严寒地区冬季隧洞湿喷施工技术研究

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000)

随着社会的发展与施工技术的进步，越来越多的现代化施工企业选择喷射混凝土机械手进行混凝土湿喷法施工。湿喷法混凝土采用拌和站拌制、罐车运输、喷射混凝土机械手喷射的方法进行施工，具有混凝土拌和质量好、喷射施工速度快、回弹量低、施工过程粉尘少等优点，因此，混凝土干喷法施工在发达国家已基本被淘汰，湿喷逐渐代替干喷，机械逐渐代替人工是发展趋势。

湿喷法喷射混凝土是在拌和楼安装配合比拌和混凝土，采用罐车运输等方式运输至工作面，在工作面加液态速凝剂进行喷射混凝土施工。而混凝土施工、液态速凝剂的施工条件对温度的要求极为苛刻，在低于0℃以下时，混凝土中的水不会发生水化作用，液态速凝剂会凝固无法发挥速凝的作用。因此，在以往施工过程中，往往采取冬季停工、待第二年温度达到正温以后再继续施工的方式，这种方式会严重影响工期。

1 工程概况

本文研究的引水隧洞工程位于新疆北疆地区，马蹄形断面，全长7120m，开挖洞径8.4～8.9m，纵坡l/5600，无施工支洞，均为钻爆法施工。新疆北疆地区冬季极其寒冷且漫长，冰雪时间长达5～6个月，极端最低气温-40℃，每年的有效工期仅6～7个月。对于隧洞暗挖工程，因工作面有限而无法采用增加资源配置的方法加快工期，因此冬季能够正常施工对于保证工期而言尤为重要。

2 湿喷法喷射混凝土冬季施工方法

当室外日平均气温连续5天稳定低于5℃即进入冬期施工，当日间最低气温均低于-3℃是进入冬季施工的标志。

冬季施工条件是否成熟要综合考虑本地区隧道冬季施工的可行性、质量及安全保证措施等方面。目前混凝土低温季节施工的技术方法主要有调整混凝土配合比、蓄热法、掺防冻剂、暖棚法等。针对本工程的特点，采用了封闭暖棚法与蓄热法相结合的冬季施工保温技术。

a.采用暖棚法、电加热法、蒸汽法，提高冬季混凝土施工时的环境温度，使混凝土在正温下发挥水化热作用，这类方法适用的环境温度为0～25℃。

b.采用负温养护法，利用防冻剂的性能，使混凝土在负温下硬化。这类方法只是单纯应用防冻剂的性能，使用的温度为-15℃。

c.采用蓄热法、综合蓄热法、广义综合蓄热法，通过提高混凝土入模前的温度，对混凝土进行蓄热保温，或者添加防冻剂，根据防冻剂的性能使混凝土在受冻前达到临界抗压强度。

3 工程冬季施工技术原理

在每年的11月至次年3月新疆温度较低的情况下，施工机械需安装加热启动系统，使用-35号柴油，使机械冬季启动不受限，同时给自卸汽车安装防滑链。冬季施工安装锅炉，对拌和站进行暖棚全覆盖，用锅炉及暖气系统进行棚内保温，对骨料、水进行加热。施工道路及时清冰清雪，保证在11月中旬至次年3月能正常施工。施工资源配备要留有充分余地，以便出现更为复杂的情况时，能及时采取有效措施，确保施工工期。隧洞冬季施工主要从临建设施保温系统、冬季供水系统、洞内保温系统等方面进行研究。

3.1 拌和站、隧洞洞口进行全封闭以隔离外界冷空气

为保证冬季施工顺利进行，采用封闭法隔离外界冷空气，对骨料仓、拌和站、隧洞洞口采用轻型钢结构进行全封闭。

3.1.1 拌和站、骨料仓暖棚

拌和站、骨料仓均采用下部浆砌石、上部彩板暖棚的方式进行保温，暖棚整体采用轻型钢结构，顶棚为弧形，在冬季需定期对棚顶的积雪进行清扫，以防积雪过多对暖棚结构稳定性造成损害。

该工程拌和站根据现场实际情况，确定拌和站暖棚的尺寸为30m×24m×9m(长×宽×高)，骨料仓暖棚尺寸为48m×15m×8m(长×宽×高)，料仓口设一扇大门，大门采用对开式。暖棚下部采用浆砌石，砌筑高度为1.2m，浆砌石上部采用脚手架钢管做支撑结构，外铺10cm厚的玻璃丝棉彩板。

3.1.2 隧洞洞口封闭

对隧洞洞口设置遥控升降门，无车辆通过时将洞口进行封闭，以隔离外界冷空气。

3.2 采用整体加热系统对全封闭拌和站、隧洞进行保温

在拌和站暖棚内设一台6t的蒸汽锅炉及暖气系统用来保持站内温度；在砂石料堆下设置了20cm厚的混凝土，混凝土中设置了地暖，对砂石料进行升温。

同时，为保证封闭空间内的保温效果，在拌和站、骨料仓暖棚内4个角各设置一座火炉，保持棚内温度。

3.3 混凝土拌和用水保温

从水源点引至高位水池的供水线路全部用玻璃丝棉和保温材料进行包裹，并缠绕一层电热丝，挖1.5m深的地沟将线路掩埋至冻土层以下，避免因气温过低而冻管。

洞口的高位水池埋至地下，水池结构以上填埋1.5m厚的覆盖土进行保温。

在拌和站内单独设置一台2t的锅炉，用来加热混凝土拌和用水，锅炉工人持证上岗，实行两班倒制度，每班设置2名锅炉工人。

3.4 冬季喷射混凝土的配制、拌和及运输

3.4.1 喷射混凝土的材料要求

a.水泥：选用强度等级42.5以上的普通硅酸盐水泥。

b.骨料：选用清洁、级配良好，质地坚硬，不含有易被冻坏的矿物。

c.拌和水：用水需加热。

d.外加剂：选用符合质量标准的外加剂。

3.4.2 冬期施工喷射混凝土配合比的选用

使用符合设计要求的施工配合比，根据现场实际情况由试验室统一调配混凝土配合比。

3.4.3 冬季施工喷射混凝土的拌和

冬季施工中拌制喷射混凝土所用的材料如砂、石、水等均保持正温，为了保证喷射混凝土拌和物喷射温度不低于10℃，出罐温度一般要控制在13～18℃。为保证出罐温度，首先考虑对拌和用水加热，如仍不能满足需要时，再考虑对骨料加热。冬季混凝土搅拌的注意事项如下：

a.水泥只能保温，不得加热。

b.当骨料加热时骨料温度不高于60℃，搅拌用水加热时水温不高于80℃；当骨料不加热时，水可加热到100℃，但水泥不与80℃以上的水直接接触，投料顺序为先投骨料和已加热的水，经拌和后，再投入水泥拌和。

c.混凝土拌和前，需用热水或温水冲洗搅拌机。

d.对刚入仓的有冻块的骨料进行清理，不得装入搅拌机内搅拌。

e.根据喷射混凝土喷射当天的实际温度，换算出各项材料需加热的温度，但不得超过上述的最高温度规定。

3.4.4 冬季施工喷射混凝土的运输

当外界温度降至0℃以下，混凝土罐车(10m3)采用专用保温被保温，适当调高拌和机出机口处温度，防止运输过程中温度损失过多造成混凝土拌和物上冻。

冬季施工前，对所有施工道路进行整修，坡度较大处进行重点整修，降低坡度，局部道路坑洼地带采用石渣料填筑，防止雨雪天气积水上冻，影响车辆行驶安全。雪天喷射混凝土时，专门配置一台液压反铲和装载机用于道路维护，装载机及时清除路面积雪和冰凌，装载机在路面上撒干燥的砂石料以及人工配合撒工业盐，确保喷射混凝土运输道路畅通。

喷射混凝土所用的砂石骨料在进行冬季施工前，需进行足够的储备，以满足冬季混凝土施工的需要。成品料堆应有足够的堆存高度，用苫布加一层草垫进行覆盖保温，防止出现过深冻层，确保砂石骨料内不含有冰雪和冻块。预热过的砂石骨料，与拌和机的距离应尽量缩短并避免倒运或减少倒运次数。拌制喷射混凝土前，用热水冲洗拌和机，将冰水或积水排除；喷射混凝土拌和时间要适当延长，延长的时间由试验室试验确定。严格按照拌和站以及喷射混凝土相关规范，对每一罐的喷射混凝土进行量测，测量内容为棚内温度、砂石骨料温度、水泥温度、水温、出机口温度以及混凝土入湿喷机的温度，不符合要求的不能进行下一道工序施工。

3.5 隧洞保温

由于当地冬季气温较低，为确保隧洞冬季施工质量、进度以及人员机械的安全，隧洞需要制定以下保温措施：

a.供水管路保温采用双层设置，内层用电热丝加温，外侧采用橡塑保温套管，其外采用绑扎进行防护。

b.对洞口的排水、送水管用棉被包裹捆扎，防止管内水冻结。3号隧洞进口、出口以及2号出口段进入冬季施工时，如洞内掘进长度较小，可在洞门挂棉门帘保持洞内温度，使其适合混凝土施工以及钢筋焊接，并防止洞内水管冻结，但要注意洞内通风。安排人员在洞口指挥洞内外车辆进出。

c.冬季在洞外转渣场设2～3人进行专门维护，及时清理路面及施工道路上的冰雪和杂物。必要时用装载机清除路面和渣场的冰雪，以免路面结冰和场地结冻过深对施工机械和作业人员作业不利。

3.6 施工机械冬季施工措施

冬季施工对机械的使用也有严格的要求，首先要加强低温气候下施工机械的保护、蓄电池的维护，其次要正确选用合适牌号的轻柴油，并且要使用启动燃料，在柴油机启动前进行预热。

4 冬季隧洞湿喷法施工工艺流程

4.1 工序流程

冬季隧洞施工首先要对拌和站、隧洞工作面、罐车运输过程、各种原材料储存区等进行保温，保证在正温情况下进行拌料，其次在运输和喷射混凝土过程中也要采取必要的保温措施来保证施工质量。施工工艺见图1。

图1 冬季湿喷法喷射混凝土示意图

4.2 操作要点

4.2.1 现场各工作面的保温

冬季进行湿喷法喷射混凝土，最需控制的项目是拌和站、隧洞、罐车、工作面的保温工作，只要保证了温度，湿喷法喷射混凝土施工便可取得在正常气温下的施工效果。以下部位的保温是施工中的重点：拌和站、空压机房保温暖棚；施工供水保暖系统；洞内保温。

4.2.2 温度对速凝剂用量的影响

以20℃为标准，温度下降10℃，增大掺量0.5%以上；温度升高10℃，减小掺量0.5%左右。有碱液态速凝剂因其掺量可调范围较小，在冬季施工时，往往很难控制，时常会出现混凝土不凝现象；无碱液态速凝剂只需随着温度下降而增加掺量，容易控制，增加掺量不会出现混凝土不凝结、往下掉的现象。

5 混凝土冬季施工其他注意事项

a.根据确定冬季施工的工程项目及安全防护规程，确定详细的冬季施工方案，并对相关人员进行冬季施工技术培训和交底。

b.成立冬季施工组织机构，配备施工现场测温人员，及时掌握气温变化情况，加强测温人员与供热、保温人员联系。

c.进入冬季施工前，对施工人员、测温保温人员、锅炉司炉工等人员，专门组织技术业务培训班，学习冬季施工的业务知识，明确职责，经考试合格后方准上岗工作。

d.与当地气象站保持联系，及时收集气象资料，防止寒流袭击。安排专人测量施工期间的室外气温、混凝土温度，并做好记录。

e.充分考虑本地气候、交通条件，做好工程材料(砂石料、水泥等)及防冻、防寒、防滑、取暖、保温材料的储备。

f.全面检查冬季施工所使用的各种机械设备，对有问题的机械设备及时修理，决不使用带故障、存隐患的设备。

g.检查场区内所有生活设施(供水、供电、供暖等设施)对于冬季寒冷环境的防护情况，及时更换破损设施，做到心中有数，不留安全隐患。

h.做好冬季施工喷射混凝土配合比的选配工作。

i.做好拌和系统、料仓、综加厂、空压机房、工作面的保温工作。

6 结 语

该工程实施暖棚法和蓄热法相结合的方法后，当外界气温为-23℃以上时，内部温度保持在10～13℃，当气温在-24～-32℃时，暖棚内加了6个火炉，暖棚内温度保持在9～11℃。拌和时用65～70℃的热水进行拌和，出气口温度能达到10℃左右，保证了冬季混凝土施工的正常温度。

通过研究严寒地区冬季隧道工程湿喷法喷射混凝土施工中的技术难题，总结出在施工过程中采取暖棚法来保证混凝土拌和、运输、喷射全过程的保温，保证达到规范要求的施工环境温度，最终在严寒隧道隧洞工程冬季施工中达到保证湿喷法喷射混凝土质量的目的，取得了预期的经济效益和社会效益。