一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构和施工方法与流程

1.本发明涉及混凝土工程领域，特别涉及一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构及其施工方法。


背景技术：

2.目前，在沉管敞开段以及明挖隧道主体结构的混凝土施工工程中，常常因混凝土结构的尺寸过大而导致控制其开裂渗漏的难度非常大，致使混凝土的开裂渗漏问题十分突出。经研究发现，沉管敞开段以及明挖隧道主体结构的混凝土施工过程中的开裂渗漏问题，主要是由混凝土的早期收缩造成的，因此，如何有效控制混凝土结构的早期收缩开裂，是解决沉管敞开段以及明挖隧道主体结构的混凝土施工过程中的开裂渗漏问题的关键。
3.针对混凝土结构的早期收缩开裂问题，现有技术中也给出了解决方案，如：（1）在混凝土中采取加冷却水管的方式，利用冷却水来降低混凝土的温度，达到改善混凝土开裂风险的作用；（2）采用全断面一次性浇筑工艺，对混凝土结构进行整体成型。根据诸多工程实践发现，上述方法确实能够有效的改善混凝土施工过程中的早期收缩开裂问题，也是属于现今混凝土施工中常用的用于避免混凝土开裂的工艺，然而，当将上述工艺用于沉管敞开段以及明挖隧道主体结构的混凝土结构施工时，却因沉管敞开段以及明挖隧道存在工程支护开挖条件及模板工艺要求高、现场施工条件差等实际问题，导致其存在施工难度大、资源投入大、工期长等缺陷，并不适合在沉管敞开段以及明挖隧道主体结构的混凝土结构的施工工程中大规模应用，因而，沉管敞开段以及明挖隧道主体结构的混凝土结构的早期收缩开裂问题并没有得到很好的解决。


技术实现要素：

4.本发明的发明目的在于：针对现有改善混凝土早期收缩开裂问题的混凝土结构用于沉管敞开段以及明挖隧道主体结构时存在成本高和结构复杂的缺陷，提出了一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构及其施工方法；该混凝土结构通过调控混凝土的配方来使分区的混凝土具有不同的膨胀系数，从而使不同分区中混凝土的约束应力得到显著削弱，混凝土结构自身的抗裂性得到显著提高，该预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构简单、成本低廉，对混凝土的收缩开裂问题改善效果显著，适合在沉管敞开段以及明挖隧道主体结构中大规模应用。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构，包括若干段延隧道长度方向依次相连的混凝土节段；所述混凝土节段包括垂直于隧道长度的切面方向依次相连设置的底板、侧墙和顶板；所述底板包括隧道长度方向依次相连设置的长度相同的第一底板、第二底板和第三底板，所述第一底板和第三底板的混凝土膨胀系数相同，且大于所述第二底板的混凝土膨胀系数；所述侧墙包括垂直于隧道长度的切面方向从上往下依次相连设置的第一侧墙和第二侧墙，所述第一侧墙的高度是第二侧墙的2倍，所述第一侧墙的混凝土膨胀系数大于所述第二侧墙的混凝土膨胀系数；所述顶板包括
隧道长度方向依次相连设置的长度相同的第一顶板、第二顶板和第三顶板，所述第一顶板和第三顶板的混凝土膨胀系数相同，且大于所述第二顶板的混凝土膨胀系数。
6.本发明一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构，通过将隧道主体的混凝土结构进行针对性的分区，并通过调控混凝土的配方来使分区的混凝土具有不同的膨胀系数，使不同分区的混凝土结构具有不同的变形性能和变形时机，混凝土结构的约束应力也随分区界面梯度递减，达到改变混凝土的膨胀性能、补偿收缩应变的作用，从而使不同分区中混凝土的约束应力得到显著削弱，混凝土结构自身的抗裂性得到显著提高，混凝土的收缩开裂问题得到显著改善；且该预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构简单、成本低廉，对混凝土的收缩开裂问题改善效果显著，适合在沉管敞开段以及明挖隧道主体结构中大规模应用。
7.其中，优选的，所述混凝土节段的长度（沿隧道长度方向）不大于35m；更优选的，所述混凝土节段的长度为10-35m；优选的混凝土节段长度，更适合混凝土的现场浇筑，施工工期和难度可控，也更容易控制混凝土的收缩开裂。
8.其中，优选的，所述第一底板与第二底板的混凝土膨胀系数之差不小于15%；更优选的，所述第一底板为常规混凝土浇筑而成，所述第二底板为抗裂混凝土浇筑而成；优选的混凝土浇筑类型，能在更低混凝土成本的情况下，改善底板区的混凝土收缩开裂问题，更适合大规模应用和推广。
9.其中，优选的，所述第一侧墙与第二侧墙的混凝土膨胀系数之差不小于15%；更优选的，所述第一侧墙为常规混凝土浇筑而成，所述第二侧墙为抗裂混凝土浇筑而成；优选的混凝土浇筑类型，能在更低混凝土成本的情况下，改善侧墙区的混凝土收缩开裂问题，更适合大规模应用和推广。
10.其中，优选的，所述第一顶板与第二顶板的混凝土膨胀系数之差不小于15%；更优选的，所述第一顶板为常规混凝土浇筑而成，所述第二底板为抗裂混凝土浇筑而成；优选的混凝土浇筑类型，能在更低混凝土成本的情况下，改善顶板区的混凝土收缩开裂问题，更适合大规模应用和推广。
11.为了实现上述目的，更进一步的，本发明还提供了一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构的施工方法，包括以下步骤：s1:根据隧道主体的设计要求，将预施工的隧道主体结构延隧道长度方向分为依次相连的若干待浇筑节段；s2:根据隧道主体结构的施工要求和顺序，选择一个待浇筑节段，并将该待浇筑节段按垂直于隧道长度的切面方向分为待浇筑底板区、待浇筑侧墙区和待浇筑顶板区；s3:先将待浇筑底板区沿隧道长度方向分为长度相同的待浇筑底板1区、待浇筑底板2区和待浇筑底板3区；采用不同膨胀系数的混凝土对待浇筑底板1区、待浇筑底板2区和待浇筑底板3区进行浇筑，形成第一底板、第二底板和第三底板，进而完成底板的浇筑；再在底板上，将待浇筑侧墙区按垂直于隧道长度的切面方向从上往下分为待浇筑侧墙1区和待浇筑侧墙2区；采用不同膨胀系数的混凝土依次对待浇筑侧墙2区和待浇筑侧墙1区进行浇筑，形成第一侧墙和第二侧墙，进而完成侧墙的浇筑；最后在侧墙上，将待浇筑顶板区沿隧道长度方向分为待浇筑顶板1区、待浇筑顶板2区和待浇筑顶板3区；采用不同膨胀系数的混凝土对待浇筑顶板1区、待浇筑顶板2区和待
浇筑顶板3区进行浇筑，形成第一顶板、第二顶板和第三顶板，进而完成顶板的浇筑；通过分别对底板、侧墙和顶板的浇筑，完成对所选混凝土节段的浇筑；s4：重复步骤s2和s3，依次完成隧道主体结构中其它的混凝土节段的浇筑，从而完成一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构的施工。
12.其中，优选的，步骤s3中，在进行底板或顶板的浇筑过程中，各区同时进行浇筑；采用同时浇筑，施工工期更短，且各区也不会因浇筑时间不同而导致出现较大差异，各区之间的作用力更均匀，有利于减少因受力不均而导致的形变或裂隙。
13.其中，优选的，步骤s3中，步骤s3中，在进行底板、侧墙或顶板的浇筑过程中，各区之间采用阻隔装置进行阻挡，避免浇筑时各区混凝土混合；最优选的，所述阻隔装置为收口网；优选的阻隔装置，阻挡效果好，成本低，操作方便。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果：（1）本发明预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构，通过调控混凝土的配方来使分区的混凝土具有不同的膨胀系数，从而使不同分区中混凝土的约束应力得到显著削弱，混凝土结构自身的抗裂性得到显著提高。
15.（2）本发明预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构简单、成本低廉，对混凝土的收缩开裂问题改善效果显著，适合在沉管敞开段以及明挖隧道主体结构中大规模应用。
16.（3）本发明预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构的施工方法，施工难度小、工期短，适合大规模用于预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构的施工。
附图说明
17.图1是本发明实施例1的隧道主体混凝土结构示意图；图2是本发明实施例1的底板的结构示意图；图3是本发明实施例1中侧墙的结构示意图；图4是本发明实施例1中顶板的结构示意图。
18.图中标记： 1-混凝土节段；2-底板；201-第一底板；202-第二底板；203-第三底板；3-侧墙；301-第一侧墙；302-第二侧墙；4-顶板；401-第一顶板；402-第二顶板；403-第三顶板。
具体实施方式
19.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.实施例1项目名称：某项目沉管隧道暗埋段隧道主体结构施工要求：预防开裂的隧道主体混凝土结构：延隧道长度方向总长约203m,分8个节段，每个节段长度24~26m不等，每个节段依次相连；随机选择任一混凝土节段1（长度25m、宽度12.7m、高度9.2m）（参见图1）；
该混凝土节段由垂直于隧道长度的切面方向依次相连设置的底板2（长度25m、宽度12.7m、高度2.5m）、侧墙3（长度25m、宽度1m、高度4.2m）和顶板4（出口或入口处的节段没有顶板；长度25m、宽度12.7m、高度2.5m）构成（参见图1）；底板2沿隧道长度方向分为依次相连的长度相同（长度25m）（参见图2）；侧墙3按垂直于隧道长度的切面方向从上往下分为依次相连设置的第一侧墙301和第二侧墙302，第一侧墙301的高度为4.2m；第二侧墙302的高度为4.2m（参见图3）；顶板4沿隧道长度方向分为依次相连设置的长度（长度25m）相同（参见图4）。第一底板2和第一顶板4混凝土采用无膨胀系数的普通混凝土；第一侧墙301和302采用添加膨胀剂的微膨胀混凝土，混凝土膨胀率为0.18%,第二底板2和第二顶板4采用无膨胀系数的普通混凝土，第二侧墙301和302采用添加膨胀剂的微膨胀混凝土，混凝土膨胀率为0.18%,后续节段混凝土配置方式相同。
22.具体浇筑方法：s1:根据隧道主体的设计要求，将预施工的隧道主体结构延隧道长度方向分为依次相连的若干待浇筑节段；s2:根据隧道主体结构的施工要求和顺序，选择一个待浇筑节段，并将该待浇筑节段按垂直于隧道长度的切面方向分为待浇筑底板区、待浇筑侧墙区和待浇筑顶板区；s3:先将待浇筑底板区沿隧道长度方向分为长度相同的待浇筑底板区、待浇筑底板2区和待浇筑底板3区；采用不同膨胀系数的混凝土对待浇筑底板1区、待浇筑底板2区和待浇筑底板3区进行浇筑，形成第一底板、第二底板和第三底板，进而完成底板2的浇筑；再在底板2上，将待浇筑侧墙区按垂直于隧道长度的切面方向从上往下分为待浇筑侧墙1区和待浇筑侧墙2区；采用不同膨胀系数的混凝土依次对待浇筑侧墙2区和待浇筑侧墙1区进行浇筑，形成第一侧墙301和第二侧墙302，进而完成侧墙3的浇筑；最后在侧墙3上，将待浇筑顶板区沿隧道长度方向分为待浇筑顶板1区、待浇筑顶板2区和待浇筑顶板3区；采用不同膨胀系数的混凝土对待浇筑顶板1区、待浇筑顶板2区和待浇筑顶板3区进行浇筑，形成第一顶板401、第二顶板402和第三顶板403，进而完成顶板4的浇筑；通过分别对底板2、侧墙3和顶板4的浇筑，完成对所选混凝土节段1的浇筑；s4：重复步骤s2和s3，依次完成隧道主体结构中其它的混凝土节段1的浇筑，从而完成一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构的施工。
23.性能检测结果：通过对底板2与侧墙301和302，以及侧墙301和302与顶板4交接处进行观察和测试，均未发现有明显裂缝，对301和302处混凝土采用收敛仪器监测混凝土膨胀系数，混凝土膨胀系数均超过0.20%，达到其设计效果。
24.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构，其特征在于，包括若干段延隧道长度方向依次相连的混凝土节段（1）；所述混凝土节段（1）包括垂直于隧道长度的切面方向依次相连设置的底板（2）、侧墙（3）和顶板（4）；所述底板（2）包括隧道长度方向依次相连设置的长度相同的第一底板（201）、第二底板（202）和第三底板（203），所述第一底板（201）和第三底板（203）的混凝土膨胀系数相同，且大于所述第二底板（202）的混凝土膨胀系数；所述侧墙（3）包括垂直于隧道长度的切面方向从上往下依次相连设置的第一侧墙（301）和第二侧墙（302），所述第一侧墙（301）的高度是第二侧墙（302）的2倍，所述第一侧墙（301）的混凝土膨胀系数大于所述第二侧墙（302）的混凝土膨胀系数；所述顶板（4）包括隧道长度方向依次相连设置的长度相同的第一顶板（401）、第二顶板（402）和第三顶板（403），所述第一顶板（401）和第三顶板（403）的混凝土膨胀系数相同，且大于所述第二顶板（402）的混凝土膨胀系数。2.根据权利要求1所述的混凝土结构，其特征在于，所述混凝土节段（1）的长度不大于35m。3.根据权利要求2所述的混凝土结构，其特征在于，所述混凝土节段（1）的长度为10-35m。4.根据权利要求1所述的混凝土结构，其特征在于，所述第一底板（201）与第二底板（202）的混凝土膨胀系数之差不小于15%。5.根据权利要求1所述的混凝土结构，其特征在于，所述第一侧墙（301）与第二侧墙（302）的混凝土膨胀系数之差不小于15%。6.根据权利要求1所述的混凝土结构，其特征在于，所述第一顶板（401）与第二顶板（402）的混凝土膨胀系数之差不小于15%。7.一种权利要求1-6任一项所述预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:根据隧道主体的设计要求，将预施工的隧道主体结构延隧道长度方向分为依次相连的若干待浇筑节段；s2:根据隧道主体结构的施工要求和顺序，选择一个待浇筑节段，并将该待浇筑节段按垂直于隧道长度的切面方向分为待浇筑底板区、待浇筑侧墙区和待浇筑顶板区；s3:先将待浇筑底板区沿隧道长度方向分为长度相同的待浇筑底板1区、待浇筑底板2区和待浇筑底板3区；采用不同膨胀系数的混凝土对待浇筑底板1区、待浇筑底板2区和待浇筑底板3区进行浇筑，形成第一底板（201）、第二底板（202）和第三底板（203），进而完成底板（2）的浇筑；再在底板（2）上，将待浇筑侧墙区按垂直于隧道长度的切面方向从上往下分为待浇筑侧墙1区和待浇筑侧墙2区；采用不同膨胀系数的混凝土依次对待浇筑侧墙2区和待浇筑侧墙1区进行浇筑，形成第一侧墙（301）和第二侧墙（302），进而完成侧墙（2）的浇筑；最后在侧墙（2）上，将待浇筑顶板区沿隧道长度方向分为待浇筑顶板1区、待浇筑顶板2区和待浇筑顶板3区；采用不同膨胀系数的混凝土对待浇筑顶板1区、待浇筑顶板2区和待浇筑顶板3区进行浇筑，形成第一顶板（401）、第二顶板（402）和第三顶板（403），进而完成顶板（4）的浇筑；通过分别对底板（2）、侧墙（3）和顶板（4）的浇筑，完成对所选混凝土节段（1）的浇筑；
s4：重复步骤s2和s3，依次完成隧道主体结构中其它的混凝土节段（1）的浇筑，从而完成一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构的施工。8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤s3中，在进行底板（2）或顶板（4）的浇筑过程中，各区同时进行浇筑。9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤s3中，在进行底板（2）、侧墙（3）或顶板（4）的浇筑过程中，各区之间采用阻隔装置进行阻挡。

技术总结
本发明一种预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构及其施工方法，该混凝土结构通过将隧道主体的混凝土结构进行针对性的分区，并通过调控混凝土的配方来使分区的混凝土具有不同的膨胀系数，使不同分区的混凝土结构具有不同的变形性能和变形时机，混凝土结构的约束应力也随分区界面梯度递减，达到改变混凝土的膨胀性能、补偿收缩应变的作用，从而使不同分区中混凝土的约束应力得到显著削弱，混凝土结构自身的抗裂性得到显著提高，混凝土的收缩开裂问题得到显著改善；且该预防现浇隧道主体结构开裂的混凝土结构简单、成本低廉，对混凝土的收缩开裂问题改善效果显著，适合在沉管敞开段以及明挖隧道主体结构中大规模应用。以及明挖隧道主体结构中大规模应用。以及明挖隧道主体结构中大规模应用。


技术研发人员：吴海森 黄文慧 黄海斌 关兴 李星霖 陈立发 戴适天 唐嘉成 冯海山 陈书宇
受保护的技术使用者：中交第四航务工程局有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/14