何冬明

（上海隧道工程股份有限公司混凝土分公司，上海 200124）

He Dongming

(Shanghai Tunnel Engineer Company. Concrete Branch, Shanghai 200124)

0 前言

自密實(shí)混凝土適用于封閉結(jié)構(gòu)、異型結(jié)構(gòu)等振搗困難的混凝土結(jié)構(gòu)（如聯(lián)絡(luò)通道）的施工。在上海地區(qū)眾多軟土隧道中，自密實(shí)混凝土被廣泛用于聯(lián)絡(luò)通道的施工。隧道聯(lián)絡(luò)通道的頂板與土體緊密接觸，空間狹小，混凝土施工時(shí)無法振搗，自密實(shí)混凝土以其良好的流動(dòng)性和填充性能夠完成這一異性結(jié)構(gòu)的施工。

1 隧道聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)概述

聯(lián)絡(luò)通道也稱為旁通道，是連接上、下行隧道的地下通道，通常設(shè)在隧道最低的部位，在隧道使用過程中起到集、排水的作用，同時(shí)當(dāng)遇到險(xiǎn)情時(shí)能提供一個(gè)安全的橫向逃生救援通道，是隧道的重要組成部分。聯(lián)絡(luò)通道一般為混凝土結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)與隧道相交的喇叭口和通道組成[1,2]。聯(lián)絡(luò)通道一般內(nèi)徑較小，混凝土攪拌車等設(shè)備無法進(jìn)入，且部分內(nèi)襯為封閉結(jié)構(gòu)，空間狹窄，無法采用常規(guī)澆搗方法，因此需使用自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆搗[1,2]。

聯(lián)絡(luò)通道是隧道施工過程中的最后一道工序，技術(shù)施工難度大，尤其在軟土地層中，聯(lián)絡(luò)通道的施工存在著坍塌的危險(xiǎn)。目前較多重大工程均采用冰凍法對(duì)土體進(jìn)行加固處理，即采取特定工藝人為對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的土體實(shí)施冰凍，在凍土中挖掘聯(lián)絡(luò)通道，并澆筑混凝土結(jié)構(gòu)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，再撤除冷凍設(shè)施，最終完成聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)的施工。由于處在凍土包圍的環(huán)境中，澆筑入模的自密實(shí)混凝土一直處于負(fù)溫的條件下，水化程度和水化速度都會(huì)逐漸降低，甚至?xí)Ｖ够虮黄茐腫2,3]。因此，在滿足工作性的前提下還須考慮自密實(shí)混凝土的抗凍措施[2,3]。

2 自密實(shí)混凝土的特性

自密實(shí)混凝土[4-6]（Self-Compacting Concrete，簡稱SCC）是指拌合物具有很高的流動(dòng)性并且在澆筑過程中不離析、不泌水，能在不經(jīng)振搗(或略經(jīng)振搗)的情況下，借重力自行填充模板各個(gè)角落的高填充性混凝土。

自密實(shí)混凝土與普通混凝土最大的區(qū)別在于，它的勻質(zhì)性、填密性完全靠在自身的重量作用下，能夠自流平填密。其主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有很高的施工性能，坍落度260mm以上、擴(kuò)展度600mm以上，無離析、泌水現(xiàn)象，不經(jīng)振搗也能密實(shí)成型，可用于難以澆筑甚至無法澆筑的部位，避免了因振搗不足而造成的空洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量缺陷

（2）免振搗，可節(jié)約大量勞動(dòng)力、縮短施工工期，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

（3）可以消除因振搗而帶來的噪音，這在提倡環(huán)保、保證居民生活質(zhì)量的今天，自密實(shí)混凝土具有很大的吸引力。

（4）具有較高的抗裂能力和耐久性。

（5）硬化后體積穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生收縮裂縫，盡量避免內(nèi)部缺陷。

據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：配制自密實(shí)混凝土的技術(shù)關(guān)鍵是解決新拌混凝土的高流動(dòng)性與高抗離析性的平衡與制約，并要確保在混凝土澆筑入模前始終保持這種適宜的平衡與制約，然后在澆筑入模后新拌混凝土中砂漿要迅速聚沉凝結(jié)，才能確保預(yù)拌自密實(shí)混凝土的工作質(zhì)量。對(duì)于自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性與高抗離析性的平衡與制約這對(duì)矛盾可以用圖1表示。

圖1 流動(dòng)性與粘聚性的關(guān)系

由圖1可見新拌混凝土具有良好填充性的區(qū)間是在高流動(dòng)性與高抗離析性平衡點(diǎn)附近的A區(qū)和B區(qū)。

3 自密實(shí)混凝土在隧道聯(lián)絡(luò)通道中的應(yīng)用實(shí)例

由上海隧道工程股份有限公司混凝土分公司所開發(fā)生產(chǎn)的預(yù)拌自密實(shí)混凝土解決了高流動(dòng)性與高抗離析性平衡與制約的問題，具有較好的流動(dòng)性和自密實(shí)性，并獲得測(cè)試儀和外加劑的實(shí)用新型專利，是上海各類隧道的聯(lián)絡(luò)通道頂板無縫連接施工的有效工具。迄今已成功應(yīng)用于上海地區(qū)多個(gè)軟土隧道的聯(lián)絡(luò)通道工程：如長江隧道、大連路隧道聯(lián)絡(luò)通道、翔殷路隧道等。通過多個(gè)工程實(shí)例，SCC的實(shí)際應(yīng)用趨于熟練，在業(yè)內(nèi)享有一定聲譽(yù)。

3.1 大連路越江隧道

大連路越江隧道是上海市重點(diǎn)工程，其聯(lián)絡(luò)通道均位于黃浦江底下。位于浦西岸邊的為連接通道一、浦東岸邊的為連接通道二。兩通道相距約400m。連接通道與東、西線隧道接近正交連接，斷面為圓拱形，凈高2.70m、凈寬1.50m、凈截面積3.92m2，結(jié)構(gòu)為單層鋼筋混凝土，厚度為500mm。在連接通道與隧道連接處襯砌較厚，呈喇叭口狀（見圖2）。

圖2 聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)圖

聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法施工，即：在隧道內(nèi)用水平孔凍結(jié)加固地層，使連接通道外圍土體凍結(jié)，形成強(qiáng)度高、封閉性好的凍土帷幕，然后采用類似礦山法進(jìn)行連接通道的開挖構(gòu)筑施工。通道開挖過程中受力體系重新分布，由于凍土的蠕變性很好，暴露時(shí)間越長，凍土變形越大，快速施工是凍土安全的保證，雖然開挖掘進(jìn)已采用短段短砌技術(shù)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，并且及時(shí)對(duì)暴露的凍土墻進(jìn)行保溫，但通過減少施工工序，亦可大大減少凍土暴露的時(shí)間。由于聯(lián)絡(luò)通道拱頂部分內(nèi)襯為現(xiàn)澆混凝土封閉結(jié)構(gòu)，在高度僅50cm的狹窄空間內(nèi)，無法采用常規(guī)混凝土澆搗方法。基于上述施工特點(diǎn)，經(jīng)過項(xiàng)經(jīng)部技術(shù)部門的討論與比較，采用強(qiáng)度等級(jí)為C30P8的預(yù)拌自密實(shí)混凝土施工，即可較好的解決施工矛盾。施工時(shí)將拱頂與側(cè)墻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一次澆搗，取消拱頂和側(cè)墻間結(jié)構(gòu)的施工縫，減少結(jié)構(gòu)的滲漏水途徑，預(yù)拌自密實(shí)混凝土較普通混凝土有易于澆注施工、良好的流動(dòng)性、和易性和自密實(shí)特點(diǎn)，因此結(jié)構(gòu)有較好的防水效果。

該工程現(xiàn)場(chǎng)施工效果良好，減少分次施工工序，簡化了施工工藝流程，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力、振搗機(jī)具和能耗，拱頂及側(cè)墻混凝土內(nèi)實(shí)外光，墻面無裂縫。28d混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到43.9MPa，達(dá)到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30的146.3%，抗?jié)B達(dá)到P8要求。

根據(jù)大連路隧道聯(lián)絡(luò)通道施工實(shí)際情況，我們認(rèn)為預(yù)拌自密實(shí)混凝土性能良好，能完全實(shí)現(xiàn)自流平，混凝土膠結(jié)性能良好，骨料分布均勻，抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B性能良好。

3.2 翔殷路越江隧道工程

翔殷路越江隧道是上海市重點(diǎn)工程，其聯(lián)絡(luò)通道均位于黃浦江底下。位于浦西岸邊的為連接通道一、浦東岸邊的為連接通道二。連接通道與東、西線隧道接近正交連接，斷面為圓拱形，結(jié)構(gòu)為單層鋼筋混凝土。在連接通道與隧道連接處襯砌較厚，呈喇叭口狀。聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法施工，由于聯(lián)絡(luò)通道拱頂部分內(nèi)襯為現(xiàn)澆混凝土封閉結(jié)構(gòu)，在高度僅50cm的狹窄空間內(nèi)，無法采用常規(guī)混凝土澆搗方法?；谏鲜鍪┕ぬ攸c(diǎn)，經(jīng)過項(xiàng)經(jīng)部技術(shù)部門的討論與比較，采用標(biāo)號(hào)為C40P10的預(yù)拌自密實(shí)混凝土施工，即可較好的解決施工矛盾。施工時(shí)將拱頂與側(cè)墻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一次澆搗，取消拱頂和側(cè)墻間結(jié)構(gòu)的施工縫，減少結(jié)構(gòu)的滲漏水途徑，預(yù)拌自密實(shí)混凝土較普通混凝土有易于澆筑施工，良好的流動(dòng)性、和易性和自密實(shí)特點(diǎn)，因此結(jié)構(gòu)有較好的防水效果（見圖3）。

圖3 聯(lián)絡(luò)通道澆搗橫斷面圖

該工程現(xiàn)場(chǎng)施工效果良好，減少分次施工工序，簡化了施工工藝流程，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力、振搗機(jī)具和能耗，拱頂及側(cè)墻混凝土內(nèi)實(shí)外光，墻面無裂縫。28d混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到48.4MPa，達(dá)到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度C40的121%，抗?jié)B達(dá)到P10要求。

3.3 上海長江隧道工程

上海長江隧道工程屬于超大直徑盾構(gòu)法隧道，采用兩臺(tái)15.430m泥水加氣壓平衡盾構(gòu)推進(jìn)施工[7]。隧道長約8.9km （其中江中段7.5km），在東線隧道和西線隧道之間每隔830m左右設(shè)置1條連接通道，全線共設(shè)置8條連接通道。連接通道由與隧道鋼管片相連的喇叭口和水平通道構(gòu)成（見圖4）。連接通道結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)內(nèi)徑2.74 m，外徑3.34m，通道段鋼筋混凝土支護(hù)厚度300mm，采用抗?jié)B等級(jí)P10C40混凝土；喇叭口段內(nèi)徑2.74m，外徑3.94m，鋼筋混凝土支護(hù)厚度600mm，采用抗?jié)B等級(jí)S10C40混凝土。連接通道工程采用水平凍結(jié)法加固地層，礦山暗挖法施工。

圖4 連接通道結(jié)構(gòu)示意圖

聯(lián)絡(luò)通道的頂板與土體緊密接觸，澆筑混凝土部位為封閉結(jié)構(gòu)，空間狹小，混凝土施工時(shí)無法振搗，因此需使用自密實(shí)混凝土。此外，由于整個(gè)隧道尺寸的超長、超大和位置的超深，因此冰凍法施工中，冷凍機(jī)的溫度特別低。據(jù)測(cè)，木磚內(nèi)凍土帷幕的平均溫度為-13℃。且由于工期要求，60d內(nèi)混凝土在負(fù)溫狀況下強(qiáng)度需達(dá)到C40的要求。針對(duì)工程實(shí)際要求，本公司在普通自密實(shí)的基礎(chǔ)上，采取混凝土自身防凍和添加防凍劑結(jié)合的方法增強(qiáng)混凝土的抗凍性，據(jù)此研制出防凍自密實(shí)混凝土。從工程應(yīng)用情況來看，此混凝土不僅流動(dòng)性好、滿足施工要求，而且能在低溫下不受凍害，在工程規(guī)定齡期內(nèi)達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)定值，并通過采用合理的工藝措施，最終保證了聯(lián)絡(luò)通道混凝土順利澆搗，耐久性達(dá)到100年的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

通過各類工程施工，自密實(shí)混凝土的實(shí)際應(yīng)用基本已趨于熟練。根據(jù)多個(gè)工程實(shí)踐的成功實(shí)例，我們認(rèn)為自密實(shí)混凝土在隧道聯(lián)絡(luò)通道工程中推廣應(yīng)用的前景非常好，將為我國的建設(shè)做出巨大的貢獻(xiàn)。

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[4]林政，林鶯等.預(yù)拌自密實(shí)混凝土工作質(zhì)量控制技術(shù)研究[A].“高強(qiáng)與高性能混凝土及其應(yīng)用”專題研討會(huì)論文集[C].2002：154-160.

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[6]李歡歡，徐海濤，何冬明等.上注式預(yù)拌自密實(shí)混凝土在外環(huán)線沉管隧道接頭中的研究與應(yīng)用[A].第五屆高強(qiáng)與高性能混凝土及其應(yīng)用學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C]，2004,4:260-265.

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