高原高寒地区冬期施工措施研究

王闯

摘 要：在我国的高原、高寒地区，由于地势高、气温低等特点，这对我国须进行冬期施工的建设工程提出了巨大的考验。本文主要依据在高原、高寒地区阿尔金山隧道冬期施工经验，对冬期施工技术进行了研究、分析，并为其类似工程施工提供借鉴，以期提高我国高原高寒地区冬期施工建设技术。

关键词：高寒；冬期施工；冬施保温；防寒；热工计算

1 工程概况

本项目为地处巴音郭楞蒙古自治州若羌县，该区属于青藏高原寒带气候区，最冷月平均气温为-25.1℃，极端最低气温-34.3℃；最热月平均气温为17.5℃，最大冻结深度为2.5m。结合地方经验和工程所在地历年气温状况调查分析，本项目所在地从每年9中旬开始至次年4月底为冬期施工阶段，冬期施工期时间为7.5个月。

2 冬期总体施工方案

《建筑工程冬期施工规程》规定：根据当地历史气象资料统计，当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃时即进入冬期施工；为保证本工程质量和工程进度，需要做好冬期施工安排。

2.1 隧道防寒

进入冬期施工前，在洞口设防寒保温门，并根据洞内气温情况，生火炉进行取暖，保证洞内温度不低于5℃。

为减少洞外高寒气流对隧道内的侵袭，在隧道洞口间隔20m设2道钢结构+篷布+保温棉结构的防寒保温门，留设4m×4.2m的出入通道，采用抽拉滑动门，人员、车辆通行时两道门不得同时开启，防寒保温门如下图所示。

2.2 混凝土施工要求

（1）冬期搅拌混凝土时，混凝土的出机温度不低于10℃，入模温度不宜低于5℃。

（2）新浇筑与邻接的已硬化混凝土或岩土介质间的温差不得大于15℃。

（3）冬期施工采用普通硅酸盐水泥（低碱）配制混凝土，隧道内混凝土不得受冻。

（4）当环境温度低于5℃时，禁止对混凝土表面进行洒水养护。

2.3 混凝土拌和、運输

混凝土的拌和以尽可能减少热量损失为原则，避免水泥发生“骤凝”；砂、石料的上料做到随上随用，中间不积压，其投料顺序为：砂石料→水→水泥→高效减水剂（注意水温高于60℃时不能与水泥直接接触）。拌制混凝土前用热水冲洗搅拌机，搅拌时间较常温混凝土施工延长50%。

混凝土罐车装料前加80℃热水预热，灌体采用保温帆布包裹。尽量减少一切中途和现场停留时间，最大限度减少混凝土热量损失。

2.4 混凝土浇筑

混凝土到场后先进行测温，并做好测温记录，然后测坍落度，满足要求后泄入泵车。喷射混凝土作业区的环境气温和进入喷射机的材料温度不应低于5℃。已喷射混凝土的强度未达到5Mpa前不得受冻。

2.5 混凝土养护

养护采用蓄热法，混凝土开始养护时的温度不得低于5℃。措施如下：

（1）隧道内仰拱混凝土在浇筑完毕初凝后，及时铺盖草编袋等物品，上部铺盖土工布，保温养护。

（2）拆模时，混凝土强度要满足设计及规范的规定。混凝土与环境的温差不得大于15℃，当温差在10℃以上但低于15℃时，拆除模板后的混凝土表面宜采取临时覆盖措施，并同时在洞内生火升温。

2.6 施工用水与排水防寒

施工用水管线均在外包裹保温棉加塑料薄膜防寒保温，并埋设于地表以下150cm。

进入冬季前，隧道排水必须按照措施完成全部保温出水口的施工，确保冬期施工期间排水通畅。冬季隧道施工中，洞内可保持正温，隧道内须及时将施工用水引至检查井，排出洞外。

2.7 施工机械防寒

（1）设备用油液体状态的更换为相应牌号的冬季润滑油，固体状态的更换为低温2#润滑脂。

（2）装载机、农用车等轮式车辆不使用时停放到隧道里面，避免冻坏。

（3）所有设备根据环境变化更换燃油、润滑油及防冻液，在不同气温环境使用不同型号的油品，严格控制油品质量和油品型号。施工车辆用油必须采用-30#柴油的柴油以抗冻。

2.8 机加工厂防寒

考虑到本地冬季降雪较多且气温低，机加工厂采用框架结构，彩钢板进行四面封闭，车辆出入口用滑动门进行封闭。

加工厂内设置暖气片、火炉等，保证加工厂的温度达到焊接等各种作业要求。

3 热工计算

为保证冬期施工的正常进行，确保混凝土入模温度满足混凝土质量验收标准要求（≥5℃），采取冬期施工措施，主要措施以加热拌合用水为主，辅以骨料、外加剂的保温，拌合用水的加热温度不宜高于60℃。

3.1 热工计算公式

混凝土冬期施工热工计算依据《建筑工程冬期施工规程JGJ104-2011》

（1）混凝土拌合物的理论温度：

T0=[a（Tsms+Tgmg+Tcmc）+4.2Tw（mw-wsms-wgmg）+c1（wsmsTs+wgmgTg）-c2（wsms+wgmg）]÷[4.2mw+a（mc+ms+mg）]

当骨料温度>0℃时，c1=4.2，c2=0

当骨料温度≤0℃时，c1=2.1，c2=335

（2）混凝土拌合物的出机温度：

T1=T0-0.16（T0-TP）取10℃

（3）混凝土拌合物经运输到浇注时的温度：

T2=T1-（at+0.032n）（T1-Tm）取1

（4）考虑模具的吸收影响，混凝土浇注成型时的温度：

T3=（CcmcT2+CsmsTn）/（Ccmc+ Csms）

混凝土取1 kJ/（kg*k）钢材取0.48kJ/（kg*k）

Tn——模具的温度未预热时可采用当时环境温度（℃）

3.2 计算

要求混凝土入模温度≥5℃，现场浇注温度控制在8～10℃。因水温待定，已知现场入模浇注温度控制在8～10℃，即T3=8℃，因此采用倒推法求加热水温度。

已知T3=（CcmcT2+CsmsTs）/（Ccmc+ Csms）=8℃ 代入数据

（1×2354×T2+0.48×400×10）/（1×2380+0.48×400）=8℃

求得：T2=7.8℃

已知T2=T1-（at+0.032n）（T1-Ts）= 7.8℃ 代入数据

T1-（0.25×1+0.032×1）[T1-（-10）]=7.8℃

求得：T1=6.9℃

已知T1=T0-0.16（T0-TP）6.9℃ 代入数据

T0-0.16（T0-10）=6.9℃

求得：T0=6.3℃

T0=[a（Tsms+Tgmg+Tcmc）+4.2Tw（mw-wsms-wgmg）+c1（wsmsTs+wgmgTg）-c2（wsms+wgmg）]÷[4.2mw+a（mc+ms+mg）]= 6.3℃ 代入数据

[0.92（7×1023+7×714+7×335）+4.2Tw（155-0.034×1023-0×714）+4.2（0.034×1023×7+0×714×10）-0×（0.034×1023+0×714）]÷[4.2×155+0.92（335+1023+714）=14.2℃

求的Tw =37.0℃

为了保证冬期施工正常进行，保证混凝土浇注入模温度在8～10℃范围内，必须做好原材料的温度控制保证原材料不低于5℃，拌合用水不低于37.0℃，温度控制在40～60℃之间。

参考文献

[1]张景良.高原高寒地区水利工程施工提高混凝土强度的措施[J].黑龙江水利科技，2012，40（9）：242-243.

[2]龙武兵.高原高寒地区耐久性混凝土施工技术[J].西藏科技，2006，（7）：55-59.

（作者单位：中铁隧道集团一处有限公司）