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摘要: 随着城市社会化和区域经济化的迅速发展，铁路客运专线将成为社会经济发展的有力保障。目前国内外公路和铁路溶洞处理混凝土回填大体积无筋混凝土一般采用优化施工配合比、设置后浇缝、增加片石等方式。本文以沪昆铁路客运专线贵州段朱砂堡二号隧道为例对超大体积混凝土施工进行详细分析。
关键词:客运专线；隧道；溶洞处理；大体积
中图分类号: TV544+.91文献标识码:A
沪昆铁路客运专线贵州段朱砂堡二号隧道I类变更设计中D2K+505～+620段采用圬工回填的方式进行岩溶处理，溶洞大厅施工条件有限，超大体积混凝土施工温度应力及温度控制难度大。大体积混凝土施工采用合理的措施控制水化热、温升值等因素，保证了大体积混凝土施工质量。
1．工程实例
由中铁三局集团第二工程有限公司承建的沪昆客专贵州段朱砂堡2号隧道为新建沪昆铁路客运专线双线隧道，全长505m，线间距5.0m，设计行车速度为250km/h。该隧道位于贵州省黔东南州地区，地势东低西高，北高南低，山脉和水系多呈西东向展布。属溶蚀、剥蚀构造中山、低中山地貌。沿线各时代地层分布较为齐全，沉积类型繁多，其间岩浆活动剧烈，灰岩规模巨大。沉积岩、早期火成岩因受高温高压动力变质作用普遍有不同程度的变质。测区构造复杂，断裂、褶皱发育，致使岩体节理发育、破碎。主要不良工程地质有富水断层破碎带、错落体、危岩落石、突水、突泥、岩溶。水文地质条件复杂，地下水发育。
2.工艺原理
2.1 施工配合比设计
为降低水化热，大体积混凝土配合比设计在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量。
2.2 热工计算
根据所掌握的混凝土配合比，计算的大体积混凝土水化热所产生内部最高温升值、各龄期的温升、非标准状态下混凝土任意龄期(d)的收缩变形值、各龄期混凝土的收缩当量温差、各龄期混凝土的弹性模量，继而算出各龄期混凝土的温度应力值，将其与相同龄期混凝土的抗拉强度相比，如果ft/б﹙t﹚≥1.15，则混凝土不会出现裂缝，如不符合，则应采取相应的保温保湿措施，以确保大体积混凝土的质量。 混凝土浇筑后，根据实测温度值和绘制的温度升降曲线，分别计算各降温阶段产生的混凝土温度收缩拉应力，其累计总拉应力值应不超过同龄期混凝土的抗拉强度，则表示所采取的各技术措施能有效地控制预防裂缝的出现，不至于引起基础出现贯穿裂缝，如超过该阶段的混凝土抗拉强度，则应采取加强保温保湿，使混凝土缓慢降温和收缩，提高该龄期混凝土的抗拉强度、弹性模量和发挥徐变特性等，以控制裂缝的出现。
2.3 分层推移式浇筑技术
混凝土浇筑方法采用分层推移式连续浇筑，每层厚度不超过100cm。浇筑方法如图所示。在保证混凝土不出现冷缝的前提下，利用软管左右移动，作扇形状散布混凝土，尽量使入模混凝土散布面积大,以增加散热与热量交换。浇筑时，使混凝土自然缓慢流动，然后全面振捣。振捣棒插入混凝土的深度以进入下一层混凝土50mm为宜，做到快插慢拔，振捣密实。
2.4 孔洞设置
为减少回填混凝土体积及大体积混凝土水化热对施工的影响，大体积混凝土内布设宽度为1.8m，长度为2.2m的矩形孔洞，孔洞周边距离岩壁约3m，孔洞横、纵向间距5m，孔洞采用洞碴回填密实。为增加混凝土结构的整体稳定性，孔洞竖向每隔约8m设置一2m高的混凝土横联。
3. 施工过程中的监控
3.1监控项目：混凝土芯部温度、里表温差及降温速度。
3.2监测仪器：建筑便携式建筑测温仪，其主机分别与测温探头或测温线连接构成测温系统，可根据现场需要的测温点数量灵活配置。测温探头可直接测量混凝土拌和物温度及环境温度，测温线预埋在混凝土内部，适宜测量混凝土内部温度。
3.3测区布置及测温方法
大体积混凝土浇注块体温度监测点布置，以真实地反映出混凝土块体的里外温差、降温速度及环境温度为原则，一般可按下列方式布置：
（1）温度监测点的布置范围以所选混凝土的浇注块体平面图对称轴的半条轴线为测温区（对长方体可取较短的对称轴线），在测温区内温度测点呈平面布置；
（2）在测温区内，温度监测的位置与数量可根据混凝土浇注块体内温度场的分布情况及温控的要求确定；
（3）保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定；
（4）混凝土浇注块体的外表温度，应以混凝土外表以内50～200mm处的温度为准；
（5）混凝土浇注块体底表面的温度，应以混凝土浇注块体底表面以上50～200mm处的温度为准。
在浇注混凝土之前，每一测温点分上、中、下分三处埋设测温线（测温线由插头、导线和温度传感器组成）分别测各部位的温度，其中上、下部传感器距混凝土表面50～200mm。
3.4观测时期与观测频率
大体积混凝土的养护特别重要，达到保温降低温差和保湿的目的。保温是为了减少混凝土水化热的散失，减小混凝土的温度梯度，防止产生表面裂缝，并充分发挥混凝土的潜力和材料的松弛特性，使混凝土的平均总温差所产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止混凝土产生贯穿裂缝。保湿的作用是使尚在强度发展阶段的混凝土，不因表面脱水而产生干缩裂缝，并使水泥的水化顺利进行，提高混凝土的极限拉伸强度。也有预埋水管，从一端灌入冷水，排除混凝土内部的热量，降低温度差。
温度监测是在混凝土成型后即混凝土养护期间监测混凝土内外温度变化情况，以确保混凝土养护期保温、保湿的目的实现，控制混凝土的内外温度差在25℃范围内，以保证混凝土不出现裂缝，尤其是不出现贯穿性的裂缝，保证混凝土的质量。
测温工作在混凝土成型后即開始，约连续观测5～7天，即混凝土温度变化处于平稳阶段时结束。观测频率以能反映出并控制混凝土的温度变化，即混凝土降温速度，混凝土内外温差为原则，一般情况是每昼夜不少于两次。
4. 混凝土原材质量
混凝土用中、粗骨料的选择。选用粒径较大10～40mm，级配良好的碎石，控制其含泥量小于1%；细骨料必须使用中粗砂，严禁使用细砂，并控制其含泥量小于2%。外加剂选择为掺加部分磨细Ⅱ级粉煤灰掺合料，掺加减水剂，改善砼的和易性，降低水灰比；控制砼的坍落度。
5. 混凝土测温及养护
大体积混凝土浇筑后，组织专人检测混凝土表面温度、混凝土结构中心温度和环境温度，发现异常情况及时上报。
混凝土浇注完成后，在模板周围用棉毡围裹，待混凝土初凝后上表面覆盖麻包片（同时兼保湿），利用混凝土自身水化热保持混凝土表面的温度，以缩小混凝土内部与表面温差。必要时启用冷却水管降温方案降低混凝土养护期间混凝土内部温度。
6.效益分析
4.1 经济效益
该技术采用溜槽入模，分层推移式连续浇筑，优化混凝土配合比并大体积混凝土内设置孔洞减少水化热，同时采用测温管监测混凝土温度变化情况，由于技术先进，施工组织科学合理，节省了设备和材料投入，缩短了工期，直接节约工程成本约70万元，经济效益明显。
4.2 社会效益
朱砂堡二号隧道一号溶洞大厅超大体积混凝土采用溜槽入模，分层推移式连续浇筑，采用合理的措施减少大体积混凝土水化热。在施工过程中积极采用了新技术、新工艺、新设备，保证了工程质量、进度和成本，朱砂堡二号隧道一号溶洞大厅混凝土回填已完成，为朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计岩溶顺利完成创造了条件，赢得了监管部门的广泛赞誉，取得了良好的社会效益。
7．结语
该技术在朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计中得到了应用，采用分层推移式连续浇筑技术，并采用合理的方式降低水化热，通过现场施工实践，形成了一套适合溶洞处理超大体积混凝土施工的施工工艺，同时采用优化配合比并设置孔洞降低水化热，对保证大体积混凝土施工质量有重要意义。通过在朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计中的应用，该工法已经成熟，可在类似工程中推广使用。
参考文献：
［1］《客运专线隧道溶洞处理超大体积混凝土施工工法》；
［2］《沪昆客专朱砂堡二号隧道施工图》铁二院；
［3］《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401.1-2003）
关键词:客运专线；隧道；溶洞处理；大体积
中图分类号: TV544+.91文献标识码:A
沪昆铁路客运专线贵州段朱砂堡二号隧道I类变更设计中D2K+505～+620段采用圬工回填的方式进行岩溶处理，溶洞大厅施工条件有限，超大体积混凝土施工温度应力及温度控制难度大。大体积混凝土施工采用合理的措施控制水化热、温升值等因素，保证了大体积混凝土施工质量。
1．工程实例
由中铁三局集团第二工程有限公司承建的沪昆客专贵州段朱砂堡2号隧道为新建沪昆铁路客运专线双线隧道，全长505m，线间距5.0m，设计行车速度为250km/h。该隧道位于贵州省黔东南州地区，地势东低西高，北高南低，山脉和水系多呈西东向展布。属溶蚀、剥蚀构造中山、低中山地貌。沿线各时代地层分布较为齐全，沉积类型繁多，其间岩浆活动剧烈，灰岩规模巨大。沉积岩、早期火成岩因受高温高压动力变质作用普遍有不同程度的变质。测区构造复杂，断裂、褶皱发育，致使岩体节理发育、破碎。主要不良工程地质有富水断层破碎带、错落体、危岩落石、突水、突泥、岩溶。水文地质条件复杂，地下水发育。
2.工艺原理
2.1 施工配合比设计
为降低水化热，大体积混凝土配合比设计在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量。
2.2 热工计算
根据所掌握的混凝土配合比，计算的大体积混凝土水化热所产生内部最高温升值、各龄期的温升、非标准状态下混凝土任意龄期(d)的收缩变形值、各龄期混凝土的收缩当量温差、各龄期混凝土的弹性模量，继而算出各龄期混凝土的温度应力值，将其与相同龄期混凝土的抗拉强度相比，如果ft/б﹙t﹚≥1.15，则混凝土不会出现裂缝，如不符合，则应采取相应的保温保湿措施，以确保大体积混凝土的质量。 混凝土浇筑后，根据实测温度值和绘制的温度升降曲线，分别计算各降温阶段产生的混凝土温度收缩拉应力，其累计总拉应力值应不超过同龄期混凝土的抗拉强度，则表示所采取的各技术措施能有效地控制预防裂缝的出现，不至于引起基础出现贯穿裂缝，如超过该阶段的混凝土抗拉强度，则应采取加强保温保湿，使混凝土缓慢降温和收缩，提高该龄期混凝土的抗拉强度、弹性模量和发挥徐变特性等，以控制裂缝的出现。
2.3 分层推移式浇筑技术
混凝土浇筑方法采用分层推移式连续浇筑，每层厚度不超过100cm。浇筑方法如图所示。在保证混凝土不出现冷缝的前提下，利用软管左右移动，作扇形状散布混凝土，尽量使入模混凝土散布面积大,以增加散热与热量交换。浇筑时，使混凝土自然缓慢流动，然后全面振捣。振捣棒插入混凝土的深度以进入下一层混凝土50mm为宜，做到快插慢拔，振捣密实。
2.4 孔洞设置
为减少回填混凝土体积及大体积混凝土水化热对施工的影响，大体积混凝土内布设宽度为1.8m，长度为2.2m的矩形孔洞，孔洞周边距离岩壁约3m，孔洞横、纵向间距5m，孔洞采用洞碴回填密实。为增加混凝土结构的整体稳定性，孔洞竖向每隔约8m设置一2m高的混凝土横联。
3. 施工过程中的监控
3.1监控项目：混凝土芯部温度、里表温差及降温速度。
3.2监测仪器：建筑便携式建筑测温仪，其主机分别与测温探头或测温线连接构成测温系统，可根据现场需要的测温点数量灵活配置。测温探头可直接测量混凝土拌和物温度及环境温度，测温线预埋在混凝土内部，适宜测量混凝土内部温度。
3.3测区布置及测温方法
大体积混凝土浇注块体温度监测点布置，以真实地反映出混凝土块体的里外温差、降温速度及环境温度为原则，一般可按下列方式布置：
（1）温度监测点的布置范围以所选混凝土的浇注块体平面图对称轴的半条轴线为测温区（对长方体可取较短的对称轴线），在测温区内温度测点呈平面布置；
（2）在测温区内，温度监测的位置与数量可根据混凝土浇注块体内温度场的分布情况及温控的要求确定；
（3）保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定；
（4）混凝土浇注块体的外表温度，应以混凝土外表以内50～200mm处的温度为准；
（5）混凝土浇注块体底表面的温度，应以混凝土浇注块体底表面以上50～200mm处的温度为准。
在浇注混凝土之前，每一测温点分上、中、下分三处埋设测温线（测温线由插头、导线和温度传感器组成）分别测各部位的温度，其中上、下部传感器距混凝土表面50～200mm。
3.4观测时期与观测频率
大体积混凝土的养护特别重要，达到保温降低温差和保湿的目的。保温是为了减少混凝土水化热的散失，减小混凝土的温度梯度，防止产生表面裂缝，并充分发挥混凝土的潜力和材料的松弛特性，使混凝土的平均总温差所产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止混凝土产生贯穿裂缝。保湿的作用是使尚在强度发展阶段的混凝土，不因表面脱水而产生干缩裂缝，并使水泥的水化顺利进行，提高混凝土的极限拉伸强度。也有预埋水管，从一端灌入冷水，排除混凝土内部的热量，降低温度差。
温度监测是在混凝土成型后即混凝土养护期间监测混凝土内外温度变化情况，以确保混凝土养护期保温、保湿的目的实现，控制混凝土的内外温度差在25℃范围内，以保证混凝土不出现裂缝，尤其是不出现贯穿性的裂缝，保证混凝土的质量。
测温工作在混凝土成型后即開始，约连续观测5～7天，即混凝土温度变化处于平稳阶段时结束。观测频率以能反映出并控制混凝土的温度变化，即混凝土降温速度，混凝土内外温差为原则，一般情况是每昼夜不少于两次。
4. 混凝土原材质量
混凝土用中、粗骨料的选择。选用粒径较大10～40mm，级配良好的碎石，控制其含泥量小于1%；细骨料必须使用中粗砂，严禁使用细砂，并控制其含泥量小于2%。外加剂选择为掺加部分磨细Ⅱ级粉煤灰掺合料，掺加减水剂，改善砼的和易性，降低水灰比；控制砼的坍落度。
5. 混凝土测温及养护
大体积混凝土浇筑后，组织专人检测混凝土表面温度、混凝土结构中心温度和环境温度，发现异常情况及时上报。
混凝土浇注完成后，在模板周围用棉毡围裹，待混凝土初凝后上表面覆盖麻包片（同时兼保湿），利用混凝土自身水化热保持混凝土表面的温度，以缩小混凝土内部与表面温差。必要时启用冷却水管降温方案降低混凝土养护期间混凝土内部温度。
6.效益分析
4.1 经济效益
该技术采用溜槽入模，分层推移式连续浇筑，优化混凝土配合比并大体积混凝土内设置孔洞减少水化热，同时采用测温管监测混凝土温度变化情况，由于技术先进，施工组织科学合理，节省了设备和材料投入，缩短了工期，直接节约工程成本约70万元，经济效益明显。
4.2 社会效益
朱砂堡二号隧道一号溶洞大厅超大体积混凝土采用溜槽入模，分层推移式连续浇筑，采用合理的措施减少大体积混凝土水化热。在施工过程中积极采用了新技术、新工艺、新设备，保证了工程质量、进度和成本，朱砂堡二号隧道一号溶洞大厅混凝土回填已完成，为朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计岩溶顺利完成创造了条件，赢得了监管部门的广泛赞誉，取得了良好的社会效益。
7．结语
该技术在朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计中得到了应用，采用分层推移式连续浇筑技术，并采用合理的方式降低水化热，通过现场施工实践，形成了一套适合溶洞处理超大体积混凝土施工的施工工艺，同时采用优化配合比并设置孔洞降低水化热，对保证大体积混凝土施工质量有重要意义。通过在朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计中的应用，该工法已经成熟，可在类似工程中推广使用。
参考文献：
［1］《客运专线隧道溶洞处理超大体积混凝土施工工法》；
［2］《沪昆客专朱砂堡二号隧道施工图》铁二院；
［3］《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401.1-2003）