混凝土水化热的隧道工程论文范文

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1初衬对冻结壁的影响

根据设计要求，隧道开挖成型后每隔5m进行一次初衬支护。边墙冻结壁表面温度传感器测得温度随时间变化曲线如图1所示。初衬混凝土初始温度为10．2℃，12月29日开始浇筑。由图1可见，初衬浇筑完成后冻结壁表面温度逐渐降低，并最终趋于稳定。可见采用喷射的方式浇筑，混凝土热量易于散失，且浇筑时冻结壁前木背板可有效阻止热量往冻结壁方向传递。初衬喷射完成后混凝土能形成一层多孔隙疏松结构，能有效保温，阻止冻结壁与空气对流产生冷量损失。

2二衬与冻结壁的相互影响

2．1数值模型建立采用二维平面热单元PLANE55进行数值计算。考虑实际施工参数及冻融影响范围，因隧道的纵深、圈径较大，选取平面矩形模型近似模拟［5－8］。其中，冻结壁单元尺寸为1000mm×1000mm，保温材料单元尺寸为1000mm×20mm，二衬混凝土尺寸为1000mm×400mm。二衬混凝土入仓温度为8．3℃，水化热散热系数m取0．45，最终累计产热量Q0=335kJ/kg。土体、保温材料及混凝土其他热物理参数如表1所示。

2．2冻结壁初始条件隧洞于2013年8月1日开机冻结，2014年1月2日停机并进行末端初衬支护。冻结壁内温度传感器监测温度情况如图2所示。从1月3日到1月8日测温传感器实测数据可以看出，浅部冻结壁温度随深度呈线性关系(R2依次为0．990，0．978，0．971，0．998，0．995，0．981)。为了对冻结壁温度场模型进行简化，以实测数据为依据，假设冻结壁模型30～1000mm深度范围内温度场呈线性分布。考虑到冻结壁表面暴露在空气中，根据实际情况施加对流荷载。

2．3数值模拟与实测结果分析2014年1月8日开始浇筑二衬混凝土，并于二衬浇筑前停止冻结。各温度传感器实测与模拟值对比曲线如图3，4所示，其中图3为混凝土、底板温度实测与模拟值对比情况，图4为冻结壁内温度传感器实测与模拟值情况。从图3实测情况可以看出，混凝土入模后受水化热影响，温度迅速升高，浇筑第一天达到最高温度28．2℃，而后受冻结壁冷量与衬砌表面空气对流影响，温度缓慢降低;底板与混凝土温度变化趋势大致相同，浇筑完第一天达到最高温度8．17℃，而后逐渐降低。由图4实测值可见，C1距底板表面30mm，受混凝土水化热影响较大，1月8日混凝土浇筑完后，在1月9日温度达到最大值2．3℃;C2在1月10日温度升高到－0．31℃;C3～C5范围内冻土温度也有所升高，但也都保持在0℃以下，冻结壁融化范围在30～100mm区间内。浇筑混凝土之前已经停止冻结，1月12日之后，C1～C2范围内冻土温度有所回升，C3～C5范围内冻土温度基本保持稳定，可见100mm深度以内冻结壁受混凝土水化热与空气对流影响，温度出现回升。200mm深度以上冻结壁冷量与水化热热量传导达到短期平衡，温度保持稳定。比较图3中实测与模拟曲线，可以看出底板温度传感器实测值与模拟值吻合很好。图4中C1、C2实测与模拟变化趋势不同且温度相差较大，最大温差6．07℃，C3～C5实测与模拟值吻合良好，且深度越深吻合情况越好。可见，在该工程中采用数值模拟来研究衬砌混凝土水化热及冻结壁30mm以上温度场是可信的。故可采用数值手段来模拟衬砌混凝土水化热温度场，找到混凝土最低温度值，其随时间变化曲线如下图5所示。从图5可见，混凝土浇筑完成后从第60天(1月8日)到第80天(1月28日)温度才降到0℃，从而能保证混凝土有20d的正温养护时间。从数值模拟结果可以看出，二衬混凝土在浇筑完第二天(1月9日)达到最大温差9．2℃。上述结果表明，冻结壁冷量传导对二衬混凝土强度增长影响相对较小，且二衬混凝土内外温差较小，混凝土不会出现温度裂缝的情况。

3结论

(1)初衬混凝土水化热对冻结壁温度场没有影响，木背板能有效阻挡热量向冻结壁传导。混凝土浇筑完成后的疏松孔隙结构能形成一层有效的保温层，减少冻结壁冷量损失。(2)浅部范围冻结壁温度场温度值与深度呈线性关系。受二衬混凝土影响，冻结壁在混凝土浇筑后1～2d内的融化深度达到最大，融化范围在30～100mm。混凝土浇筑完成后第3天回冻进入负温，由于二衬浇筑前已经停止冻结，浅表100mm范围内土体受混凝土水化热与空气对流影响，温度有所回升，而深度200～500mm范围内冻土温度达到短期平衡，保持稳定。(3)二衬混凝土水化热温度场、冻结壁30mm深以上温度场数值模拟与实测情况基本吻合。二衬混凝土浇筑后水化热量大，且释放迅速，浇筑后第一天温度升高到最大值28．2℃，而后逐渐降低。由于混凝土有20d左右正温养护时间，所以其强度增长受冻结壁冷量影响较小。因二衬厚度相对较小，内外最大温差为9．2℃，不会出现温度裂缝情况。

作者：叶庆石荣剑陈博单位：中国矿业大学深部岩土与地下工程国家重点实验室