摘"要：在寒帶隧道工程中施工面臨著惡劣天氣的挑戰(zhàn)，材料特性會在寒冷條件下轉(zhuǎn)變，凍土施工尤為棘手，同時設備的使用也受到嚴寒環(huán)境的嚴重影響。針對低溫地帶隧道施工，本文著力探索核心技術的突破，以提升冬季作業(yè)效率。通過增強材料抗寒性、采用保暖混凝土技術、優(yōu)化混凝土配比，可有效解決施工難題，這些科研成果已在實踐中展現(xiàn)出顯著的實用性和高效性。

關鍵詞：寒冷地區(qū)；隧道冬期施工；技術研究文章編號：2095-4085（2024）07-0028-03

0"引言

寒冷地區(qū)開挖隧道，特別是冬季工程作業(yè)，因遭遇特有的氣象難題和環(huán)境考驗而備受關注。本文在深入剖析寒區(qū)隧道工程冬季施工難題的基礎上，整合了多種技術關鍵點的全方位施工計劃，目的是提高建材的適用性、提升混凝土的防寒抗凍性能，從而提高施工的效率，并保證寒冷地區(qū)隧道冬期施工品質(zhì)達標，進而為后期的冬期隧道施工提供更多幫助與參考。

1"寒冷地區(qū)隧道冬期施工的挑戰(zhàn)

1.1"低溫環(huán)境對施工材料的影響

在寒冷地區(qū)進行隧道的冬季施工時會遭遇寒冷天氣的限制，尤其是對混凝土建筑材料的影響。在特定的條件下水泥混凝土的硬化速度放緩，混凝土強度提升。水泥與水反應是決定混凝土硬化的速度和強度的大小，反應速率主要受水泥內(nèi)部溫度波動的制約。根據(jù)化學動力學該類反應速率可以通過Arrhenius方程進行量化描述，該方程表達了反應速率與溫度之間的關系。Arrhenius方程表示：

K=A exp-EaRT

其中：K表示反應速率；A是頻率因子，表示在無能量障礙情況下反應的最大速率；Ea是活化能，即啟動反應所需要的能量；R是氣體常數(shù)；T是絕對溫度。在低溫條件下絕對溫度T的降低導致指數(shù)項中的-Ea/RT增加，從而使得反應K顯著減小。該情況表明混凝土凝固速度放慢，從而對其初始強度增長產(chǎn)生影響，拖延了建設進度，提高了建造成本，并極有可能對工程品質(zhì)帶來不利后果。因此，在嚴寒地帶進行隧道冬季施工時，需通過優(yōu)化施工方法與調(diào)整原料配比，來克服低溫對混凝土水化反應速度的減緩問題，讓混凝土在寒冷環(huán)境中也能正常凝固，達到設計規(guī)定的強度與耐久性需求，這是保證工程按期完工和品質(zhì)合格的難點所在［1］。

1.2"凍土、多年凍土的施工難點

寒冷地區(qū)隧道冬季施工時，凍土和長期凍土障礙，給施工帶來了較多考驗。鉆探爆破凍土層的難題增大，并且對設備的磨損也遠大于在非凍土條件下的作業(yè)。在凍土層的施工中，其多變性和堅硬的凍結(jié)層厚度常常帶來諸多挑戰(zhàn)。永凍土地質(zhì)因其長期處于凍結(jié)狀態(tài)而具備出色的堅固性和承重能力，但一旦被摧毀，修復和恢復將會變得十分困難［2］。

2"寒冷地區(qū)隧道冬期施工關鍵技術

2.1"施工材料的冷區(qū)適應性優(yōu)化

2.1.1"高水化熱水泥的應用

寒冷地區(qū)的隧道冬季作業(yè)，混凝土硬化受寒冷氣候影響凝固速度減慢，延長了混凝土強度的增長周期，進而阻礙了工程進度，并會導致后續(xù)工作受阻。針對該類挑戰(zhàn)，在施工過程中可以應用快速硬化的水泥，以此提高混凝土硬化的速度。發(fā)熱量大的水泥能夠通過加速熱量散失來升溫混凝土內(nèi)部，從而加強水泥的水化反應，促進混凝土凝固速度［3］。水泥水化反應的熱量釋放可以通過以下公式表示：

Q＝W·C·（ΔT）

其中：Q是釋放的熱量（J）；W是水泥的重量（kg）；C是水泥水化反應的熱容（J/kg·K）；而ΔT是因水化反應造成的溫度變化（K）。高水化熱水泥具有更高的C值，意味著在相同條件下，使用高水化熱水泥的混凝土可以釋放更多的熱量，從而在低溫環(huán)境下實現(xiàn)更快的硬化速度和強度發(fā)展。普通硅酸鹽水泥在剛開始凝結(jié)的時候吸熱約為260 J/kg·K，而某些特殊類型水泥的比熱容甚至可達350 J/kg·K或更高。該情況表明當?shù)戎亓康乃嘣馐芡鹊臏囟壬仙龝r，高水化熱水泥可以比普通水泥釋放出更多的熱量。在實際施工環(huán)境中，如一個摻有400kg水泥的混凝土構(gòu)件，24h內(nèi)可能會經(jīng)歷10℃的溫度上升。當使用水化反應強烈的水泥時，使用高水化熱水泥可以額外釋放400×（350-260）×10＝360，000J的熱量，額外的熱量能夠提升水泥內(nèi)部的溫度，加速水泥的水化反應，解決在低溫時混凝土凝固延緩的問題［4］。

2.1.2"骨料預熱技術

冬季隧道施工時，骨料預熱技術手段至關重要。該技術是通過對骨料加熱來提升混凝土的初溫，從而加快水化反應的速度，縮短水泥達到預設強度所需的周期。尤其在低溫環(huán)境下更能顯示出其重要性，在寒冷條件下混凝土的水化反應速度會大大減慢，導致混凝土硬化和強度增長的速度變慢，從而影響到整個工程的進度和質(zhì)量。實施骨料預熱技術時，通過對建材原料進行升溫至規(guī)定溫度并融合多元因素，可顯著提升混凝土的初始溫度，增強其耐寒性能，并加速水泥硬化，從而促進初期強度的提升［5］。

2.1.3"外加劑的策略性使用

在寒冷地區(qū)隧道的冬期施工中，冬季施工階段外加劑的做法，已經(jīng)被實踐證明為有效的技術方法。通過混入防凍劑使得混凝土的凝固點降至-5℃甚至更低溫，對于確?；炷猎谌艊篮鞖庀抡ＤY(jié)硬化具有決定性因素。在施工階段為了保證混凝土的長期性能不受影響，防凍液的比例通常不超過混凝土配比中2%以下。加入促硬成分可以明顯增強混凝土的初步強度，在施工后24h內(nèi)其承受力能增加20%～30%，可增強混凝土早期荷載適應性，從而加快施工速度。早強劑的適宜摻量通常為水泥重量的1%～3%。

2.2"混凝土抗凍保溫施工策略

2.2.1"洞內(nèi)保溫技術研究

在隧道施工的場地保持合適的溫度至關重要。合適的溫度影響著混凝土的常規(guī)硬化情況，并且還直接影響到施工隊伍的作業(yè)條件和整個工程的安全保障。在隧道內(nèi)部進行混凝土鋪設時，為確?；炷猎谶m宜溫度下硬化且避免低溫干擾，建筑隊一般會采取燒煤取暖的方式，并部署兩個高效取暖裝置。該方案可保證洞內(nèi)的氣候穩(wěn)定適宜，并通過控制暖風爐火力的輸出，嚴格控制地下溫度在最低溫度限制內(nèi)，一般需確保溫度不低于5℃。該溫度閾值是基于對混凝土硬化過程中理想溫度條件的科學分析和實踐經(jīng)驗中得出，其足以保證混凝土硬化期間溫度適宜、化學反應順暢進行，從而防止低溫造成的性能衰減和質(zhì)量故障。為保持洞內(nèi)溫度恒定，隧道洞口處要裝置防寒保溫門簾，并采用直徑48mm的鋼管腳手架進行加固，以此構(gòu)建一個密不透風的工作環(huán)境。防寒保溫門簾可有效隔絕外界冷空氣的侵入，減少熱量的流失，并能進一步增強洞內(nèi)保溫的效果［6］。

2.2.2"洞外保溫技術研究

在冬季嚴寒地區(qū)的隧道施工項目中，為應對嚴寒對工程進度和建筑材料穩(wěn)定性帶來的挑戰(zhàn)，采取有效保暖措施已成為保障工程質(zhì)量、提升施工效率的有效手段。確保拌合站生產(chǎn)免受外界環(huán)境影響的關鍵在于全面保溫處理，構(gòu)建完備的保溫結(jié)構(gòu)，并選用優(yōu)質(zhì)保溫材料，可有效降低冬季低溫對拌合站運行的干擾。保暖措施一般是利用堅固的鐵管作為框架，并在頂部和四周加裝隔寒層，外面再貼上特制的遮蓋材料，可確保棚內(nèi)不受外界冷風侵襲，從而營造出一個舒適穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境。然后以現(xiàn)有被動保溫系統(tǒng)為基礎，整合地熱資源循環(huán)利用，再通過主動調(diào)節(jié)手段，以保障攪拌站溫度恒定。具體措施是在倉庫底部澆筑一層15cm厚的混凝土基礎，并安裝一個20cm×20cm的鐵絲網(wǎng)用以加固管道，要保證管道之間的距離在1～2m之間，并且管道的直徑是20mm。用管道傳送熱水不僅可提高料倉內(nèi)部的溫度，還能確保儲存的砂石料溫度維持在10℃以上，從而保障混凝土的生產(chǎn)和品質(zhì)（見圖1）。

2.2.3"料倉加熱保溫

料倉內(nèi)物料保暖技術中，地面采暖水循環(huán)系統(tǒng)表現(xiàn)出色，通過底部加熱管道及熱水循環(huán)方式，可穩(wěn)定提升內(nèi)部溫度，確保冬季低溫下混凝土原料（如砂、石）維持適宜溫度狀態(tài)。為了確保熱處理設備的穩(wěn)定運行和溫度均衡散布，機械設備在倉儲原料的根基層面鋪設了一層固態(tài)材料作為基礎?；炷聊坛尚秃?，緊跟著進行精密鋼筋網(wǎng)格組裝，構(gòu)建加固熱管架構(gòu)的基礎結(jié)構(gòu)，以確保熱能全面均衡分布。料倉空間容量影響升溫效率時，可調(diào)節(jié)管道內(nèi)水流，利用預熱水進行熱交換，從而有效傳遞熱量至料倉內(nèi)部，實現(xiàn)材料預熱目標［7］。

2.3"冬期施工混凝土配合比優(yōu)化

在寒冷地區(qū)隧道施工中，確保工程質(zhì)量與維護工程標準相輔相成，同時也是提升建設效率的關鍵。經(jīng)過深入研究和反復實踐，專家們基于溫度波動，創(chuàng)新研發(fā)出耐低溫的混凝土配比。這種配比不僅能確?；炷猎?20～-30℃的嚴寒條件下順利硬化，而且品質(zhì)經(jīng)久不衰，同時也兼顧了成本效益。針對極端低溫環(huán)境，對混凝土的配方進行了專項優(yōu)化，水、砂、碎石和外加劑的比例得到了精心調(diào)整，旨在保障施工質(zhì)量與耐寒性，以確保隧道建設在惡劣氣候下依然順利進行。

優(yōu)化后的配比不僅是基于理論計算，更是根據(jù)大量實驗和現(xiàn)場應用的經(jīng)驗總結(jié)得出。選擇42.5R級硅酸鹽水泥進行混凝土配制，以優(yōu)化其初期強度增長、水化反應的熱效應和耐寒能力。優(yōu)化水泥與水的配比，精選砂石配比，并添加JZ-1型加強型防水減水劑或快速凝固劑等，旨在顯著提升水泥的耐低溫性能，確保施工過程中的穩(wěn)定性，以及混凝土后期強度的持久性［8］。

2.4"溫度控制與澆筑操作

在低溫地區(qū)開展隧道工程，施工隊伍應隨氣候變化而靈活變動混凝土配比，并采取必要的升溫保溫措施，以保證混凝土在嚴寒環(huán)境中仍能達到既定的強度與耐久性標準。當天氣變冷到-5℃時，為了加強混凝土的初期硬度，需要提高水泥的用量，并采取加熱和保溫措施。如使用保暖工具對混凝土施工區(qū)域進行升溫處理，需保持混凝土溫度在5℃以上，從而保證水分子的活動能正常進行。為確保溫度管理的有效性，必須實時監(jiān)控氣溫的波動和混凝土溫度變化。通過在關鍵節(jié)點部署溫度監(jiān)測設備，以獲取數(shù)據(jù)支持，并據(jù)此優(yōu)化施工技術。溫度迅猛下降至-10℃以下時，需要增添取暖設備或提高供暖功率，以維護混凝土不因外界溫度猛烈降低而遭受不利影響。采用靈活的溫度調(diào)節(jié)和變化多樣的施工技巧，可保障混凝土建設品質(zhì)，在極端天氣下避免天氣影響導致工期延誤，以保證項目按期進行。

3"結(jié)語

解決寒冷地區(qū)隧道在冬季施工所遭遇的諸多挑戰(zhàn)，研發(fā)新的技術手段并付諸實踐，可有力保障工程質(zhì)量和工地安全。針對寒冷地區(qū)的氣候特點，精心選取匹配的建筑材料，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)分析優(yōu)化混凝土配比。同時，采用高效的保溫措施，結(jié)合先進的施工與維護技術，形成綜合策略，可有效應對低溫挑戰(zhàn)，從而顯著提升隧道冬期施工能力。

參考文獻：

［1］劉賡.嚴寒地區(qū)隧道防水保溫層施工應用研究［J］.工程建設與設計，2023（23）：201-203.

［2］陳建勛，趙鵬宇，羅彥斌，等.寒冷地區(qū)隧道傳熱特征及溫度場演化規(guī)律現(xiàn)場試驗［J］.中國公路學報，2023，36（8）：190-203.

［3］趙鵬宇，黃解放，陳建勛，等.寒冷地區(qū)隧道防凍保溫層等效厚度計算方法誤差分析［J］.建筑科學與工程學報，2023，40（4）：135-143.

［4］劉冠.寒冷地區(qū)鐵路隧道冬季施工保溫輔助技術［J］.工程機械與維修，2023（3）：246-248.

［5］秦明成.寒冷地區(qū)高鐵隧道冬期襯砌施工智能臺車技術［J］.國防交通工程與技術，2019，17（1）：78-80，73.

［6］孫國鵬，王彪，肖澤天.寒冷地區(qū)隧道冬期施工技術［J］.施工技術，2016，45（24）：97-100.

［7］陳智坤.隧道混凝土冬期施工技術［J］.西部探礦工程，2005（11）：143-144.

［8］楊宏華.高寒地區(qū)隧道冬期施工防寒保溫技術措施［J］.山西建筑，2002（5）：59-61.