关键词:冬季;严寒;保温;混凝土;施工
1、引言
东北地区因冬季气温很低，因此一般情况下很少在冬季进行隧道二衬混凝土施工，因此既有成熟施工经验较少。通灌铁路起于辽宁省宽甸县灌水镇，终于吉林省通化市，因工期非常紧张，因此对控制性隧道工程必须进行冬季施工。本文将就冬季严寒条件下(2009年平均气温-21℃，最低气温达-33℃，超过历史记录)隧道二衬混凝土施工条件、方法及注意事项进行了探讨和总结，为以后类似工程施工提供借鉴和参考。
2、工程概况
2.1 大蜜蜂沟隧道位于辽宁省丹东市八河川镇大蜂蜜沟村至小雅河村。隧道中心里程DK40+467.5，全长4851m，最大埋深172.8m，单线断面。
2.2 本隧道按新奥法设计施工，采用复合式衬砌，Ⅱ级围岩采用复合式直墙衬砌，其余均采用复合式曲墙衬砌，Ⅴ级加强衬砌采用钢筋混凝土结构。
2.3 全隧穿越砾砂、片麻状混合岩、粗角砾土地层，地质构造单一，节理裂隙较发育，属张性节理。
2.4 该隧道位于中温带-寒温带湿润大陆性季风气候区的三江—长白山小区，主要特征是冬季漫长而严寒多雪，夏季凉爽并低温多雨。历年最低气温-29.9℃，最大冻结深度1.6m。
3、冬季施工原因
因工期要求异常紧张，加上该地区冬季漫长(一般情况下从本年11月15日至来年3月31日)，因此为满足工期要求，冬季必须进行隧道二衬混凝土施工。根据规范规定当工地昼夜平均气温(最高和最低气温的平均值或当地时间6时、14时及21时室外气温的平均值)连续3d稳定低于5℃或最低气温低于-3℃时，按照进入冬季施工考虑。根据当地情况一般从本年的11月15日至次年的3月31日按进入冬季考虑，根据实测情况今年从11月初即按进入冬季施工考虑。
4、施工方法
4.1 施工准备
4.1.1 收集气象资料
预先收集当地气象台历年气象资料，及时掌握天气预报的气象变化趋势及动态，便于提前安排施工，做好各种预防准备工作。
4.1.2 根据本工程的具体情况，制定相应的冬季施工方案和防护措施，并在冬季来临前完成对相关管理和作业人员的冬季施工技术交底、质量控制措施交底及相关安全知识培训。
4.1.3 根据施工方案提前准备好足够的保温物资(如棉被、保温板、门帘等)、保温器材(如锅炉、电热棒、电暖片等)、供热能源(如煤炭、木材等)，为冬季施工的正常进行打下良好的基础;对搅拌系统、运输机械、作业设备、管线等进行全面检修，更换老化元器件，同时备用一定数量的易损零配件;结合机械设备的换季保养，及时更换润滑油;对使用防冻液的机械设备确保防冻液符合当地防冻要求，未使用防冻液的机械设备采取停机后排放冷却水或进入暖棚车间等防冻措施;对罐车配备防滑链，罐体加装保温棉等。
4.2 施工方案
4.2.1 保温方案
冬季混凝土施工主要是做好保温工作，而要做好保温工作，则必须确定保温方法。本工程保温分洞外保温和洞内保温。洞外主要是对拌合站进行保温，洞内主要是确保二衬浇筑工作面的温度。
4.2.1.1 洞外保温:对整个拌和站搭设暖棚进行包封，暖棚骨架为钢结构，棚顶及四周安设保温墙，并覆盖棚布密封，保证不漏风。棚内设砂石料存放区、袋装水泥存放区、外加剂存放区(材料存放场地满足浇筑一模二衬混凝土的使用量，并略有富余)。整个保温棚共设两个进出口(砂石料及混凝土罐车进出口)，砂石料进出口采用活动推拉门，罐车进出口采用电动卷帘门(门外均加设长大门帘)，并安排专人负责推拉和开启，最大限度减少棚内热量的散发。棚内采用干式热风炉加热骨料及配料机，配料机四周用保温板进行包封，并在其内安装暖气片进行局部加热(暖气片系锅炉送水加热)。保证砂石料加热到10℃以上，暖棚内温度不低于5℃(当棚内温度低于5℃时采用加设电暖气满足要求)。
通过热工计算，搅拌站暖棚配备的热风炉供热能力为2000m2，搅拌用水加热锅炉为1t锅炉。
4.2.1.2 洞内保温:主要采取在洞口挂保温门帘，洞内浇筑工作面用电暖炉加热，台车面板上挂设电暖片的方法，保证洞内温度不低于5℃。为防止洞内输水管路受洞外的影响导致堵塞或不畅通，保证掌子面正常施钻，洞外输水主管路均采用保温材料包裹，高压水池亦采取覆盖保暖措施。
4.2.2 混凝土施工方案
4.2.2.1 拌制:混凝土在拌合站集中拌制，拌制前做好试验调配，尽量选用较小水灰比及坍落度。并延长混凝土拌制时间，严格控制混凝土出机温度和混凝土入模温度。
4.2.2.2 运输:采用罐车运输，罐体外用保温棉套包裹保温，并加装防滑链防滑。为确保混凝土热量尽量少散发，过程中采取了相关措施减少混凝土在罐体内等待时间。
4.2.2.3 入模及振捣:混凝土采用泵车入模，50振捣棒分层振捣密实，严格控制每层厚度及振捣间距、振捣时间，并不得漏振和过振。
4.2.2.4 拆模及养护:当混凝土强度达到8MPa时开始拆模，拆模时做好环境温度与混凝土温度的测量，防止温差出现收缩裂纹。养护采用喷洒混凝土养护液进行养护。
4.3 施工方法
4.3.1 冬季施工技术措施
4.3.1.1 原材料要求
骨料不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质。暖棚外的砂石料堆放场地亦制作了雨雪棚，对砂石料进行挡雪、挡雨。
由于冬季道路结冰，散装水泥运输困难，故采用袋装水泥。进场的水泥及外加剂存放在相应库房内，做好相应防潮工作，并在暖棚内存放一个周转期的水泥和外加剂，使用完毕后及时从储备仓库内转运至暖棚内，保证拌制混凝土时水泥及外加剂温度均在5℃以上。
4.3.1.2 混凝土配制
配制混凝土时，要优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，我们采用普通硅酸盐水泥;选用较小的水灰比和较小的坍落度，一般情况下水灰比要小于0.5，我们选用0.45，并将根据实际情况进行适当调整。坍落度控制在14-16cm。
对水及骨料进行了热工计算和实际试拌，确定了满足混凝土浇筑需要的加热温度。根据规范要求及现场实际情况，我们确定了如下三个温度指标:混凝土出仓温度须大于10℃，混凝土入模温度须大于5℃，浇筑混凝土工作面环境温度须大于5℃。为此通过热风炉对砂石料进行加热，通过锅炉对拌合用水进行加热。根据现场施工试验确定，热风炉在拌制混凝土前4小时开始加热时，能保证暖棚内温度达到5℃以上，砂子能达到7-8℃，石子能达到10-11℃，此时水温加热到35℃时，出仓混凝土温度即能保证达到10℃以上。
为保证砂石料及水泥、外加剂搅拌均匀，混凝土拌制时间必须延长至120s。水泥不得直接加热。水温控制在35-38℃之间较好，不宜加热太高，否则搅拌等待时间过长，影响施工效率，同时影响混凝土质量。搅拌用热水储备箱设在锅炉房内，先将热水放入储备箱内然后加入冷水调温，过程中由专人做好测温记录，保证入仓的拌合用水温度的基本稳定。
4.3.1.3 混凝土运输
罐车外包裹棉被，并尽量缩短运输时间，缩短混凝土在罐车内的存放时间。我们的做法是当浇筑工作面罐车内混凝土还剩1/3左右时，现场通知搅拌站开始拌料，等现场混凝土料放完，罐车回到搅拌站时，新的一车混凝土基本拌制完毕，直接发车到浇筑工作面，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。 4.3.2 混凝土浇筑
4.3.2.1 混凝土浇筑前，做好现场测温记录，当温度低于5℃时应启动加温设施对作业环境进行加热升温，直至达到要求并维持在这一温度以上后，通知搅拌站开始拌制混凝土。加热设施采用在二衬台车上拱腰以下部位每隔1-1.5m挂设暖气片，梅花形布置，在洞口挂设门帘进行保温。
4.3.2.2 对地泵管道采用保温棉包裹保温。混凝土到场后先进行测温，并做好测温记录，然后测坍落度，满足要求后进入泵车，否则退回搅拌站重新进行处理。由主管工程师现场跟班作业，要求对到场的每车混凝土都必须进行测温，以确保混凝土入模温度。
4.3.2.3 加强混凝土振捣，振捣棒应垂直插入，快插慢拔，每层混凝土控制在30cm左右，振捣棒移动间距控制在25-30cm左右，做到不漏振、不过振，确保混凝土密实。混凝土密实的标志是混凝土不再下沉，表面变得平坦并泛浆。
4.3.3 混凝土养护与拆模
4.3.3.1 隧道洞门挂设防寒棉帘，车辆进出时方打开，其它时间封闭保温。
4.3.3.2 混凝土浇筑完毕后派专人进行环境温度测量，要求环境温度不得低于5℃。当环境温度低于5℃时，则及时启动暖气片进行加热，保证环境温度始终维持在5℃以上。
4.3.3.3 当混凝土初期强度达到8MPa以上时可以拆除二衬模板，拆模后及时检查混凝土表面，无质量缺陷时立即喷洒养护液进行养护，同时做好测温记录，防止混凝土表面出现收缩裂纹。
5、其他施工保证措施
5.1 成立精干、高效、责权明确的冬季施工领导小组，由项目经理任组长，项目副经理、总工程师任副组长，各部门负责人为成员，负责冬季施工的组织和管理。明确各部门各岗位职责和权限，制定考核奖惩办法，确保冬季施工顺利实施。
5.2 做好人员详细安排，明确各工序负责人，尤其是保温控制及测温记录人。如搅拌站暖棚进料口、罐车进出口的及时开关，砂石料测温记录，混凝土出仓、入模及现场环境测温记录，锅炉水测温记录控制，搅拌站管理协调，现场管理协调等明确相关责任人，做好统一管理工作。现场所有测温数据必须记录在册，测温记录人必须签字，并将测温记录装订成册备查，对混凝土入模温度必须每车测量。
5.3 各部门做好协调管理工作，如物资设备部、试验室、工程部等相关部门应紧密配合，加强协调，保证施工现场顺利运转。
6、施工注意事项
6.1 加强保温工作，尤其是对暖棚等应经常检查，对漏风之处应及时修补。
6.2 切实做好测温工作，确保混凝土入模及环境养护温度达到规范要求。
6.3 搅拌用水不宜加热太高，当水温加热超过40℃时，搅拌必须分段进行，先搅拌砂石料(50s)，然后加入水泥及外加剂再进行搅拌。如一次性加入搅拌对外加剂性能将产生影响，拌制的混凝土保水性差，振捣后在混凝土表面易出现渗水沟并泛砂现象，应引起重视。
6.4 在雨雪天气，运输车辆要加防滑链，以防因路滑引起交通事故。
6.5 便道局部危险地段要加强防护，做好警戒标识。
6.6 冬季取暖严禁私拉乱接电，防止出现短路导致火灾或人身触电伤亡事故。
7、结束语
施工期间现场平均气温达到-21℃，最低温度达到-33℃，但通过严格执行各项保温措施，从人、机、料、法、环等方面进行全面、充分的准备和严格落实到位，大蜂蜜沟隧道二衬混凝土冬施取得很好的实际效果，所施工的二衬混凝土质量经监理工程师及业主现场检查未发现受冻或其它实质性损伤，表观质量亦较好，因此判断以上措施满足严寒条件下隧道二衬混凝土施工，因此确定该工法对于工期紧张的隧道工程进行冬季施工具有一定借鉴和参考意义。
参考文献
[1]杨林，常永平.《冬季施工现场技术及示例》，北京.化学工业出版社，2009