CN117107721A - 泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法及系统，考虑混凝土坍落度和聚氨酯泡沫层喷涂厚度等因素对表面裂缝的影响，以利于更优化、经济合理、有效地控制衬砌结构混凝土早期表面温度裂缝。泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法包括：步骤1，收集泄洪洞相关资料；步骤2，拟定泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施的基本方案；步骤3，根据步骤2中拟定的基本方案及步骤1收集的资料确定各参数，并代入下列公式1中计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F；步骤4，根据控制值F优化与确定泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案。

Description

泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法及系统

技术领域

本发明属于衬砌结构混凝土温度裂缝控制技术领域，具体涉及泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法及系统。

背景技术

硅粉混凝土衬砌结构(图1)，一般只会在水利水电工程泄洪洞高流速区的龙落尾段采用，增加混凝土抗冲耐磨能力和使用寿命。泄洪洞高流速区龙落尾段硅粉衬砌，结构厚度远小于平面尺寸(长度、宽度)，属于极强约束区混凝土，在温差作用下容易产生温度裂缝。特别是混凝土强度高(一般在C50以上)，表面散热快，温升温降迅速，在较短时间内即经历水化热温升、温降，进入随环境气温周期变化，只要不采取有效措施，容易产生温度裂缝特别是早期表面裂缝，而且大多是施工期由表面裂缝发展成为贯穿性的温度裂缝(参见图2)。如三峡永久船闸地下输水洞实测成果，NY9结构段1d的升温幅度达到总温升值的7 3.00％～77.51％；2.4d内达到最高温度52.15℃，最大温升28.40℃；3d拆模，至7d龄期温降达到7.90℃～17.35℃。早期表面几何、时间温度梯度都很大。受到内部约束的表面混凝土早期会产生较大的拉应力，混凝土在5d左右龄期早期即产生表面温度裂缝，7d龄期贯穿。贯穿性危害裂缝的存在严重影响着工程结构的安全性、施工进度工期、导致渗漏甚至渗透破坏、耐久性和寿命、工程造价和美观，还可能诱发其它病害的发生和发展。

泄洪洞高流速区的龙落尾段衬砌结构的厚度小，温升温降快，且衬砌结构为高强度硅粉衬砌，水化热温升更大，温差更大，更容易产生早期表面温度裂缝。

圆弧曲线和平直及其组合的不同结构形式的约束条件显著差异、掺不同外加料(如硅粉)混凝土其性能明显差异。另外一个重要影响因素是混凝土坍落度，对温度裂缝特别是早期表面温度裂缝控制的影响非常大，但在至今的温度裂缝控制设计中没有考虑。

对于高流速泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌，由于裂缝的危害极大，早期表面温度裂缝的控制更是非常重要，但控制难度更大。如冬季浇筑混凝土，由于龙落尾在隧洞出口，难以严密封闭洞口保温(一般只能在洞内安装保温结构，图3，保温结构至洞口仍然不能保温)，冬季环境气温低，年气温变化大；边墙直立和洞顶不能采取土工布等覆盖保温；因此，需要根据混凝土早期表面裂缝控制要求，在混凝土表面喷涂聚氨酯泡沫层保温(图4)，但在至今的温度裂缝控制设计中缺乏对聚氨酯泡沫层影响的考虑。

发明内容

本发明目的在于提供泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法及系统，考虑混凝土坍落度和聚氨酯泡沫层喷涂厚度等因素对表面裂缝的影响，以利于更优化、经济合理、有效地控制高流速泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

<方法>

如图5所示，本发明提供泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，包括以下步骤：

步骤1，收集泄洪洞相关资料；

步骤2，拟定泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施的基本方案；

步骤3，根据步骤2中拟定的基本方案及步骤1收集的资料确定各参数，并代入下列公式1中计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F：

F＝16.84H-369.14H/L-0.1C×D+0.05E-0.06T_a+0.21T₀+1.09t_m-14.36β-0.64H×C×D-0.40×

H×T₀+0.05C×H×T₀×D+0.42(公式1)

式中：D为混凝土坍落度(m)；H为衬砌结构混凝土厚度(m)；L为衬砌结构长边长度(m)；C为衬砌结构混凝土90d设计龄期强度等级，(MPa)，如C₉₀40，则C＝40；E为围岩变形模量(GPa)；T_a为衬砌结构混凝土浇筑期环境气温值(℃)；T₀为衬砌混凝土浇筑温度；β为硅粉掺量，如7％，则β＝0.07；t_m为硅粉衬砌混凝土拆模时间(d)；其中，长边长度L，对于平板结构，取宽度、长度二者的大值，如图6城门洞型断面底板，宽度16m，分缝长度9m，则L＝16m；边顶拱分开浇筑，边墙高度14.87m，分缝长度9m，则L＝14.87m；对于城门洞型断面结构(图1)，边顶拱整体浇筑的情况，由于对称，边顶拱高度取1/2边顶拱计算，即直立边墙14.87m+1/2顶拱弧线长度9.57m＝24.44m，大于分缝长度，则L＝24.44m；

步骤4，根据控制值F和与聚氨酯泡沫层厚度有关的表面保温系数α优化与确定泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案。

优选地，本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，在步骤4中具体分为以下情况进行早期表面温度裂缝实时优化控制：

(1)F≤0.1℃，则步骤2拟定的基本方案是合适的，可供施工采用；

(2)F＞0.1℃，应分为冬季浇筑(12月至第2年3月)、其余季节浇筑两种情况，分别加强施工温控措施，优化后供施工采用。分别加强施工温控措施，优化后供施工采用。

优选地，本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，在步骤4中，对于冬季浇筑情况，应在步骤2拟定的基本方案的基础上，增加一定厚度h的喷涂聚氨酯泡沫层保温；先拟定不同厚度h代入公式2计算裂缝控制表面保温系数α，在满足公式3的条件下优化确定氨酯泡沫层厚度h；

α＝1.0+0.08h (公式2)

F-0.26(α-1)T_a≤0.1 (公式3)

对于其余季节浇筑情况，应采取通水冷却温控措施。

对于泄洪洞龙落尾段采用钢模台车浇筑情况，如果没有覆盖保温措施，h＝0，则α＝1.0。如果冬季浇筑泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土，由于龙落尾在隧洞出口，难以严密封闭洞口保温(一般只能在洞内安装保温结构，图3，保温结构至洞口仍然不能保温)，边墙直立和洞顶不能采取土工布等覆盖保温，需要根据在混凝土表面喷涂不同厚度聚氨酯泡沫层保温(图4)。聚氨酯泡沫层施工见图7，是开启聚氨酯喷涂机，通过喷枪将硬泡聚氨酯均匀喷涂于直立边墙、洞顶混凝土表面，形成聚氨酯泡沫保温层。保温层厚度，按保温设计要求在喷涂过程中控制。

优选地，本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，在步骤4中，对于其余季节浇筑情况，在步骤2拟定的基本方案的基础上增加通水冷却措施，并拟定不同的水温，选择满足公式4的水温进行通水冷却；

F+0.04T_g+0.014H×T_g-0.008T₀×T_g≤0.1 (公式4)

式中，T_g＝35℃-T_w，表示通水和不通水冷却情况的温度效应值(℃)，在没有通水冷却的情况下取T_w＝35℃，在通水冷却的情况下T_w为通水温度(℃)。

具体地，本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，在步骤1中，泄洪洞相关资料包括：泄洪洞工程概况、水文气象、龙落尾衬砌结构设计、硅粉衬砌混凝土及其温控设计技术要求、浇筑施工温控技术资料等。

此外，在步骤3和4中，当衬砌混凝土采用28天龄期设计的强度等级时，需要按照规范换算为90天龄期设计的强度等级；施工期如采用封闭洞口保温等措施，使得地下洞室空气温度提高，则T_a应该采用提高后的洞内空气温度。另外，衬砌混凝土的厚度一般较小，以上通水冷却水管都是单列布置。

<系统>

进一步，本发明还提供了泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，包括：

资料获取部，获取泄洪洞(特别是龙落尾段硅粉衬砌混凝土)相关资料信息；

拟定部，拟定泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施的基本方案；

控制值计算部，根据拟定部中拟定的基本方案及资料获取部收集的资料确定各参数，并代入下列公式1中计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F：

F＝16.84H-369.14H/L-0.1C×D+0.05E-0.06T_a+0.21T₀+1.09t_m-14.36β-0.64H×C×D-0.40×

H×T₀+0.05C×H×T₀×D+0.42(公式1)

式中：D为混凝土坍落度；H为衬砌结构混凝土厚度；L为衬砌结构长边长度；C为衬砌结构混凝土90d设计龄期强度等级；E为围岩变形模量；T_a为衬砌结构混凝土浇筑期环境气温值；T₀为衬砌混凝土浇筑温度；β为硅粉掺量；t_m为硅粉衬砌混凝土拆模时间；

优化确定部，根据控制值F和与聚氨酯泡沫层厚度有关的表面保温系数α优化与确定泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案；

控制部，与资料获取部、拟定部、控制值计算部、优化确定部均通信相连，控制它们的运行。

优选地，本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，在优化确定部中具体分为以下情况进行早期表面温度裂缝实时优化控制：

(1)F≤0.1℃，则拟定部拟定的基本方案是合适的，可供施工采用；

(2)F＞0.1℃，应分为冬季浇筑(12月至第2年3月)、其余季节浇筑两种情况，分别加强施工温控措施，优化后供施工采用。

优选地，本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，在优化确定部中，对于冬季浇筑情况，应在基本方案的基础上，增加一定厚度h的喷涂聚氨酯泡沫层保温；先拟定不同厚度h代入公式2计算裂缝控制表面保温系数α，在满足公式3的条件下优化确定氨酯泡沫层厚度h；

α＝1.0+0.08h (公式2)

F-0.26(α-1)T_a≤0.1 (公式3)

对于其余季节浇筑情况，应采取通水冷却温控措施。

优选地，本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，在优化确定部中，对于其余季节浇筑情况，在基本方案的基础上增加通水冷却措施，并拟定不同的水温，选择满足公式4的水温进行通水冷却；

F+0.04T_g+0.014H×T_g-0.008T₀×T_g≤0.1 (公式4)

式中，T_g＝35℃-T_w，表示通水和不通水冷却情况的温度效应值(℃)，在没有通水冷却的情况下取T_w＝35℃，在通水冷却的情况下T_w为通水温度(℃)。

优选地，本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，输入显示部，与控制部通信相连，用于让用户输入操作指令，并进行相应显示。

本发明提供的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法与系统，在上述步骤3中公式1和步骤4中公式4通水冷却效果，是通过如下方式证实其可靠性：以国内大型水工隧洞工程为例，基于高流速泄洪隧洞龙落尾硅粉混凝土衬砌结构(图1)在不同温控措施条件共111个方案，整理分析全过程衬砌混凝土温控防裂效果和参数列于表1，并且将其中抗裂安全系数K大于1.0共60个方案的参数列于表2，然后对这些数据进行统计分析，获得计算公式1和公式4，证实了计算结果与实测情况基本符合。

表1高强度硅粉衬砌混凝土111个温控措施方案

表2高强度硅粉衬砌混凝土60个温控措施方案(K>1.0)

发明的作用与效果

本发明涉及的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法及系统，首次提出了适用于龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F的高精度科学计算方法及公式，并首次提出应考虑混凝土坍落度和聚氨酯泡沫层喷涂厚度对表面裂缝的影响，基于此优化与确定泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案，从而有效控制高流速泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝。

进一步，本发明通过公式2根据控制值F判断确定基本方案是否合适，并在基本方案不合适的情形下(F＞0.1℃)，分为冬季浇筑、其余季节浇筑两种情况，采用不同的施工措施，对于冬季浇筑情况，在满足公式3的条件下优化确定氨酯泡沫层厚度h，对于其余季节在基本方案的基础上增加通水冷却措施，并拟定不同的水温，选择满足公式4的水温进行通水冷却。

综上，本发明实施过程简便、精度高、能够快速计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F，并基于公式2～4实时设计表面温度裂缝控制施工措施，有利于实时合理有效采取早期温度裂缝控制施工措施。

附图说明

图1为本发明背景技术涉及的0.8m厚度衬砌结构断面图(图中单位：m)(边顶拱整体浇筑，底板单独浇筑)；

图2为本发明背景技术涉及的三峡水利枢纽永久船闸地下输水洞衬砌混凝土裂缝情况图；

图3为本发明涉及的冬季简易封闭洞口保温和防止穿堂风的保温措施图；

图4为本发明涉及的龙落尾段直立边墙和洞顶喷涂聚氨酯泡沫层保温措施图；

图5为本发明涉及的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法的流程图；

图6为本发明涉及的硅粉衬砌1.0m厚度结构断面图(图中单位：m)(边顶拱分开浇筑，底板单独浇筑)；

图7为本发明涉及的泄洪洞硅粉衬砌混凝土聚氨酯泡沫保温层喷涂施工图。

具体实施方式

以下结合附图，以某水电站泄洪洞泄洪洞龙落尾城门洞型隧洞边墙(图1)衬砌硅粉混凝土为例，对本发明的具体实施方案进行详细地说明。

<水电站泄洪洞龙落尾城门洞型衬砌基本资料>

(1)概况

某水电站为大(一)型，泄洪洞为Ⅰ级建筑物。4条泄洪洞均采用有压接无压的方式，轴线采用空间曲线转弯加龙落尾的布置方式。分左、右岸布置，左岸为1#、2#泄洪洞，右岸为3#、4#泄洪洞。均采用有压接无压，中段设闸室，下段和出口分别采用龙落尾和挑坎方式设计。泄洪洞龙落尾段体型复杂，从上到下由上直坡段、奥奇曲线段、斜坡段、反弧段及下直坡段组成。龙落尾段为无压段，断面形式为圆拱直墙型(图1)，衬砌厚度(表3)相应为0.8m、1.0m、1.5m，衬砌后断面尺寸为14m×19m(宽×高)。底板及边墙为C₉₀60抗冲磨硅粉混凝土，顶拱及起拱点以下2m范围内为C₉₀25混凝土。结构混凝土按照“先边顶拱、后底板”的顺序分两次浇筑，标准段按9m分块。边顶拱采用钢模台车分开浇筑。其中0.8m厚度衬砌结构断面如图1所示(图中标注衬砌厚度，底板80cmm；边顶拱85cm是因为边顶拱先期喷射5cm厚度砂浆层，实际衬砌混凝土厚度也是80cm)，其余厚度衬砌后断面尺寸不变。混凝土均掺7％硅粉，48h龄期拆模。混凝土坍落度，底板为三级配常态混凝土，坍落度70mm；边墙为泵送二级配混凝土，坍落度145mm；顶拱为二级配泵送混凝土，坍落度170mm。

设计阶段，根据开挖初期洞内实测资料和设计院提供的资料，设计单位取洞内年平均气温为23.0℃，气温年变幅为±3.0℃。施工条件，招标文件可以提供出机口14℃制冷商品混凝土，实现浇筑温度18℃。

式中：T_a为洞内τ时刻的空气温度(℃)；τ为距1月1日的时间(天)；τ₀为洞内最高气温距1月1日的时间(天)，取τ₀＝210天。

表3无压段城门洞型隧洞衬砌和围岩分类

(2)温控防裂设计技术要求

设计院根据有关设计规范、混凝土配合比优化及其性能试验、有限元法计算成果，确定了泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土温控标准和浇筑温度列于表4。

表4无压段衬砌混凝土的温度控制标准

龙落尾段硅粉衬砌混凝土夏季施工时推荐以下温控措施方案：混凝土浇筑温度18℃，水管间距1.0m，水管长度100m，冷却水流量2.0m³/h，冷却水温14～20℃，混凝土浇筑时开始通水，通水冷却7天。冬季施工，在混凝土浇筑温度能够低于18℃的情况下，可以采用自然入仓的混凝土浇筑。

(3)衬砌混凝土温控施工方案

根据以上设计要求，施工方案规划整个泄洪洞基本按9m分仓浇筑，衬砌混凝土施工温控抗裂具体方案如下：

①采用预冷混凝土，出机口温度达到12℃～14℃。

②减少混凝土运输浇筑过程中温度回升。增加运输能力有效保证混凝土仓面浇筑坯及时覆盖；在混凝土运输汽车车厢顶部设可移动式帆布遮阳棚，在混凝土运输车辆箱体上安装发泡保温装置等。

③加强管理，加快施工速度。通过加强管理，减少等待卸车时间或者卸料入仓时间，避免多次转料入仓等，混凝土浇筑覆盖时间不宜超过1h。

④合理安排混凝土施工进度。混凝土浇筑时段尽量安排在低温季节、早晚温度较低时进行。白天高温时段做浇筑前准备，尽量安排在下午16时至次日上午10时左右进行浇筑。

⑤仓内空调。在钢模台车上配备空调，用于仓内夏季施工，以降低仓内浇筑环境温度，既有利于温控，又可起到防暑降温作用。

⑥表面养护。混凝土拆模后即开始流水养护，采用φ35mm塑料管，每隔20～30cm钻φ1mm左右的小孔，挂在模板上或外露钢筋头上，通水流量为15L/min左右。白天实行不间断流水养护，夜间(20∶00～6∶00)实行间断流水养护，即流水1h，保持湿润1h，当气温超过25℃时不间断养护，有压段边顶拱无压段养护时间不少于28d。

⑦通水冷却。冷却水流量35L/min，混凝土温度与水温之差不超过22℃。冷却水管采用PE管，平行于水流方向蛇形布置于每个浇筑块的中部，单根水管长度不大于100m，垂直间距为1.0m。右岸龙落尾在高温季节先通48小时制冷水(约14～20℃)，之后7天通常温水；低温季节通常温水。

⑧冬季混凝土特殊保温。隧洞洞口处可采用挂门帘方式，避免冷风倒灌入洞内，引起混凝土表面裂缝。对于挂门帘之洞口的洞口段，进入冬季可选择保温效果好的保温材料覆盖混凝土暴露面或者喷15mm厚度泡沫层，防止混凝土表面产生裂缝。

⑨缩短交接班时间。实行现场交接班制度，所以设备运行人员，必须在现场交接班，交接班时间不能超过30min；吃饭时不能停止浇筑，必须分批次错开吃饭，要保证仓内混凝土浇筑的连续性。

⑩加强混凝土温度测量。为了验证施工期混凝土温度是否满足温控要求，采用预埋设在混凝土中的电阻式温度计或热电偶测量混凝土温度，并对成果进行分析；在混凝土浇筑过程中，每4h测量一次混凝土的出机口温度、混凝土的浇筑温度、气温，并做好记录；温度量测过程中，发现超出温控标准的情况，及时报告。

<实施例一>左岸1#、2#龙落尾门洞形断面(图1)0.8m厚度边顶拱衬砌早期表面裂缝控制

Ⅱ类围岩区F1型0.8m厚度衬砌，是泄洪洞左岸1#、2#龙落尾段门洞形断面中温控防裂难度最大的结构段。左岸1#、2#泄洪洞龙落尾段门洞形断面衬砌分2期浇筑，最先浇筑边顶拱(整体浇筑)，然后浇筑底板。早期表面裂缝控制措施，以图1衬砌结构厚度0.8m龙落尾段为例，夏季8月1日浇筑混凝土，拆模时间48h。边顶拱整体浇筑，环向长度大，是防裂最难部位。边顶拱为直立边墙+顶拱圆弧组合衬砌，对称结构，环向长度1/2长度为24.44m。裂缝控制措施设计具体如下。

步骤1.收集泄洪洞相关资料，重点收集龙落尾段硅粉混凝土温度裂缝控制有关资料。包括：收集分析泄洪洞工程概况；水文气象；龙落尾衬砌结构设计；硅粉衬砌混凝土及其温控设计技术要求；混凝土浇筑施工温控技术；等等具体资料如上所述。

根据上述资料，衬砌厚度H＝0.8m；边顶拱整体浇筑环向长度24.44m，分缝长度9.0m，所以结构长边长度L＝24.44m；边顶拱衬砌混凝土强度C₉₀60，则C＝60；混凝土坍落度145mm，D＝0.145m；硅粉掺量7％，则β＝0.07；围岩为Ⅱ类，E＝30GPa；浇筑温度T₀＝18℃；拆模时间48h，即t_m＝2.0d；衬砌结构混凝土浇筑期环境气温T_a，取浇筑期最大值，这样计算【△T_nb】偏小，偏于安全，这里根据夏季8月1日浇筑，τ＝210d，代入公式5计算得到T_a＝26℃。

步骤2.拟定龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施基本方案。根据上述资料，具体参数如上所述，其中混凝土浇筑温度T₀＝18℃。

步骤3.计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F。即，将步骤2中拟定龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施方案及上述资料中各参数代入公式1计算控制值F，得F＝1.89℃。

步骤4.优化与确定硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案。

根据上述计算，F＝1.89℃大于0.1℃，属于情况(2)。本实施例中，是夏季8月1日浇筑硅粉衬砌混凝土，属于冬季以外其余季节浇筑情况，应采取通水冷却温控措施。即在步骤2拟定的施工措施方案的基础上增加通水冷却措施，并拟定不同的水温，使得公式4条件满足。根据实际工程条件，拟定采用12℃制冷水通水冷却，则T_w＝12℃，T_g＝23℃，代入公式4计算得：

F+0.04Tg+0.014H×Tg-0.008T₀×Tg＝-0.25℃≤0.1℃

即，通过上述优化后，推荐夏季施工采用浇筑温度T₀＝18℃、T_w＝12℃制冷水通水冷却的温控措施方案供施工采用，可以有效控制硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝。

<实施例二>左岸1#、2#龙落尾门洞形断面Ⅲ2类围岩区1.0m厚度边顶拱衬砌早期表面裂缝控制(冬季浇筑洞口段)

为了说明不同洞段、不同季节浇筑衬砌混凝土表面温度裂缝控制特点，对于冬季浇筑洞口段左岸1#、2#龙落尾门洞形断面Ⅲ2类围岩区F3型1.0m厚度边顶拱(图6)硅粉衬砌混凝土进行表面温度裂缝控制措施设计。洞口段，指挂帘保温至隧洞出口的结构段。

年气温变化增大，年气温变化采用公式6计算。

式中符号意义同前。

Ⅲ2类围岩区F3型1.0m厚度衬砌，是泄洪洞左岸1#、2#龙落尾段门洞形断面中较多的结构段。左岸1#、2#泄洪洞龙落尾段门洞形断面衬砌分2期浇筑，最先浇筑边顶拱(整体浇筑)，然后浇筑底板。裂缝控制措施设计，以图6衬砌结构厚度1.0m(亦即图1厚度改变，结构和衬砌后内部断面不变)龙落尾段为例，冬季2月1日浇筑混凝土，拆模时间48h。其余资料同上。边顶拱整体浇筑，环向长度大，是防裂较困难部位。边顶拱为直立边墙+顶拱圆弧组合衬砌，对称结构，环向长度1/2长度为24.44m。早期表面裂缝控制措施设计具体如下：

步骤1.收集泄洪洞相关资料，重点收集龙落尾段硅粉混凝土温度裂缝控制有关资料。具体资料如上所述。

根据上述资料，H＝1.0m；C＝60；D＝0.145m；L＝24.44m；E＝9GPa；Ta＝13℃；硅粉掺量7％，β＝0.07；冬季浇筑温度T₀＝16℃；拆模时间48h，即t_m＝2.0d。

步骤2.拟定龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施方案。根据上述资料，具体参数如上所述，其中冬季混凝土浇筑温度T₀＝16℃。

步骤3.计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F。即，将步骤2中拟定龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施方案及上述资料中各参数代入公式1计算控制值F，得F＝0.48℃。

步骤4.优化与确定硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案。根据上述计算，F＝0.48℃，大于0.1℃，属于情况(2)，而且是冬季浇筑。

对于冬季浇筑情况，应在步骤2拟定的施工措施方案的基础上，增加喷涂聚氨酯泡沫层保温。聚氨酯泡沫层厚度h，由公式3计算确定。公式3中F为步骤3计算值。即，拟定不同厚度h代入公式2计算表面保温系数α，在满足公式3的条件下优化确定聚氨酯泡沫层厚度h。拟定氨酯泡沫层厚度h＝2.0cm，代入公式2计算得到α＝1.16；再代入公式3计算F-0.26(α-1)T_a＝-0.06℃，小于0.1℃。

因此，依据简单、经济适用的原则，根据上述计算，推荐冬季浇筑龙落尾段硅粉衬砌混凝土，采用16℃浇筑，喷涂2.0cm厚度聚氨酯泡沫层保温，作为优选施工措施方案，供施工应用。

<实际工程温控防裂效果与经验>

该实际泄洪洞龙落尾段工程，由于冬季采取封闭洞口挂帘保温(图3)，并采取了制冷混凝土浇筑和通水冷却等严格温控措施，衬砌混凝土贯穿危害性温度裂缝得到有效控制。由于该温控措施方案同时满足硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制要求，对于挂帘保温外的洞口段，冬季进一步采取喷涂2.0cm厚度聚氨酯泡沫层保温，早期表面裂缝也得到有效控制。

依据本发明上述方法，泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制，对于夏季浇筑的洞内段，宜采取通水冷却控温措施；对于冬季浇筑气温变化大的洞口段，更是要求冬季覆盖保温，对于龙落尾段宜采用喷涂2.0cm厚度聚氨酯泡沫层保温措施。

<实施例三>

进一步，本实施例三中提供能够自动实现以上本发明方法的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，该系统包括资料获取部、拟定部、控制值计算部、优化确定部、输入显示部、控制部。

资料获取部用于执行上文步骤1所描述的内容，获取泄洪洞相关资料信息。例如，通过输入显示部显示提示信息，让用户导入或者输入泄洪洞(重点是龙落尾段硅粉衬砌)相关资料信息。

拟定部用于执行上文步骤2所描述的内容，拟定泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施的基本方案。

控制值计算部用于执行上文步骤3所描述的内容，根据拟定部中拟定的基本方案及资料获取部收集的资料确定各参数，并代入公式1中计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F。

优化确定部用于执行上文步骤4所描述的内容，根据控制值F和与聚氨酯泡沫层厚度有关的表面保温系数α优化与确定泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案。

输入显示部用于让用户输入操作指令，并进行相应显示。例如，输入显示部能够对资料获取部获取的泄洪洞(重点是龙落尾段衬砌)相关资料信息进行显示，对拟定部拟定的基本方案进行显示，对控制值计算部计算的F值进行显示，对优化确定部的计算数据和各种拟定厚度h与水温下的判断结果进行显示，并对最终优化确定的方案进行显示，还能够将前述信息在泄洪洞二维或三维模型相应位置处进行关联显示。

控制部与资料获取部、拟定部、控制值计算部、优化确定部、输入显示部均通信相连，控制它们的运行。

上述实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法及系统并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，收集泄洪洞相关资料；

步骤2，拟定泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施的基本方案；

步骤3，根据步骤2中拟定的基本方案及步骤1收集的资料确定各参数，并代入下列公式1中计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F：

F＝16.84H-369.14H/L-0.1C×D+0.05E-0.06T_a+0.21T₀+1.09t_m-14.36β-0.64H×C×D-0.40×

H×T₀+0.05C×H×T₀×D+0.42(公式1)

式中：D为混凝土坍落度；H为衬砌结构混凝土厚度；L为衬砌结构长边长度；C为衬砌结构混凝土90d设计龄期强度等级；E为围岩变形模量；T_a为衬砌结构混凝土浇筑期环境气温值；T₀为衬砌混凝土浇筑温度；β为硅粉掺量；t_m为硅粉衬砌混凝土拆模时间；

步骤4，根据控制值F和与聚氨酯泡沫层厚度有关的表面保温系数α优化与确定泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案。

2.根据权利要求1所述的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，其特征在于：其中，在步骤4中具体分为以下情况进行早期表面温度裂缝实时优化控制：

(1)F≤0.1℃，则步骤2拟定的基本方案是合适的，可供施工采用；

(2)F＞0.1℃，应分为冬季浇筑、其余季节浇筑两种情况，分别加强施工温控措施，优化后供施工采用。

3.根据权利要求2所述的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，其特征在于：

其中，在步骤4中，对于冬季浇筑情况，应在步骤2拟定的基本方案的基础上，增加一定厚度h的喷涂聚氨酯泡沫层保温；先拟定不同厚度h代入公式2计算裂缝控制表面保温系数α，在满足公式3的条件下优化确定氨酯泡沫层厚度h；

α＝1.0+0.08h (公式2)

F-0.26(α-1)T_a≤0.1 (公式3)

对于其余季节浇筑情况，应采取通水冷却温控措施。

4.根据权利要求3所述的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，其特征在于：

其中，在步骤4中，对于其余季节浇筑情况，在步骤2拟定的基本方案的基础上增加通水冷却措施，并拟定不同的水温，选择满足公式4的水温进行通水冷却；

F+0.04T_g+0.014H×T_g-0.008T₀×T_g≤0.1 (公式4)

式中，T_g＝35℃-T_w，表示通水和不通水冷却情况的温度效应值；T_w为通水冷却水温。

5.根据权利要求1所述的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制方法，其特征在于：

其中，在步骤1中，泄洪洞相关资料包括：泄洪洞工程概况、水文气象、龙落尾衬砌结构设计、硅粉衬砌混凝土及其温控设计技术要求、浇筑施工温控技术资料。

6.泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，其特征在于，包括：

资料获取部，获取泄洪洞相关资料信息；

拟定部，拟定泄洪洞龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制施工措施的基本方案；

控制值计算部，根据拟定部中拟定的基本方案及资料获取部收集的资料确定各参数，并代入下列公式1中计算龙落尾段硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制值F：

F＝16.84H-369.14H/L-0.1C×D+0.05E-0.06T_a+0.21T₀+1.09t_m-14.36β-0.64H×C×D-0.40×

H×T₀+0.05C×H×T₀×D+0.42(公式1)

式中：D为混凝土坍落度；H为衬砌结构混凝土厚度；L为衬砌结构长边长度；C为衬砌结构混凝土90d设计龄期强度等级；E为围岩变形模量；T_a为衬砌结构混凝土浇筑期环境气温值；T₀为衬砌混凝土浇筑温度；β为硅粉掺量；t_m为硅粉衬砌混凝土拆模时间；

优化确定部，根据控制值F和与聚氨酯泡沫层厚度有关的表面保温系数α优化与确定泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面温度裂缝控制措施方案；

控制部，与资料获取部、拟定部、控制值计算部、优化确定部均通信相连，控制它们的运行。

7.根据权利要求6所述的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，其特征在于：其中，在优化确定部中具体分为以下情况进行早期表面温度裂缝实时优化控制：

(1)F≤0.1℃，则拟定部拟定的基本方案是合适的，可供施工采用；

(2)F＞0.1℃，应分为冬季浇筑、其余季节浇筑两种情况，分别加强施工温控措施，优化后供施工采用。

8.根据权利要求6所述的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，其特征在于：

其中，在优化确定部中，对于冬季浇筑情况，应在基本方案的基础上，增加一定厚度h的喷涂聚氨酯泡沫层保温；先拟定不同厚度h代入公式2计算裂缝控制表面保温系数α，在满足公式3的条件下优化确定氨酯泡沫层厚度h；

α＝1.0+0.08h (公式2)

F-0.26(α-1)T_a≤0.1 (公式3)

对于其余季节浇筑情况，应采取通水冷却温控措施。

9.根据权利要求6所述的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，其特征在于：

其中，在优化确定部中，对于其余季节浇筑情况，在基本方案的基础上增加通水冷却措施，并拟定不同的水温，选择满足公式4的水温进行通水冷却；

F+0.04T_g+0.014H×T_g-0.008T₀×T_g≤0.1 (公式4)

式中，T_g＝35℃-T_w，表示通水和不通水冷却情况的温度效应值。

10.根据权利要求6所述的泄洪洞硅粉衬砌混凝土早期表面裂缝控制系统，其特征在于，还包括：

输入显示部，与控制部通信相连，用于让用户输入操作指令，并进行相应显示。