太湖隧道混凝土收缩裂缝控制技术

太湖隧道是苏锡常南部高速公路项目的重要节点工程，是江苏省高速公路、跨江大桥建设史上一次性单体投资最大的项目。太湖隧道全长10.79 km(其中暗埋段长10 km)，横断面总宽43.6 m，是目前国内最长的水下隧道，在太湖梅梁湖水域“一隧穿湖”，串联苏、锡、常三地。隧道主体结构混凝土底板、侧墙和顶板厚1.2～1.5 m，混凝土设计强度等级C40，采用堰筑法工艺，竖向分步浇筑，浇筑间隔龄期通常超过15 d。受超长、超宽、大体积、分步浇筑等因素影响，隧道主体结构混凝土温升高，温降收缩和自收缩大，所受内外约束强，开裂风险突出。既有工程实践表明，现浇超长、大体积混凝土结构极易在施工期就产生贯穿性收缩裂缝，进而导致严重的渗漏问题，影响构筑物使用功能和服役寿命。

图1 建设中和建成后的太湖隧道

图2 隧道主体结构混凝土分步浇筑示意图

针对堰筑法超长超宽隧道混凝土开裂渗漏突出问题，高性能土木工程材料国家重点实验室与江苏省交通工程建设局、东南大学等协同攻关，创新了混凝土抗裂性评估与设计方法，开发了抗裂性提升功能材料，攻克了关键应用技术，形成了隧道现浇混凝土收缩裂缝控制成套关键技术。取得了以下创新成果：

1)建立了考虑混凝土材料、环境温湿度、分步浇筑约束耦合作用的混凝土抗裂性量化评估模型，开发了超长结构抗裂性评估与设计软件，提出了基于可靠度的超长超宽隧道现浇混凝土抗裂性设计方法，突破了单一温控设计的局限。

2)发明了高温型水化温升抑制材料和多元复合膨胀材料，可定向、高效降低隧道混凝土不同阶段的多种收缩，降低水化放热速率50%以上、混凝土收缩30%以上，为隧道混凝土收缩裂缝控制提供了关键材料。

3)提出了超长超宽隧道现浇混凝土全过程精准调控收缩应力的新方法，可制备低收缩、高抗裂隧道混凝土，动态调整工艺参数，靶向控制混凝土收缩应力低于开裂阈值，不开裂保证率达到95%以上。

图3 隧道混凝土抗裂性调控示意图

此研究成果应用于太湖隧道主体结构140余万立方米混凝土，并推广应用于10余项现浇隧道工程。工程检测结果表明，采用此研究成果的超长超宽隧道主体结构混凝土不开裂、无渗漏。在此基础上，项目团队编制了江苏省地方标准《明挖现浇隧道混凝土收缩裂缝控制技术规程》及抗裂材料的行业标准《混凝土水化温升抑制剂》，引领隧道混凝土收缩裂缝向量化计算、精准控制方向发展，为促进隧道工程建设向绿色低碳、长寿命方向发展提供了有力保障。