玄武湖隧道施工阶段温度应力控制★

李洪海 华瑞平 林家炜 高 磊 杨大兴

(1.解放军65316部队，吉林长春 130051;2.南京军区司令部工程科研设计所，江苏南京 210016;3.南京军区鼓浪屿疗养院，福建 厦门 361000;4.解放军第四零四医院，山东 威海 264200;5.解放军65056部队，辽宁铁岭 112000)

近年来，随着国民经济建设的迅速发展和工程技术的不断提高，我国涌现出了一大批地下超长混凝土结构。考虑到建筑上的美观性和结构上的整体性，这些结构往往不设或少设温度伸缩缝，致使通长不设缝的结构长度远远超出了规范规定的限值［1］。对于超长无缝混凝土结构，当周围环境温度发生变化时，在结构内部会形成新的温度分布，从而产生温度变形和温度应力，而且结构越长温度变形量越大。如果结构温度应力或温度变形过大，则会产生开裂或永久变形缝失效等问题，影响结构的正常使用［2，3］。本文结合玄武湖隧道工程，系统探讨隧道超长结构温度应力控制措施，可供地下无缝化设计参考。

1 工程概况

玄武湖隧道工程由南京城市(控股)有限公司投资建设，于2001年开工，2003年建成通车，是我国第一条湖底隧道。隧道全长2 660.4 m，其中暗埋段长2 230 m，湖底隧道长约1 660 m;隧道设计宽约31 m，净高4.5 m，隧道总建筑面积6.3万多平方米;湖东引道敞开段190.24 m(见图1);湖西引道敞开段150 m，接线道路长100 m(湖东、湖西引道敞开段各含光过渡段45 m);匝道暗埋段各长190 m，敞开段各为100 m。

图1 玄武湖隧道出口

2 结构形式

隧道主体采用钢筋混凝土结构，顶板厚度500 mm～1 000 mm，底板、侧墙厚度均为1 000 mm，结构断面图如图2所示。纵向浇筑15 m留一垂直施工缝，90 m留设伸缩缝，变形缝间设一后浇带(距两端变形缝45 m)。隧道全长均为明开挖施工，城墙西侧隧道的陆地段垂直开挖采用SMW工法作基坑支护，城墙东侧湖底段采用放坡大开挖，挂网喷浆护坡。

玄武湖隧道为市内浅埋式湖底隧道，以结构自防水为根本，对钢筋混凝土结构防裂的要求很高，同时混凝土结构的耐久性，要达到百年使用要求。隧道结构设计要求混凝土强度等级为C30S8，60 d干缩率不大于 0.015%，抗冻融 D300，耐久性为100年，不允许出现贯穿裂缝，表面裂缝宽度不大于0.2 mm［4］。

图2 玄武湖隧道结构剖面图

鉴于隧道长度较长，地质条件相对复杂，地基附加应力不一，所以防止纵向不均匀沉降是设计中必需考虑的问题。其中湖东有大体积的液化土;湖中结构埋深浅，顶板上覆土少，结构抗浮存在问题;湖西底板所处地层为淤泥质粉质粘土，隧道底板下约1/3土层为液化土，平均厚度达15 m，结构可能发生不均匀沉降。因此隧道结构全线采用了桩基础。具体为结构横断面上布置4排φ600钻孔灌注桩，纵向间隔约4 m～6 m。桩长随地质条件的变化而变化，其中湖中、湖西段桩长16 m，湖东段桩长22 m，敞开段(含光过渡)长12 m。湖中段桩位平面布置见图3。

图3 湖中段桩位平面布置图

3 温度应力控制措施

该工程采用的90 m一段设置伸缩缝，属超长结构混凝土施工，故在技术上采用了大量控制措施。1)无缝段内温度应力控制。玄武湖隧道采用的控制措施主要有设置变形缝和后浇带。在纵向90 m长度内的有:a.跳仓浇筑15 m时留置横向垂直施工缝;b.留置1 m宽后浇带时的横向垂直施工缝。无缝段内施工缝具体分布如图4所示。针对大体积混凝土施工，采用分层分段浇灌混凝土来降低水化热，工程上对施工缝的处理也有较高的要求。横向施工缝施工中，在同一管节相邻施工段之间，沿顶、底板和外墙设置一道250 mm宽封闭钢边止水带，要求施工固定牢靠，接头位置准确，且现场粘结。为排出止水带下方残留气体，水平设置中埋式钢边橡胶止水带，要求将钢边上翘15°～20°。横向施工缝设一道200 mm宽钢板腻子，并刷水泥基渗透结晶型防水涂料两遍，用量为1.2 kg/m3。2)永久变形缝设置。整个隧道结构内每隔90 m设置一道变形缝，缝宽6 mm，变形缝处设外贴式和中埋式两道止水带［5，6］。外贴式止水带安装时要求做到位置精确，与模板固定紧密，且在底板转角处要弯成圆弧形过渡，此外接缝处相邻两块混凝土接槎口要平整(见图5)。中埋式钢边橡胶止水带两边需设有可注浆管，用丁晴软木橡胶嵌缝(见图6)。3)混凝土的浇筑与养护。分层连续浇筑法是目前大体积混凝土施工中普遍采用的方法。一是便于振捣，易保证混凝土的浇筑质量;二是可利用混凝土层面散热，对降低大体积混凝土浇筑块的温升有利。具体施工中按照横向从底板→中间隔墙→侧墙→顶板，纵向采用标准节段跳槽顺序施工。保温养护是大体积混凝土施工的关键环节，其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的里外温差值以降低混凝土块体的自约束力，其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受外约束应力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。同时，在养护过程中保持良好的湿度和防风条件，使混凝土在良好的环境下养护(见图7)。

图4 90 m长管节内施工缝分布图

图5 外贴式变形缝止水带构造

图6 中埋式变形缝止水带构造

4 温度应力监测

施工阶段对主体混凝土结构进行温度应力监测，在结构底板和侧墙部位埋设测温片和应变片。

图7 隧道大体积混凝土施工现场保温法养护

图8 隧道主体结构混凝土的温度变化曲线

图9 隧道主体结构混凝土的应力变化曲线

1)温度监测。图8为玄武湖隧道主体结构混凝土不同部位的温度变化曲线。从混凝土的温度变化曲线可以看出，混凝土浇筑后约在2 d～3 d达到最高温度，早期温升较快，混凝土的浇筑温度较高时，其达到的最高温度也较高，达到峰值的时间也较快。底板最高温度为30℃，侧墙最高为42℃，底板和侧墙温差较大，这是由于底板混凝土浇筑时冬季气温低至0℃左右，而侧墙混凝土浇筑时气温升至15℃。总体上混凝土内温升高约20℃，基本符合实际情况。冬季施工中，外界气温普遍较低，混凝土主体结构与环境温差达到10℃～20℃，但由于保温养护措施得当，混凝土内外温差约5℃，完全达到规范要求。2)应力监测。图9为玄武湖隧道主体结构混凝土不同部位的温度应力变化曲线。从混凝土的应力曲线可以看出，底板混凝土东西向和南北向应力相差不大，应力大小也基本相同。分析其原因在于虽然底板东西向为15 m，南北向为30.8 m，但因隧道基础为桩基，底板受桩的约束作用较明显，因此东西向和南北向变化趋势基本相同。侧墙应力也是以底部应力为最大，中部应力为最小，其原因在于外侧墙混凝土浇筑时，底板混凝土早已达到设计强度。因此侧墙底部混凝土受底板混凝土约束较大，中部相对较小。

此外，由监测曲线可看出，其中有突变处，是由于外界气温陡变所致，因此建议在主体施工完毕后，土方应尽早回填，从而避免外界气温的不利影响。特别是侧墙的应力跳跃较大，这与侧墙的养护困难、养护间断、拆模时间有关。因此建议施工中应加强对侧墙的保温保湿养护。底板、侧墙在混凝土浇筑20 d后，即趋于稳定。因此建议可将施工缝、后浇带浇筑时间适当缩短。总体看来，应力没有超出预计范围，说明养护方案是成功的。

5 结语

随着地下工程特别是大型地下工程日益增多，而且因电气化、自动化程度的提高，对工程质量的要求不断提高。这样对防水、整体防震、结构造型等各方面都有较高的要求。超长无缝设计作为一种较好的方法越来越被重视。在施工阶段如何处理水化热等引起的收缩变形问题，在使用阶段如何控制环境温度下结构不会发生热胀冷缩(温度应力)引起的破坏，成为工程技术难题。本文探讨了玄武湖隧道主体结构施工过程中针对超长混凝土结构所采取的温度应力控制措施，并进行了温度应力长期现场监测，结果表明该工程主体结构温度应力在规定范围之内，从而说明所采取的相应技术措施是合理有效的，对于地下工程中超长结构的应用及地下结构耐久性方面的研究具有一定意义。

［1］GB 50010-2002，混凝土结构设计规范［S］.

［2］马丽缓，姚 燕，田 培，等.国内外混凝土的收缩性能及抗裂性能试验研究方法评述［J］.中国建筑技术，2001(1)：27-31.

［3］朱伯芳，王同生，丁宝瑛.水工混凝土结构的温度应力与温度控制［M］.北京：水利电力出版社，1976.

［4］杨 亮，苏 强，吴 波.南京玄武湖隧道关键施工技术［J］.施工技术，2003，32(8)：1-4.

［5］徐学军，吴 波.南京玄武湖隧道关键技术研究［J］.江苏建筑，2003(sup)：69-73.

［6］毛志勋，拓守盛.浅埋湖底隧道结构施工技术［J］.路基工程，2004(6)：12-14.