太湖隧道混凝土收縮裂縫控制技術(shù)

太湖隧道是蘇錫常南部高速公路項(xiàng)目的重要節(jié)點(diǎn)工程，是江蘇省高速公路、跨江大橋建設(shè)史上一次性單體投資最大的項(xiàng)目。太湖隧道全長10.79 km(其中暗埋段長10 km)，橫斷面總寬43.6 m，是目前國內(nèi)最長的水下隧道，在太湖梅梁湖水域“一隧穿湖”，串聯(lián)蘇、錫、常三地。隧道主體結(jié)構(gòu)混凝土底板、側(cè)墻和頂板厚1.2～1.5 m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C40，采用堰筑法工藝，豎向分步澆筑，澆筑間隔齡期通常超過15 d。受超長、超寬、大體積、分步澆筑等因素影響，隧道主體結(jié)構(gòu)混凝土溫升高，溫降收縮和自收縮大，所受內(nèi)外約束強(qiáng)，開裂風(fēng)險(xiǎn)突出。既有工程實(shí)踐表明，現(xiàn)澆超長、大體積混凝土結(jié)構(gòu)極易在施工期就產(chǎn)生貫穿性收縮裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的滲漏問題，影響構(gòu)筑物使用功能和服役壽命。

圖1 建設(shè)中和建成后的太湖隧道

圖2 隧道主體結(jié)構(gòu)混凝土分步澆筑示意圖

針對(duì)堰筑法超長超寬隧道混凝土開裂滲漏突出問題，高性能土木工程材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與江蘇省交通工程建設(shè)局、東南大學(xué)等協(xié)同攻關(guān)，創(chuàng)新了混凝土抗裂性評(píng)估與設(shè)計(jì)方法，開發(fā)了抗裂性提升功能材料，攻克了關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，形成了隧道現(xiàn)澆混凝土收縮裂縫控制成套關(guān)鍵技術(shù)。取得了以下創(chuàng)新成果：

1)建立了考慮混凝土材料、環(huán)境溫濕度、分步澆筑約束耦合作用的混凝土抗裂性量化評(píng)估模型，開發(fā)了超長結(jié)構(gòu)抗裂性評(píng)估與設(shè)計(jì)軟件，提出了基于可靠度的超長超寬隧道現(xiàn)澆混凝土抗裂性設(shè)計(jì)方法，突破了單一溫控設(shè)計(jì)的局限。

2)發(fā)明了高溫型水化溫升抑制材料和多元復(fù)合膨脹材料，可定向、高效降低隧道混凝土不同階段的多種收縮，降低水化放熱速率50%以上、混凝土收縮30%以上，為隧道混凝土收縮裂縫控制提供了關(guān)鍵材料。

3)提出了超長超寬隧道現(xiàn)澆混凝土全過程精準(zhǔn)調(diào)控收縮應(yīng)力的新方法，可制備低收縮、高抗裂隧道混凝土，動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝參數(shù)，靶向控制混凝土收縮應(yīng)力低于開裂閾值，不開裂保證率達(dá)到95%以上。

圖3 隧道混凝土抗裂性調(diào)控示意圖

此研究成果應(yīng)用于太湖隧道主體結(jié)構(gòu)140余萬立方米混凝土，并推廣應(yīng)用于10余項(xiàng)現(xiàn)澆隧道工程。工程檢測(cè)結(jié)果表明，采用此研究成果的超長超寬隧道主體結(jié)構(gòu)混凝土不開裂、無滲漏。在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)編制了江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《明挖現(xiàn)澆隧道混凝土收縮裂縫控制技術(shù)規(guī)程》及抗裂材料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土水化溫升抑制劑》，引領(lǐng)隧道混凝土收縮裂縫向量化計(jì)算、精準(zhǔn)控制方向發(fā)展，為促進(jìn)隧道工程建設(shè)向綠色低碳、長壽命方向發(fā)展提供了有力保障。