程中热量散失而降低入模温度。6、模板表面敷设棉被，保证混凝土凝结硬化温度，防止水结晶冻伤混凝土。7、适当延长模养时间。（二）、关键技术1、原材料的选取及其防寒保温措施的确定。2、D2抗冻混凝土及负温条件下喷射混凝土的配合比设计。

5、3、衬砌混凝土复合防冻剂和喷射混凝土粘稠剂的种类选择和掺量研究。4、冬期施工防寒防冻技术（包括材料加热保温、施工方法、运输方法、施工过程的防寒保温技术和养护期间的防冻技术）。四、施工工艺（一）、喷射混凝土冬期施工工艺流程框图见图1是检查净空集料预热安装电热水箱清洁受喷面拌和干料埋设厚度标志砼喷射机准备预热水给 风给 水给料、粘稠剂检查效果施工作业是否正常结 束调整风压、水量、粘稠剂掺量否否是喷 射 混 凝 土 冬 期 施 工 工 艺 流 程 框 图 图1（二）、衬砌混凝土冬期施工工艺流程框图见图2否强度大于抗冻临界强度是是否否配合比设计集料预热水预热加水泥、加防冻剂测试熟料温度台车定位检查中线

6、、水平、净空模板表面敷设电热毡装车运输输送泵准备检查砼温度混凝土泵送入模振 捣电热养护拆模质量检查自然养护制作试件标 养现场养护试 压分析原因正常施工龄期强度试验抗冻融试验抗渗试验结构物报废分析原因加集料加水搅 拌防水板铺设结 束是处 治否否废 弃衬 砌 混 凝 土 冬 期 施 工 工 艺 流 程 框 图 图2（四）、工艺特点1、合理选择外加剂种类和掺量外加剂的种类和掺量对工程质量、工程进度和本工艺的实施效果都起决定性作用，是本工艺的关键。衬砌混凝土：必须选择减水率高、早强效果好、降低冰点能力强的复合防冻剂，同时根据不同时段的温度确定不同的掺量。掺量不大于说明书和试验值。一般采用：负温防冻剂I

7、型、JA1型复合防冻剂、GM型防冻剂、HZ6型防冻剂，它们的最大掺量不大于水泥量的5。喷射混凝土：选择超早强抗冻型STC粘稠剂，在喷嘴处加入，严禁提前掺加在混凝土混合料中。2、原材料必须预热保温采用料仓铺设的地暖管道提前预热砂、碎石，预热温度由设计熟料出机温度（不小于7）经热功计算确定，但不宜低于5，也不宜高于40。水预热是混凝土冬期施工的关键工序。衬砌混凝土采用蒸汽锅炉预热，温度由热功计算确定，但不宜高于60。喷砼用水采用10KW左右的电热水器现场预热，温度控制在30左右。3、加强施工过程和预养期间的防冻提高混凝土出机温度、运输容器敷设保温材料、浇注现场防风、混凝土熟料尽快入模，防止热量散失

8、，保证入模温度不低于5。养护期间防冻非常关键，若混凝土受冻，解冻后混凝土强度基本无恢复性。主要措施：尽可能提高环境温度、模板外敷设石棉电热毡、延长模养时间、混凝土未达到抗冻临界强度（5Mpa以上）前不得拆模。4、严格控制水灰比水灰比不宜大于0.5，最高不超过0.55，防止过多游离水结冰膨胀破坏混凝土。5、增加密实度加强捣固（二次衬砌采用附着式振捣器和插入式振捣器捣固），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。6、做好衬砌防排水工作根据地下水出露情况，设置排水盲沟；衬砌背后设置防水板；衬砌混凝土防渗标号P8，必要时掺加防水剂；防止地下水

9、渗入而结冰膨胀破坏混凝土。7、外加剂性能必须满足下列要求：防冻剂：020能防冻；减水率8；3天强度提高20以上；含气量13；泌水率95；对钢筋无锈蚀 ；掺量5。粘稠剂：020能防冻；粘稠成分13；速凝成分25；早强成分14；掺量10；R1d5Mpa；初凝时间4min。 8、精心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。经现场实验，建议采用表1所列的配合比。表1 严寒 地 区 冬 期 混 凝 土 配 合 比 参 数 表温 度2015151010550组 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喷砼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喷砼485：194：831：831：43.743

11、0：194：860：860：34.4430：194：882：882：25.8388： 194： 860：860：15.5C32.5R普通硅酸盐水泥；W洁净水；S中（粗）砂；G碎石（或米石）；FHZ6防冻剂（衬砌砼）或STC粘稠剂（喷砼）。9、混凝土搅拌延长拌合时间，强制式搅拌机拌合不少于2.0分钟。1m310、混凝土浇筑混凝土在灌注中分层（分层厚度控制在20cm）连续浇筑，每层的振捣至无气泡，表面冒浆不下沉为止。五、机具配备1、喷射混凝土机具配备（参见表2）表2 喷 射 混 凝 土 机 具 配 备 表序号设备名称规格型号单位数量备注1空压机4L-22/7台32混凝土喷射机GSP-D台33混凝土

12、搅拌机Q95台14电热水器自制套15东风自卸车台26试验设备套17温度计只32、衬砌混凝土机具配备（参见表3）表3 衬 砌 混 凝 土 机 具 配 备 表序号设备名称规格型号单位数量备注1衬砌台车12米台12混凝土输送泵HBT60E-1407台13混凝土搅拌机Q95台24 插入式振捣器50型台25附着式振捣器50型套86锅炉自制台27热风机台28装载机ZL50-C台19试验设备套110混凝土输送车8m3台211温度计只3六、劳力组织1、 喷射混凝土劳力组织（参见表4）表4 喷 射 混 凝 土 劳 力 组 织 表序号工种人数序号工种人数1班长16修理工12喷砼工37 运输司机13喷砼司机28拌和

13、司机14空压司机39普工65电工1合计192、衬砌混凝土劳力组织（参见表5）表5 衬 砌 混 凝 土 劳 力 组 织 表序号工种人数序号工种人数1班长17混凝土工62台车司机18防水工43 输送泵司机19司炉工14拌和司机110电工15输送车司机211修理工16木工312普工6合 计28人七、质量控制（一）、质量目标混凝土质量合格率100，无冻伤，200次冻融循环强度损失值15，30条件下能正常生产而不发生混凝土冻伤事故。（二）、原材料1、水泥品种、规格、型号符合设计要求，严格按水泥储存和使用规则办理。入库防潮、防冰雪浸蚀和冻结。2、碎石压碎指标8以内，级配良好，无杂质，泵送砼粒径4cm，喷砼

14、粒径2cm，风干入库保存，防冰雪浸蚀，无冰膜雪块。3、砂压碎指标8以内的中（粗）砂，细度模数253.2，无杂质，含泥量1。4、采用洁净中性水，PH值大于8。5、防冻剂、粘稠剂性能、组分符合要求。（三）、配合比混凝土（喷混凝土）配合比必须进行多次试配，选择最佳配合比。要求：水泥量450kg/m3；水灰比不宜大于0.5，最大不超过0.55；泵送混凝土坍落度1416cm；强度满足设计值5Mpa；防水等级满足设计值且S6；200次冻融循环强度损失值15；外加剂掺量满足防冻要求。（四）、防冻保温措施1、所有材料必须入库、入棚，防止冰雪浸蚀。2、设置加热仓，使用前对集料预热，融化冰膜雪块。3、安装锅炉预热

15、拌和用水。4、拌和站采取措施加热保温，保证混凝土生产场所温度5。5、混凝土熟料运输必须采取保温措施。6、混凝土浇注和养护过程采取措施保证混凝土工作温度。7、设备和人员采取措施防寒，保证混凝土连续正常生产。（五）、施工过程质量控制要点1、密切与气象部门联系，预测施工期间的气温。2、加强作用环境温度检测，便于采取措施。3、砂、碎石水的预热温度必须根据作业环境温度和混凝土入模温度进行热功计算确定。4、注意材料的预热温度控制，砂、碎石不大于40，水不大于60，严禁直接加热水泥。5、严格投料顺序和搅拌时间。按照石子砂水泥外加剂水顺序投料，开盘前用热水冲洗拌和机；搅拌时间不小于3min。6、严格控制熟料出

16、机和入模温度，均不小于5。7、入模前必须检测混凝土温度（应不小于5），检查是否有结冰或冻凝现象。8、混凝土熟料出机后尽快浇注入模，防止热量散失。9、混凝土未达到抗冻临界强度严禁拆模。10、混凝土应进行抗压、抗渗、抗冻融试验，其中抗压应做R3、R7、R28三种试验。11、若初凝前冻伤，应采取措施迅速解冻，降低标号使用；若初凝后冻伤，只能废弃。八、安全措施1、制定设备和施工工艺操作细则，按细则操作，坚持“三工”制（工前安全讲话、工中检查、工后总结）。2、冬期寒冷，作业人员操作必须到位。3、喷混凝土人员应佩戴防护面罩和防护塑胶手套。4、锅炉严格按压力容器管理和操作。5、加强用电管理，防止触电，特别对电热管、电热毡要经常检查其绝缘性能。九、技术分析本工艺解决了严寒地区隧道冬期