[发明专利]水工隧洞衬砌混凝土温度裂缝控制强约束方法及温控系统

说明书

本发明提供水工隧洞衬砌混凝土温度裂缝控制强约束方法及温控系统，能够快速、准确地计算得到混凝土基础容许温差△T、允许最高温度【T_max】、内部最高温度T_max，反映混凝土强度、围岩性能、衬砌厚度和结构尺度等对混凝土温控的影响。本发明方法包括：步骤1.获取衬砌混凝土温度裂缝控制设计计算资料；步骤2.计算衬砌结构混凝土基础容许温差△T；步骤3.计算衬砌结构混凝土允许最高温度【T_max】；步骤4.对于各个拟定的施工措施方案，计算出对应的砌混凝土内部最高温度T_max；步骤5.从拟定的措施方案中，选择满足T_max≤【T_max】的方案，并进一步依据简单实用经济的原则确定优选的措施方案供施工应用。

技术领域

本发明属于混凝土温控防裂技术领域，具体涉及一种水工隧洞衬砌混凝土温度裂缝控制强约束方法及温控系统。

背景技术

衬砌混凝土裂缝80％都是温度裂缝，近些年建设的大断面高强度地下水工隧洞衬砌混凝土，只要不采取有效的措施，无一例外地都产生了大量裂缝，而且大多是施工期产生贯穿性的温度裂缝(参见图1和图2)。地下结构工程长期处在潮湿、干湿交替的环境中工作，危害性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。

现行有关设计规范对于地下工程衬砌混凝土温度裂缝的控制及其计算方法一般都缺乏明确与具体的规定，也没有明确的温控标准。如《水工混凝土结构设计规范》在4.1.2(3)要求“对使用上要求进行裂缝控制的结构构件，应进行抗裂或裂缝宽度验算”，在4.1.8规定“建筑物在施工和运行期间，如温度的变化对建筑物有较大影响时，应进行温度应力计算，并宜采用构造措施和施工措施以消除或减少温度应力。使用中允许出现裂缝的钢筋混凝土结构构件，在计算温度应力时，应考虑裂缝开展而使构件刚度降低的影响”。但没有指明温度应力和温控防裂的计算方法。又如《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)仅在11.2.6条要求“温度变化、混凝土干缩和膨胀所产生的应力及灌浆压力对衬砌的影响，宜通过施工措施及构造措施解决。对于高温地区产生的温度应力，应进行专门的研究”。

对使用上要求控制裂缝的部分地下工程衬砌混凝土(如高流速泄洪洞、发电洞引水段等)温度裂缝控制设计计算，目前主要采用有限元法。在完成结构设计后，通过大量方案的温度与温度应力的仿真计算分析提出施工温控防裂方案及其现场施工最高温度控制标准。这样做，精度较高，而且可以优化施工温控方案。但需要先进行混凝土配合比和大量性能参数试验，试验和仿真计算需要花费较多的时间；而且需要花费较多的资金；对于没有确定施工配合比和没有试验获得混凝土性能参数时无法进行；不能适用于初步设计阶段和施工中方案快速调整。特别是至今的有关规范没有施工期温控防裂设计的抗裂安全系数要求值，如水工隧洞衬砌混凝土温控防裂设计时都是参考大坝设计规范。

多数设计单位是参考大坝强约束区混凝土的温控标准提出最高温度控制值(如水电工程隧洞以《混凝土坝温度控制设计规范(NB/T 35092-2017)》为依据，根据表1确定基础容许温差，叠加稳定温度，为最高温度控制值)，温控施工方案由施工单位制定。施工单位一般是根据混凝土配合比、运输距离与方式、气温等对拟定混凝土拌合(是否制冷及其措施)和浇筑施工温控(如通水冷却)方案进行衬砌结构混凝土最高温度计算，提出满足设计标准的施工方案。这样做，首先是大坝混凝土的温控标准不能适用薄壁衬砌结构，没有反映混凝土强度、围岩性能、衬砌厚度和结构尺度等差别的影响；其次是施工单位计算衬砌混凝土内部最高温度的误差大，大量系数取值人为性强；两方面的温差可能导致制定的施工方案相距甚远，不能有效实现温度裂缝控制目标。

表1常态混凝土基础容许温差(℃)