雀儿山隧道不掺防冻剂的低温混凝土施工技术研究★

杨 普 新

(四川交通职业技术学院，四川 成都 610000)

·施工技术·

雀儿山隧道不掺防冻剂的低温混凝土施工技术研究★

杨 普 新

(四川交通职业技术学院，四川 成都 610000)

介绍了雀儿山隧道的工程概况与气候特征，针对高寒地区隧道工程冬季混凝土施工掺加防冻剂的弊端，从混凝土拌制、运输、浇筑、养护等环节，阐述了该隧道不掺防冻剂的低温混凝土施工技术，有效提高了混凝土的强度及耐久性。

隧道，混凝土，防冻剂，保温措施

1 工程简介及气候特征

雀儿山隧道位于四川省甘孜州德格县境内，为国道G317线(川藏北线)控制性工程。隧道全长7 079 m，进口设计高程4 377.01 m，出口设计高程4 232.83 m,隧道最大埋深700 m，是当今世界上海拔最高的公路隧道。隧道设平行导坑，平导布设于主洞左侧约33 m，与主洞大致平行，长度7 018 m。线路采用山岭重丘区二级公路建设标准。

雀儿山隧道地处青藏高原东部的川西高原，隧址区位于青藏高原北东边缘的沙鲁里山脉北部山系雀儿山，属高山～极高山冰川地貌，高原山岭高寒气候。具有海拔高、低气温、低含氧量、低气压的特点。雀儿山隧道隧址区气候条件恶劣，冬季漫长(一般情况下从本年11月初至来年3月31日)，年平均气温在-0.7 ℃，年极端最低气温为-36.2 ℃；全年平均积雪日数为174 d，年最大积雪深度为61 cm。

2 高寒地区隧道工程冬季混凝土施工掺加防冻剂的弊端

在高寒地区隧道工程冬季混凝土施工中防止混凝土幼龄期受冻是保证混凝土强度及耐久性的关键所在。为防止混凝土冻害的发生，在实际的工程中，通常有蓄热法和掺加防冻剂这两种方法。随着研究的深入，国内外学者一致认为掺入防冻剂以后对普通混凝土性能影响不大，但是对低温混凝土耐久性影响很大，防冻剂会使低温混凝土出现表面吸湿的情况，严重影响低温混凝土后期的耐久性。

从查阅的资料来看，掺加防冻剂也会严重影响工程进度。加入防冻剂之后，混凝土的凝固速度严重变慢。当环境温度为-10 ℃时，混凝土的7 d强度只达到设计强度的30%，混凝土养护至拆模的时间会严重变长，施工速度大大降低。

3 雀儿山隧道采取的低温混凝土施工措施

雀儿山隧道在冬季混凝土施工中主要采用蓄热法，通过对混凝土拌和站及原材料加热、调整养护制度等方式来防止混凝土冻害的发生，提高混凝土的抗冻和抗渗耐久性。

混凝土施工过程分为拌制、运输、浇筑和养生。规范要求混凝土浇筑时的入模温度不小于5 ℃。若要保证入模温度，需先保证混凝土拌制后的温度，控制混凝土运输过程中温降，还需要控制浇筑和养护过程中的温度，这样才能保证混凝土的质量。

3.1 混凝土拌制过程控制温度方案

拌和站、砂石材料仓均采用10 cm厚的彩钢板包裹，内部安装2台8 t的燃煤锅炉，在料场每个料仓布设循环热水地暖。在彩钢房靠近砂石料仓的墙壁上安装散热片，1台锅炉用于对砂石等原材料进行地温加热和提高棚内温度，使砂子不产生结块现象，同时保持棚内温度在10 ℃以上；另1台锅炉用于加热混凝土的拌和用水，控制水温在60 ℃左右。拌和站接料斗外侧、砂石料棚后侧均装有棉帘子，供混凝土运输车、砂石料车及钢筋运输车进出。总体平面布置见图1。

混凝土原材料加热时，优先加热水。水的加热温度不宜高于60 ℃，当骨料不加热时，水可加热至60 ℃以上。当加热水不能满足要求时，根据每天用量集中在室内通过地暖对骨料也进行加热。

冬季施工时严格按以下投料顺序进行拌和：石→砂→水→水泥→外加剂，这样可以避免水温太高后给水泥和外加剂带来不利影响。

搅拌混凝土前进行热工计算。

3.1.1 混凝土拌合温度

T0=[0.92(MceTce+MsaTsa+MgTg)+4.2Tw(Mw-WsaMsa-WgMg)+C1(WsaMsaTsa+WgMgTg)-C2(WsaMsa+WgMg)]÷[4.2Mw+0.9(Mce+Msa+Mg)]。

其中,T0为混凝土拌合物温度,℃；Mw为水用量，取170 kg；Mce为水泥用量，取315 kg；Msa为砂用量，取678 kg；Mg为碎石用量，取1 185 kg；Tw为水的温度，取60 ℃；Tce为水泥的温度，取-30 ℃；Tsa为砂的温度，取10 ℃；Tg为碎石的温度，取10 ℃；Wsa为砂的含水率，取2%；Wg为碎石的含水率，取1%；C1为水的比热容,kJ/(kg·K)，骨料温度=10 ℃>0 ℃，取4.2；C2为冰的溶解热,kJ/kg，骨料温度=10 ℃>0 ℃，取0。

洞内C30混凝土，其配合比为1∶2.15∶3.76，W/C=0.54。每立方米含水泥315 kg，砂678 kg，石1 185 kg，水170 kg，估计砂含水率2%，石含水率1%。

计算得:T0=17.2 ℃。

3.1.2 混凝土出机温度

T1=T0-0.16(T0-Ti)。

其中，T0为混凝土拌合物出机温度,℃；Ti为搅拌机棚内温度，取10 ℃。

计算得:T1=16.1 ℃>10 ℃。

3.1.3 混凝土经运输到浇筑时温度

T2=T1-(at1+0.032n)(T1-Tn)。

其中,T2为混凝土拌合物运输到浇筑时的温度,℃；t1为混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间，洞外取0.1 h，洞内取0.5 h；n为混凝土拌合物运转次数，洞外不搅拌，取0次，洞内取5次；Tn为混凝土拌合物运输时的环境温度，洞外取-30 ℃，洞内平均取0 ℃；a为温度损失系数(h-1)，因采用混凝土搅拌车运输,取a=0.25。

计算得:T2=10.4 ℃>5 ℃。

由上述计算可知，在砂、石预热温度为10 ℃，水预热温度为60 ℃，水泥温度为-30 ℃时，混凝土拌和后温度为17.2 ℃，混凝土的出机温度为16.1 ℃，混凝土的浇筑温度为10.4 ℃，完全可以满足施工的要求。加热系统原理见图2。

3.2 混凝土运输的保温措施

雀儿山隧道将拌和站设置在隧道洞口位置，以缩短混凝土的运输距离；适当提高混凝土运输速度以减少运输过程所消耗的时间；对混凝土输送罐车的罐体采用5 cm厚的丝棉包裹，在洞外运输过程中罐体不转动，以降低混凝土运输过程中的散热速度。

3.3 混凝土浇筑的保温措施

二衬混凝土施工时，如果现场温度低于5 ℃，就应该对作业环境进行加热处理。模板台车就位后，首先按图3方式挂设彩条布作为暖棚，然后在台车内采用电暖气加热，待岩壁温度和内部气温大于5 ℃时，再进行混凝土的浇筑作业。

另外，运到现场的混凝土也应该进行测温，以确保混凝土入模温度大于5 ℃。

3.4 养护保温措施

混凝土在强度形成的早期阶段如果遭受冻害会对后期强度和耐久性都有较大的影响，抗压强度和抗渗性能指标都有大幅度的降低。因此在混凝土强度形成的早期阶段做好冬季施工养护至关重要。

试验表明混凝土在达到自身的抗冻临界强度以后遭受低温冻害作用，最终的28 d标准强度不会产生明显的降低。养护时间长，对于混凝土强度的增长是有好处的，但是不够经济，对节能减排和投资控制不利。所以养护时间以混凝土达到抗冻临界强度为宜。

一般浇筑完成后，采用电暖气继续进行保温3 d后拆模，具体拆模时间根据同等强养护试件的强度来确定，当同等养护试件的强度大于5 MPa后，方可进行拆模。

4 结语

雀儿山隧道不掺防冻剂的低温混凝土施工技术不仅可以保证混凝土的质量及耐久性，还为确保工期、节约投资作出了贡献。随着我国公路建设向纵深发展，在高原高寒地区建设的公路项目越来越多，雀儿山隧道不掺加防冻剂的低温混凝土施工技术为日后的高原高寒地区公路隧道低温混凝土的施工有重要的参考与借鉴意义。

[1] 国道317线雀儿山隧道Q2合同段项目部.雀儿山隧道实施性施工组织设计[Z].

[2] 陈志军.解析寒区隧道二衬混凝土冬季施工温控技术[J].科技与创新,2015(5)：6-9.

[3] 谭贤君,陈卫忠,王 辉，等.寒区隧道二衬混凝土冬季施工温控技术研究[J].岩土力学与工程学报,2013(19)：25-27.

[4] 郭 春,王明年,李海清,等.高寒高海拔隧道冬季混凝土施工材料温度确定[J].公路隧道,2012(11)：27-28.

Study on the construction technology of low-temperature concrete without antifreeze at Que’ershan tunnel★

Yang Puxin

(SichuanVocationalandTechnicalCollegeofCommunications,Chengdu610000,China)

The paper introduces the engineering survey and climate features of Que’ershan tunnel, and illustrates the low-temperature concrete construction technique of the non-absorbent anti-freezing agent from the concrete mixing, transportation, grouting, and maintenance according to the defects of the anti-freezing agent for the winter concrete in tunnel projects of cold areas, so as to improve the strength and durability of the concrete.

tunnel, concrete, anti-freezing agent, temperature insulation measure

1009-6825(2017)05-0126-03

2016-12-04★：2016年四川交通职业技术学院科技教育发展基金资助项目(项目编号：2016-580-20)

杨普新(1978- )，女，硕士，高级工程师

TU755

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