高寒地区隧道二衬混凝土施工及质量控制措施★

张 晶，王小龙，王稷良

(1.内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司第三公路建设管理分公司，内蒙古 呼和浩特 010051； 2.中交一公局第一工程有限公司，北京 102205； 3.交通运输部公路科学研究所，北京 100088)

1 概述

由于高寒地区隧道的自然环境特别恶劣，隧道的设计和施工难度很大，有霜冻损坏问题。例如，内蒙古相关公路隧道一年大部分时间都在冰雪天气中。温差较大，温度极低。隧道内衬混凝土开裂、挂冰等冻损更可能发生(见图1)，既费力，又费时，且具有成本效益。这些霜冻的危害的发生，不仅造成隧道内衬不同程度的损坏，而且由于结冰、结霜等疾病导致行车病害的入侵，危及行车安全，对隧道的使用产生负面影响，造成巨大的经济损失和资源浪费。

根据国内外混凝土冬季施工理论和方法的研究和混凝土冻损伤机理的分析，防治高寒地区隧道衬砌混凝土结冰损坏的关键，是采取合理有效的措施，确保混凝土在正温下进行水化，避免施工和维护阶段混凝土结冰，使暴露的混凝土与环境温度的温差较小，便于施工，能有效防止或减少霜冻损坏的发生，并取得良好的施工效果。

结合内蒙古有关公路隧道的实际情况，研究了一套有效的衬砌混凝土防冻施工技术措施，对高寒地区隧道建设具有重要的指导意义。此外，它还可以为今后国内类似的隧道工程提供很好的参考价值。

2 高寒地区隧道二衬混凝土施工工艺

2.1 二次衬砌施工整体工艺流程

以内蒙古公路隧道为例，整个隧道的衬砌结构是按照NATM原理设计的。根据实际需求，在内蒙古公路隧道中采用复合衬砌。

仰拱和回填用手动模板进行安装。开挖后，应尽快开工。仰拱采用大样板模板，混凝土运输车运输混凝土，用插入式振动器进行振动。在展开施工工作的时候，将混凝土由仰拱的中心对称地浇筑到双侧，直到混凝土成型。接着进行铺底工作的时候，可以用混凝土运输车来进行混凝土运输的工作，然后用平板振动器、插入式振动器进行捣实，再用振动梁找平，如图2所示。

1)为了消弭两组衬砌错台的现象，用9 m整体式液压衬砌模板台车进行混凝土衬砌。

2)混凝土在拌合站集中拌合，由混凝土运输罐车自动上料，然后由运输车泵入混凝土，输送泵泵送送入模具。定期检查调试计量和自动控制部件。

3)浇筑的高度需要小于1.2 m，并应左右对称进行，并用附着式振捣器结合插入式振动器进行振动捣实。

4)在下坡施工部分，1根排气兼灌浆管设置在上坡端拱顶。如有必要，应注入水泥浆料进行回填灌浆，以确保拱顶密实，如图3所示。

2.2 高寒地区二衬混凝土施工注意事项

2.2.1 合理的进行配合比设计，严格控制水灰比

对于高寒地区的二次衬砌混凝土工程，应选择早强波特兰水泥，水泥强度视实际施工需求。在选择砂石骨料上，应该满足以下性能指标：压碎值、含泥量、吸水率皆小。在进行高寒区二次衬砌混凝土设计时，要根据强度等级要求，在良好的和易性、粘聚性、保水性和工作性的基础上，尽可能降低水灰比。

2.2.2 加强施工过程的混凝土的防冻保温措施

1)混凝土搅拌时防冻保温措施。

混凝土搅拌时，要留意骨料里的冻结块状物，需要将其先挑出来，再进行混凝土的拌和[1-2]。为使混凝土拌合物的温度能平均分布，需采取合理的进料顺序，这不仅有利于混凝土强度的发展，还可提高搅拌混凝土的效率。在投放物料时，应先投放骨料和加热水[3-4]。待拌和一段时间后，当水温降至40 ℃左右时，可将水泥放入连续拌和到指定时间，避免水泥假凝。

拌合站完全由彩钢板封闭，在拌合站内安装多组暖气片进行加热。应将炉子放在配料机旁边，在配料过程中，保持砂石料的温度，并避免过冷结块后造成的设备损坏。并且应在拌合站的全部部件上都装温度计，用于温度监测。在用搅拌机拌和混凝土之前，还要先将搅拌机预热起码大于0 ℃，再进行拌和，保证拌和的效果。在用搅拌机拌和混凝土的时候，应将骨料和水充分拌和之后，再加入水泥和外加剂进行拌和，这样能保证混凝土的拌和效果。为确保混凝土搅拌质量，高寒地区混凝土的搅拌时间比正常温度长一半。还要随时检测外界温度，据洞内外温度调节拌合水和加热温度。

2)混凝土运输时防冻保温措施。

保温罩应该加在混凝土运输车滚筒外，保温罩不能影响滚筒的正常转动。在运输的时侯，要尽力减少运输、装卸时间，温度损失最多5 ℃，运输混凝土的卡车滚筒的转速为2 rad/min～4 rad/min；在卸载之前，滚筒应该高速旋转30 s～60 s。

3)混凝土浇筑时防冻保温措施。

a.隧道内保温。

为了确保隧道的温度，安装了两个保温门在隧道进口附近，两个保温门之间相间15 m[5]。

首先，在基座浇筑C30混凝土地基，厚度为50 cm，宽度为50 cm。碎石土壤用于在地基前后2 m范围内垫上坡道，以方便车辆进入。在混凝土浇筑时候，预先埋置间距1 m的φ60套管。在混凝土强度满足要求后，用间距为1 m的φ42无缝钢管组成钢管架。然后用蝴蝶扣连接钢管及剪刀支撑加固。

b.混凝土浇筑。

二衬混凝土不能太晚浇筑，要尽快及时地浇筑二衬混凝土，并得事先完成模板、钢筋的清洁工作。浇筑的时候宜用木模板，如果条件允许的话，可用热空气浇筑喷洒模板表面和钢筋。浇筑混凝土的时候，也要注意温度，用放锅炉等保温手段，维持温度在5 ℃以上，让施工能够顺利进行。

3 高寒地区隧道二衬混凝土施工质量控制措施

3.1 高寒地区二衬混凝土原材料质量控制措施

3.1.1 二衬混凝土原材料相关技术要求

高寒区隧道二次衬砌混凝土应和硅灰混合，可同时与Ⅰ级粉煤灰、硅灰混合，也可以S105级磨细矿渣粉和硅灰混合，但不得同时与矿渣粉和粉煤灰混合。

对于高寒区二次衬砌混凝土，选用具有高减水率、早期强度效果好、降低冻点能力强的复合防冻剂[6]。

3.1.2 原材料的预热保温

在高寒地区施工中，因为在高寒地区碎石加工生产的效率低，应在冬季之前，准备好所需要的材料；储备场内的所有砂石材料都覆盖着帆布，以防止雪水进入材料产生结冰[7-9]。

原材料加热可使用热水，以确保高寒地区二次衬砌混凝土的温度。沙子和石头粗细集料的加热可直接用蒸汽喷洒，或者卷起蒸汽管或加热排管可以埋在堆放骨料的仓的底部，管道可以通过蒸汽或热水加热。

3.2 高寒地区二衬混凝土施工质量控制措施

1)须通过精确测量确定周围岩石的变形趋于稳定[10]。要是围岩不稳定，可等一段时间以后，再脱模二衬混凝土，在增加围岩的稳定性的同时，还可以减少围岩对二衬混凝土的压力。

2)进行仰拱施工之前，应事先清洁地基的土石[11-12]，保持地基的清洁，测试地基对压力承受能力。在这些工作完成后，模板台车到位，以确保二衬混凝土的压力能够被仰拱结构承受。

3)二衬混凝土应用于隧道工程中，需要满足相关性能指标[13]，因此适量的外掺料和减水剂有利于二衬混凝土的抗裂机能的增强。混凝土的入模成型温度应控制在适度的区间内，不宜过高或过低[14]。

4)切勿盲目追赶二次衬砌进度，注意保持二衬混凝土与隧道开挖面之间的距离。

5)要注意高寒地区隧道的温度转变，温度引起的内部应力有可能导致裂缝发展为贯穿裂缝，通过洞口的密封保温措施预防。

6)二衬与仰拱的长度不能有所相差，注意仰拱和二衬的施工缝要能够对缝施工，不影响实际的使用。要是没有对缝施工的话，仰拱就会发生变形，从而导致二衬混凝土的破坏。

4 结语

1)在高寒地区，进行隧道二衬混凝土施工时，对于其原材料，除了要掺入硅灰和加入高减水率、早期强度效果好、降低冻点能力强的复合防冻剂以外，还需要对其进行预热保温。

2)在高寒地区，进行隧道二衬混凝土施工时，在混凝土搅拌、运输、浇筑的过程中，要时刻做好保温。比如在施工处添加锅炉，设置保温门等措施；而需注意高寒地区隧道的温度转变，切勿盲目追赶二次衬砌进度，注意仰拱和二衬的施工缝能够对缝施工。

3)隧道二衬是隧道工程的一种安全手段，不仅确保高寒区隧道能够长期安全运行，还是隧道工程必不可缺失的施工部分。结合冬季混凝土施工理论、混凝土冻损机理，结合内蒙古有关公路隧道的实际情况，设计了一套高寒区二次衬砌混凝土施工技术措施。这对高寒区隧道施工具有重要的指导意义，为今后我国类似隧道的建设提供了宝贵的工程经验。