软X射线超厚大跨度混凝土箱体结构施工技术

（上海建工集团股份有限公司，上海 200080）

1 工程概况

X 射线自由电子激光为生命科学及医药、表面物理、材料科学、环境科学、能源科学、地球科学等领域的应用研究提供了有力的尖端研究手段。X 射线自由电子激光是最近几年来刚刚投入使用的最新一代光源大科学装置，是世界主要科技强国竞相发展的大型实验平台，上海软X 射线自由电子激光用户装置的建成将使中国成为世界上同时拥有第三代和第四代先进大型光源的7 个光子科学中心之一。

上海软X 射线自由电子激光用户装置位于浦东新区张江镇中国科学院上海应用物理研究所园区内，总建筑面积17 890m2（图1），由用户装置和动力中心2 个单体组成。其中用户装置中波荡器隧道工程建成后与东侧已建的X 射线自由电子激光试验装置工程的加速器隧道连成一体。

图1 波荡器隧道外墙全景

波荡器隧道为本次建设重点与难点，也是安装第四代光源的核心位置，全长176.7m，宽22.7m，隧道墙板厚1.8m，顶板厚1.5m，底板厚1m，结构净高4.7m。波荡器隧道内墙如图2所示。

图2 波荡器隧道内墙全景

2 工程难点

波荡器隧道是用于安装第四代光源，即X 射线自由电子激光，其具有很强的辐射性，对结构自身质量要求极高。特别是隧道墙板厚1.8m，顶板厚1.5m，长176.7m，宽22.7m，这种大截面大跨度超静定结构自身极易产生裂缝（图3）。波荡器隧道不能产生裂缝是第四代光源能否顺利建设完成的重要前提，由此可见控制隧道裂缝的重要性。

图3 波荡器隧道剖面示意图

3 裂缝控制主要技术措施

由于混凝土自身特性，在施工中裂缝控制是一项永恒的话题，特别是具有防辐射要求的大体积混凝土，对裂缝控制更为严格。为了控制裂缝的产生，项目团队编制了裂缝控制专项施工方案，并邀请王铁梦等资深专家对施工方案进行指导。最终通过优化设计方案，优化混凝土配合比；采用优质原材料；严格控制混凝土的浇捣质量；采用动态化测温养护等施工技术成功解决了波荡器隧道超厚大跨度全现浇混凝土箱体的裂缝控制，确保了波荡器隧道结构的施工质量。

3.1 设计方案优化

3.1.1 原设计方案

原设计方案底板设置沉降缝及4 条后浇带（图4），墙顶板设置4 条后浇带及4 条伸缩缝（图5）。

图4 波荡器隧道底板设计留缝示意图

图5 波荡器隧道墙顶板设计留缝示意图

3.1.2 优化设计方案

考虑到本工程结构自身特点，对沉降控制极为严格，后浇带只起到温度后浇带的作用，为此我们取消后浇带、保留原有的伸缩缝，采用跳仓法施工。通过调整伸缩缝位置，合理增加施工缝，其中底板增加5 条施工缝，墙顶板增加1 条施工缝，保留4 条伸缩缝（具体分块如图6～图7 所示）。

图6 波荡器隧道底板设计留缝示意图

图7 波荡器隧道墙顶板设计留缝示意图

3.2 混凝土配合比设计

3.2.1 原材料控制

由于本工程裂缝控制严格，混凝土原材料均采用优质原材料，严格控制原材料的品质。

水泥：P.O42.5，3 天强度24～26MPa，28天强度48～51MPa

矿粉：S95，28 天活性指数在100%左右

粉煤灰：C 类Ⅱ级

碎石：G5-20 精品碎石，含泥量≤0.5%

黄砂：中粗砂，细度模数≥2.4，含泥量≤2.0%

外加剂：TX600 聚羧酸盐外加剂，含固量（17.0±1.7）%，混凝土减水率≥18%。

3.2.2 混凝土配合比设计

本工程墙板混凝土强度为C30，底板及顶板为C35，采用低收缩混凝土。为控制混凝土收缩值，采用不同的混凝土配合比进行试配，在施工前筛选出最佳混凝土配合比，详见表1～表2。

表1 墙板混凝土配合比一览表

表2 底板及顶板板混凝土配合比一览表

3.3 混凝土浇捣控制

3.3.1 隧道底板及顶板浇捣控制

混凝土底板浇筑选用1 台汽车泵布料，为避免出现冷缝，浇筑顺序从一个方向向另一个顺序推进，采用斜面踏步式浇捣。配备3 道振捣器，振捣时振动器快插慢拔，呈梅花状均匀移动，不得漏振，确保混凝土浇捣密实。混凝土浇筑完成后立即在混凝土的表面覆盖养护层，尽早采取养护措施。

3.3.2 隧道墙板混凝土浇捣控制

墙板混凝土浇筑水平分层如图8 所示，混凝土墙板浇筑选用1 台汽车泵布料，由于方量较小，选用水平分层浇捣，分层厚度控制在500mm，确保上一层覆盖下一层时间在2h 以内不出现冷缝，浇捣时2 台汽车泵各负责一侧墙板，同时同步同向对称浇筑，浇捣时深入模内浇捣。另外考虑到模板侧向压力大，对拉螺栓设置双螺帽，同时浇筑速度严格控制在30m3/h左右，混凝土振捣同底板配置3 台振捣棒，深入模内振捣。

图8 墙板混凝土浇筑水平分层示意图

3.4 混凝土测温与养护

混凝土最终是否产生裂缝，后期养护也起到了至关重要的作用。本工程为采用合理的养护措施，通过三维有限元软件Midas Gen 模拟计算得出养护措施，再利用信息化测温技术，实时了解混凝土内部温变，根据测温结果及时调整养护措施。

项目最初底板及顶板采用1 层塑料薄膜+2层土工布进行保温保湿养护，墙板采用2 层塑料薄膜进行保温保湿养护。通过数据化测温降温速率一直报警。通过不断调整最终墙板采用油布代替土工布，底板及顶板增加1 层麻袋控制住了降温速率，取得了良好的保温效果。

4 结语

通过以上各种措施，本工程波荡器隧道底板、墙板、顶板均未出现裂缝，取得了良好的效果。

该裂缝控制技术是从设计方案优化、采用优质的原材料、合理优化混凝土配合比、严格控制混凝土浇捣施工、采用信息化测温指导养护等多方面对于波荡器隧道进行裂缝控制，这种控制方案非常适用于辐射防护工艺结构，为今后类似结构提供一定参考。