本發(fā)明屬于混凝土檢測，具體涉及一種隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法。

背景技術(shù)：

1、隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，鐵路網(wǎng)絡(luò)布局越來越完善，而在大規(guī)模建設(shè)及運(yùn)營過程中常會面臨施工地形多變以及服役環(huán)境復(fù)雜等情況，高質(zhì)量鐵路隧道施工成為鐵路隧道建設(shè)的重要內(nèi)容。鐵路隧道普遍采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式，而其中二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)是承受底層壓力、防止圍巖變形以及保障隧道長期耐久性的的主要構(gòu)筑物。因此，確保鐵路隧道二次襯砌混凝土安全耐久服役是實(shí)現(xiàn)鐵路隧道長壽命正常運(yùn)營的重要保障。

2、然而，在已建和在建隧道工程實(shí)踐表明，絕大多數(shù)隧道工程都存在不同程度的病害，而其中隧道二次襯砌混凝土因收縮變形導(dǎo)致的開裂為最主要的病害之一，由開裂引起的滲水及耐久性破壞等問題嚴(yán)重影響和威脅著鐵路系統(tǒng)的安全運(yùn)營。而隧道襯砌裂縫的防治一直是國內(nèi)外公認(rèn)的難題，混凝土開裂研究是集建筑地下工程與化學(xué)工程于一體的邊緣科學(xué)，有許多問題亟待解決。因此，針對鐵路隧道二襯混凝土施工及服役特點(diǎn)，提出了應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)收縮開裂的技術(shù)方法，對提高鐵路工程隧道襯砌混凝土的耐久性，保障鐵路隧道安全長期運(yùn)營具有十分重要意義。

3、通常鐵路隧道襯砌混凝土強(qiáng)度設(shè)計等級較高，存在膠凝材料用量高、絕熱溫升高、收縮大的問題，雖然二次襯砌混凝土層的厚度并不大，但在施工過程中襯砌混凝土內(nèi)部溫度仍然存在高溫升、快速溫降的特點(diǎn)；其次，隧道襯砌在施工期由于其早期收縮變形受到下部仰拱、圍巖等的約束，存在較大的開裂風(fēng)險，主要表現(xiàn)在襯砌混凝土受到現(xiàn)澆仰拱結(jié)構(gòu)約束較強(qiáng)，且一次性澆筑長度較長，在降溫過程中的收縮受到約束容易引起貫穿性裂縫的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致開裂風(fēng)險的加劇，影響結(jié)構(gòu)的耐久性能。

4、為解決鐵路隧道襯砌混凝土收縮開裂，現(xiàn)有研究提出了一些方法，例如：

5、中國發(fā)明專利申請cn202110564257公開了一種利用uhpc材料對隧道襯砌裂縫的永久修復(fù)方法，該方法通過uhpc灌漿封堵已開裂的隧道襯砌混凝土，可實(shí)現(xiàn)良好的修復(fù)效果；

6、中國發(fā)明專利申請cn202121432745提供了一種處理隧洞襯砌裂縫滲水的結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置排水引流孔，將開裂的滲水排至排水溝，以此保障隧道防水效果；

7、中國發(fā)明專利申請cn202210458194公開了一種高性能隧道襯砌裂縫快速修復(fù)材料，該發(fā)明主要通過高性能裂縫修補(bǔ)材料對已開裂的裂縫進(jìn)行修復(fù)；

8、中國發(fā)明專利申請cn201720593726公開了一種隧道襯砌裂縫維修裝置，通過設(shè)備配合定位裂縫，實(shí)現(xiàn)對裂縫的精確澆灌修復(fù)。

9、由上述分析可知，現(xiàn)有專利大多是從隧道襯砌施工措施、工藝優(yōu)化及事后修補(bǔ)的方法控裂混凝土裂縫。但是，通過施工措施、工藝優(yōu)化以及事后修補(bǔ)等方法本質(zhì)上是難以有效解決混凝土澆筑之后的收縮問題，特別是鐵路隧道復(fù)合襯砌這類強(qiáng)約束結(jié)構(gòu)，并不能從根本上解決問題。更重要的是，鐵路隧道襯砌混凝土與普通混凝土結(jié)構(gòu)相比具有更嚴(yán)酷多變的特殊服役環(huán)境，耐久性要求極高，襯砌不開裂是品質(zhì)隧道工程的必要保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法，還包括如下步驟：

4、確定材料參數(shù)、力學(xué)參數(shù)、熱學(xué)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，基于混凝土溫度應(yīng)力收縮、混凝土自收縮及仰拱剛性約束多因素耦合作用，按照隧道襯砌結(jié)構(gòu)尺寸建立溫度應(yīng)力仿真有限元計算模型；

5、通過溫度應(yīng)力仿真有限元計算模型分析不同工況參數(shù)優(yōu)化組合所對應(yīng)的襯砌混凝土開裂風(fēng)險系數(shù)，以選取開裂風(fēng)險系數(shù)小于開裂閾值的不同工況參數(shù)優(yōu)化組合，所述工況參數(shù)包括表征混凝土性能的絕熱溫升、自收縮應(yīng)變值、入模溫度，以及包括表征拆模養(yǎng)護(hù)工藝的拆模時間和拆模后養(yǎng)護(hù)；

6、依據(jù)工況參數(shù)中表征混凝土性能的絕熱溫升、自收縮應(yīng)變值，按一定比例將水化溫升抑制劑、鈣鎂復(fù)合膨脹劑、礦物摻合料、水泥、砂石和水混合攪拌均勻制得抗裂混凝土；

7、待隧道仰拱及仰拱填充層施作完畢后，調(diào)整控制工況參數(shù)中入模溫度將所制得抗裂混凝土一次性澆筑到仰拱之上形成襯砌混凝土層；

8、待抗裂混凝土澆筑完成后，按照表征拆模養(yǎng)護(hù)工藝的拆模時間和拆模后養(yǎng)護(hù)的參數(shù)要求進(jìn)行拆模和拆模后保濕養(yǎng)護(hù)。

9、進(jìn)一步的，所述抗裂混凝土按質(zhì)量百分比包括如下組分：

10、膠凝材料450～500份、砂665～785份，碎石1030～1190份和水145～180份；

11、所述膠凝材料按質(zhì)量百分比包括以下組分：

12、水化溫升抑制劑1～2％、鈣鎂復(fù)合膨脹劑6～10％、礦物摻合料30～50％，其余為水泥。

13、進(jìn)一步的，所述膠凝材料包括：

14、水泥為p·ⅱ42.5硅酸鹽水泥；

15、粉煤灰為f類ⅱ級及以上粉煤灰；

16、礦渣粉為s95級礦渣粉；

17、水化溫升抑制劑其初凝后24h水泥水化熱降低率≥30％，7d水泥水化熱降低率≤15％；

18、鈣鎂復(fù)合膨脹劑按質(zhì)量百分比包括以下組分：cao?50％～70％、輕燒mgo?30％～50％，所述輕燒mgo反應(yīng)活性值100～180s。

19、進(jìn)一步的，所述礦物摻合料的粉煤灰與礦渣粉的質(zhì)量比例為3:1。

20、進(jìn)一步的，所述入模溫度≤28℃，所述抗裂混凝土坍落度控制為180～220mm，含氣量4％～6％。

21、進(jìn)一步的，所述開裂閾值控制在0.7及以內(nèi)。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

23、1)本發(fā)明提供的隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法能夠在澆筑隧道襯砌前，通過數(shù)值建模計算結(jié)果可提前精準(zhǔn)防控裂縫，基于模型計算開裂評估并結(jié)合現(xiàn)有施工工況條件，通過優(yōu)化調(diào)整混凝土性能和施工工藝以達(dá)到精準(zhǔn)實(shí)施控裂的目的；

24、2)通過事前工藝調(diào)整從根本上解決了鐵路隧道襯砌混凝土開裂的問題，使得襯砌混凝土澆筑后不會出現(xiàn)由開裂引起滲漏問題，相比于現(xiàn)有大多數(shù)采取的事后修補(bǔ)措施，安全性更高、無修補(bǔ)維護(hù)成本、且可操作性實(shí)施性更強(qiáng)，保障鐵路隧道安全長期運(yùn)營；

25、3)在澆筑混凝土中添加了水化溫升抑制劑以及鈣鎂復(fù)合膨脹劑，可降低水泥水化溫升速率以及有效補(bǔ)充混凝土早期和中后期的收縮，結(jié)合前期計算模擬、混凝土性能和施工工藝綜合考量，能夠?qū)崿F(xiàn)對于隧道襯砌混凝土的溫度-變形雙重調(diào)控。

技術(shù)特征：

1.一種隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法，其特征在于，還包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法，其特征在于，所述抗裂混凝土按質(zhì)量百分比包括如下組分：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法，其特征在于，所述膠凝材料包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法，其特征在于，所述礦物摻合料的粉煤灰與礦渣粉的質(zhì)量比例為3:1。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法，其特征在于，所述入模溫度≤28℃，所述抗裂混凝土坍落度控制為180～220mm，含氣量4％～6％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法，其特征在于，所述開裂閾值控制在0.7及以內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種隧道模筑襯砌混凝土的控裂方法，還包括如下步驟：按照隧道襯砌結(jié)構(gòu)尺寸建立溫度應(yīng)力仿真有限元計算模型；通過溫度應(yīng)力仿真有限元計算模型分析不同工況參數(shù)優(yōu)化組合所對應(yīng)的襯砌混凝土開裂風(fēng)險系數(shù)；按一定比例將水化溫升抑制劑、鈣鎂復(fù)合膨脹劑、礦物摻合料、水泥、砂石和水混合攪拌均勻制得抗裂混凝土；待隧道仰拱及仰拱填充層施作完畢后，調(diào)整控制工況參數(shù)中入模溫度將所制得抗裂混凝土一次性澆筑到仰拱之上形成襯砌混凝土層；待抗裂混凝土澆筑完成后，按照表征拆模養(yǎng)護(hù)工藝的拆模時間和拆模后養(yǎng)護(hù)的參數(shù)要求進(jìn)行拆模和拆模后保濕養(yǎng)護(hù)。

技術(shù)研發(fā)人員：謝彪,王育江,楊睿,劉加平,孟慶余,霍飛,吳強(qiáng),王旭,趙鐸,席博陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9