CN113157017A - 不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，可客观准确地得到适用于不同强度混凝土的水温差、水温、温降速率等参数，并基于此对衬砌结构进行通水冷却，科学合理地实现温控防裂。通水冷却控温方法包括：步骤1.获取衬砌混凝土通水冷却温控用资料；步骤2.根据衬砌混凝土的强度计算通水冷却优化控制水温差△T_wy；步骤3.根据衬砌混凝土的强度估算混凝土内部最高温度T_max；步骤4.计算通水冷却优化控制水温T_wy；步骤5.计算通水冷却优化时间T_j；步骤6.根据衬砌混凝土的强度计算优化控制温降速率V_y；步骤7.根据通水冷却优化控制水温T_wy、优化时间T_j、优化控制温降速率V_y优化通水冷却措施。

Description

不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法

技术领域

本发明属于混凝土温控防裂技术领域，具体涉及一种不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法。

背景技术

重力坝等大体积混凝土埋设冷却水管通水冷却，初期通制冷水或低温河水，降低混凝土最高温度；中期可通河水降温，控制内外温差。初期通水冷却，时间应计算确定，可取10～20d，混凝土温度与水温之差不应超过25℃。中期通水冷却，宜为1～2个月左右，通水水温与混凝土内部温度之差不应超过20～25℃。日降温不超过1.0℃。由于温升阶段，混凝土膨胀，目标是降低混凝土最高温度，降低幅度越大越好，所以宜在允许的条件下尽可能降低初期水温。中期，是温降阶段，水温过低温降速度过快，可能导致早期低强度混凝土裂缝，也可能导致管周混凝土温度梯度过大而产生局部裂缝，所以必须控制水温并由此控制温降速率。

根据模拟混凝土浇筑过程对高混凝土拱坝初期水冷温度对水管周边混凝土的影响研究：对于水管下部(层)老混凝土，这一水管通水冷却前，混凝土温度较高(20℃)，通水冷却时，水管周边混凝土从较高温度迅速向水温靠近，离水管越近，温降速度越快，在水管周边形成较大的温降幅度的梯度，且水温越低，温降幅度的梯度越大；对于水管上部的新浇混凝土，混凝土浇筑的同时进行通水冷却，水管周边的混凝土未升至较高温度(初期为入仓温度)，保持与水温较为接近的温度。虽然与水管距离的不同也有一定的温度梯度，但是这些部位的温度与温度梯度一直保持不变，并没有发生大的变化。温度降低产生收缩变形，温降幅度不均匀就会使得这一变形不均匀，从而产生自生约束，因此，水管下部的老混凝土由于温降幅度的不均匀从而产生拉应力，而水管上部的新浇混凝土由于没有明显的温降过程，拉应力不大。所以，多层浇筑大坝等大体积混凝土的通水冷却水温(即与内部混凝土温差)由下层老混凝土管周不产生温度裂缝控制，允许水温差和温降速度较小。

衬砌是土木工程广泛采用的一种结构(图1)，水工隧洞等有关规范条文中没有关于衬砌混凝土通水冷却时间、水温和温降速率等控制的规定。目前工程建设中只好参考采用混凝土重力坝(或者拱坝)设计、水工混凝土施工等规范规定。

但是，衬砌混凝土的强度增高，水泥用量增大，水化热增多，内部温度越高。研究和多年实践表明，强度越高越容易发生温度裂缝，需要采取的温控措施也越严格或者越多。因此，通水冷却的水温优化控制也就不同。薄壁衬砌结构混凝土厚度小，一次性浇筑，混凝土覆盖冷却水管即开始通水冷却，与上部新浇混凝土情况相当，管周没有明显的温降过程，拉应力不大。

以上分析说明，混凝土强度越高，内部温度，内部温度越高，越容易产生温度裂缝。因此，需要针对混凝土强度专门研究通水冷却措施与强度的关系，进一步合理优化，才可以达到优化温控防裂的目的。

发明内容

本发明目的在于提供不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，可客观准确地得到适用于不同强度混凝土的水温差、水温、温降速率等参数，并基于此对衬砌结构进行通水冷却，科学合理地实现温控防裂。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

如图2所示，本发明提供不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.获取衬砌混凝土通水冷却温控用资料；

步骤2.根据衬砌混凝土的强度计算通水冷却优化控制水温差△T_wy：

△T_wy＝0.79×C-2.1(公式1)

式中：C为衬砌混凝土90d设计龄期强度等级；如果获取值是28d龄期强度等级，则需要按照规范换算成对应90d设计龄期强度等级；

步骤3.根据衬砌混凝土的强度估算混凝土内部最高温度T_max：

T_max＝15.3693H+0.103C+2.33T₀+2.4636T_g+0.2807T_a-0.1373T₀×T_g-23.67(公式2)

式中，H为衬砌混凝土的厚度(m)；T₀为混凝土浇筑温度(℃)；T_g为通水冷却效应值(℃)；T_a为混凝土浇筑期环境温度(℃)；T_min为洞内气温年变化冬季最低温度(℃)；

步骤4.计算通水冷却优化控制水温T_wy(℃)：

T_wy＝T_max-△T_wy(公式3)

步骤5.计算通水冷却优化时间T_j(℃)：

T_j＝0.57H+5.4(公式4)

步骤6.根据衬砌混凝土的强度计算优化控制温降速率V_y(℃/d)：

V_y＝0.11×C-1.25(公式5)

步骤7.根据通水冷却优化控制水温T_wy、优化时间T_j、优化控制温降速率V_y优化不同强度衬砌混凝土的通水冷却措施。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：T_g＝35-T_w，T_w为优化前拟定方案要求或设计的通水冷却水温度(℃)。

由公式2计算内部最高温度T_max时，如果已经有拟定通水冷却措施方案或者设计技术要求，则取T_w为该拟定方案或者设计技术要求通水冷却水温、T₀为该拟定方案的浇筑温度(步骤7则是对通水冷却水温的进一步优化)；如果没有拟定通水冷却措施方案或者设计技术要求，考虑到实际工程T_w一般在12～22℃之间，则可以取T_w＝17℃，取T₀为当月平均气温+2℃估算。这样估算的T_max值的误差一般小于1.0℃，基本不影响在第7步优化通水冷却水温。如果需要进一步提高优化精度，也可以在第7步确定施工通水冷却优化水温后再返回本步骤计算T_max，以及第4步计算优化控制水温T_wy。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：在步骤7采取的通水冷却措施中，应控制水温在T_wy～(T_wy+7℃)范围内。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：在步骤7采取的通水冷却措施中，应控制通水冷却时间不小于T_j。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：在步骤7采取的通水冷却措施中，应控制通水冷却时间在T_j～(T_j+2)范围内。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：在步骤7采取的通水冷却措施中，应控制温降速率不超过优化控制温降速率V_y。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：采用控制处理装置执行步骤2至步骤6，计算通水冷却优化控制水温差△T_wy、最高温度T_max、水温T_wy、通水冷却优化时间T_j和优化控制温降速率V_y。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：还采用控制处理装置执行步骤7，根据通水冷却优化控制水温差△T_wy、水温T_wy、通水冷却优化时间T_j和优化控制温降速率V_y确定通水冷却措施，并控制通水冷却系统对衬砌混凝土进行通水冷却养护。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：还采用控制处理装置执行步骤1，让用户根据提示输入衬砌混凝土通水冷却温控用资料，并进行存储。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：还采用控制处理装置根据用户指令对输入的信息、计算的结果和确定的通水冷却措施进行显示。

优选地，本发明提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，还可以具有以下特征：还采用控制处理装置根据用户指令对通水冷却系统的运行情况进行显示。

另外，上述步骤2所提出的按衬砌结构强度计算通水冷却优化控制水温差△T_wy的公式1是以溪洛渡、白鹤滩、乌东德等巨型水电站泄洪洞工程为例，采用三维有限元法进行城门洞型断面不同强度混凝土在不同通水冷却水温条件的温度与温度应力仿真计算，整理分析全过程衬砌混凝土温控防裂效果，以获得全过程抗裂安全系数最大化为原则，求得不同强度最优通水冷却水温和水温差。例如，1.0m厚度采取结构(图1)边墙C₉₀30强度混凝土，通过表1中8～22℃不同水温Tw情况仿真计算，求得衬砌混凝土全过程的抗裂安全系数K，整理K值最小的养护期K₁和冬季的K₂，然后作出K₁、K₂与水温T_w的关系曲线见图3。由于K₁随着T_w增大、K₂随着T_w减小，K₁(T_w)与K₂(T_w)两曲线的交点(图3)称为通水冷却综合优化抗裂安全系数K_y(是包括养护期和冬季在内全过程的最大值)，对应水温为优化控制水温T_wy。与K_y、T_wy对应的通水冷却温降速率称为优化控制温降速率V_y、水温差称为优化控制水温差△T_wy。不同厚度C₉₀30混凝土水温差△T_cw与T_w的关系示于图4，对于其中1.0m厚度C₉₀30混凝土根据与K_y对应的T_wy则可以由图4确定△T_wy，汇总C₉₀30、C₉₀40、C₉₀25不同强度C衬砌混凝土的值见表2。然后对这些数据进行分析研究得到不同强度衬砌混凝土通水冷却优化控制水温差△T_wy计算公式1。

表1 1.0m衬砌C₉₀30混凝土不同水温通水冷却温控特征值

表2不同强度1.0m厚度衬砌混凝土的最优通水冷却水温差△T_wy

步骤3中的衬砌混凝土内部最高温度T_max公式2，是收集1)溪洛渡泄洪洞276组、内部最高温度检测成果；2)溪洛渡导流洞、白鹤滩导流洞、乌东德导流洞、向家坝发电尾水洞、三峡永久船闸地下输水洞等门洞形断面衬砌混凝土现场温度观测成果145组(表3)。其中溪洛渡泄洪洞276组：有压段自2010年2月11日～2011年10月4日，底拱41组、边顶拱68组；无压段自2009年10月28日～2011年10月4日，底板53组、边墙28组；龙落尾自2010年9月20日～2012年11月4日，89组，见图5～7(由于数据太多，用图表示)。根据表3和图5～7共421组成果，边墙高度、分缝长度、围岩变形模量、通水时间、气温年变幅、浇筑日期不影响内部最高温度T_max，对T_max与衬砌厚度H、混凝土强度C、浇筑温度T₀、通水冷却水温T_w、浇筑期洞内气温T_a的关系进行分析研究，即得到公式2。

表3多项工程现场观测衬砌混凝土最高温度T_max回归分析表

步骤5中按衬砌结构厚度计算通水冷却优化时间T_j的公式4，是通过对三峡、溪洛渡、白鹤滩、乌东德4个大型工程泄洪洞和发电洞等不同结构厚度衬砌混凝土为例，采用三维有限元法仿真计算，获得衬砌混凝土通水冷却温控特性及其规律，然后进行分析研究得到。包括如下过程：

1)通水冷却时机控制参数分析

薄壁衬砌结构厚度小，只有一期通水冷却，目标是降低内部最高温度和控制内表温差。通水冷却开始的时间是混凝土覆盖冷却水管的时间，即一开始就通水冷却。所以，通水冷却时机需要确定的参数是通水时间T_j。通水冷却降低内部最高温度，龄期必须大于T_max发生龄期T_md，这里取T_j＝T_md+4。而且为了避免温度回升，T_j应该大于△T_md。当然，考虑到经济性，通水时间也不宜过长。

因此，通过有限元法仿真计算不同厚度、不同强度衬砌混凝土的T_md、△T_md，就可以获得通水冷却龄期T_j的计算公式。

2)不同厚度衬砌混凝土T_max、△T_max发生龄期

以白鹤滩水电站发电洞尾水洞城门洞型衬砌结构为例，混凝土强度C₉₀25低热水泥混凝土。建立0.8m，1.0m，1.2m，1.5m，2.0m五个厚度的有限元模型，进行不同通水时间方案的仿真计算，研究不同厚度T_md和△T_md值。

根据以上有限元法仿真计算分析，整理5个不同厚度混凝土衬砌在不通水冷却、通水冷却情况度T_md和△T_md值列于表4，同时给出建议通水冷却时间。

表4不通水冷却情况各衬砌厚度温度特征值发生龄期

根据表5，将混凝土内部最高温度和最大内表温差发生龄期，以及最短通水冷却龄期与衬砌厚度的关系示于图8。

根据图8，混凝土内部最高温度、最大内表温差出现龄期和通水冷却(建议)最短龄期与衬砌厚度基本构成线性关系。线性拟合得：

内部最高温度出现龄期(d) T_md＝0.5682H+1.4114 (公式6)

最大内表温差出现龄期(d) △T_md＝1.4205H+2.3034 (公式7)

建议通水冷却时间(d) T_d＝2.0455H+2.4409 (公式8)

对公式6再加4d，即得到公式4。

按衬砌结构强度计算优化控制温降速率V_y公式5，同于公式1，同样是采用三维有限元法进行城门洞型断面C₉₀30、C₉₀40、C₉₀25不同强度混凝土在不同通水冷却水温条件的温度与温度应力仿真计算，整理分析全过程衬砌混凝土温控防裂效果，以获得全过程抗裂安全系数最大化为原则，求得不同强度优化控制温降速率。例如，1.0m厚度采取结构(图1)边墙C₉₀30强度混凝土，通过表1中8～22℃不同水温T_w情况仿真计算，求得衬砌混凝土全过程的抗裂安全系数K，整理两个K值最小的养护期和冬季的K₁、K₂，然后作出K₁、K₂与水温T_w的关系曲线见图3。由于K₁随着T_w增大、K₂随着T_w减小，K₁(T_w)与K₂(T_w)两曲线的交点(图3)称为通水冷却综合优化抗裂安全系数K_y(是包括养护期和冬季在内全过程的最大值)、水温称为优化控制水温T_wy。与K_y、T_wy对应的通水冷却温降速率称为优化控制温降速率V_y。不同厚度C₉₀30混凝土温降速率(表1)与T_w的关系示于图9，对于其中1.0m厚度C₉₀30混凝土根据与K_y对应的T_wy则可以由图9确定最优温降速率V_y，汇总C₉₀30、C₉₀40、C₉₀25不同强度C衬砌混凝土的最优通水冷却温降速率V_y见表5，然后对这些数据进行统计分析得到优化控制温降速率V_y计算公式5。

表5 1.0m厚度衬砌不同强度混凝土的最优允许温降速率

发明的作用与效果

本发明所提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法的优点是：

(1)本方法可以适用于任何衬砌结构，对不同强度衬砌结构通水冷却控温措施方案及参数进行优化。

(2)本发明方法科学性强。通水冷却优化控制水温差、内部最高温度、水温、温降速率等计算公式，反映衬砌混凝土结构厚度对通水冷却效果的影响，并全面给出了其优化控制参数。

(3)依据公式1～5计算不同强度衬砌结构通水冷却优化控制水温差△T_wy、内部最高温度T_max、水温T_wy、温降速率V_y，能够获得衬砌混凝土温控防裂的最佳效果，科学合理地实现温控防裂。

附图说明

图1为水工隧洞城门洞型衬砌结构断面图(图中尺寸单位：m)；

图2为本发明涉及的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法的流程图；

图3为本发明涉及的C₉₀30混凝土不同厚度养护期K₁和冬季K₂与通水冷却水温T_w的关系图；

图4为本发明涉及的C₉₀30混凝土水温差△T_cw与通水冷却水温T_w的关系图；

图5为本发明涉及的有压段底拱和边顶拱衬砌混凝土T_max与浇筑日期的关系图；

图6为本发明涉及的无压段底板和边墙衬砌混凝土T_max与浇筑日期的关系图；

图7为本发明涉及的龙落尾段底板和边墙衬砌混凝土T_max与浇筑日期的关系图；

图8为本发明涉及的通水冷却相关时间与衬砌厚度的关系图；

图9为本发明涉及的C₉₀30混凝土温降速率T_sd(℃/d)与通水冷却水温T_w的关系图；

图10为本发明涉及的乌东德泄洪洞无压缓坡段A型断面结构示意图；

图11为本发明涉及的乌东德泄洪洞无压缓坡段C型断面结构示意图；

图12为本发明涉及的3^#泄洪洞缓坡段第1仓1.0m厚度衬砌混凝土温度历时曲线图。

具体实施方式

以下结合附图，以乌东德水电站泄洪洞工程不同结构厚度衬砌砼为例，对本发明涉及的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法的具体实施方案进行详细地说明。

<乌东德水电站泄洪洞工程衬砌混凝土温控资料>

乌东德水电站以发电为主，兼顾防洪、航运和拦沙等作用。电站装机容量10200MW。大坝为混凝土双曲拱坝，泄洪采用坝身泄洪为主，岸边泄洪洞为辅的方式。三条泄洪洞均采用有压洞后接门洞型隧洞，由进水口、有压洞段、工作闸门室、无压洞段、出口段、消能水垫塘组成，出口采用挑流消能。泄洪洞有压洞为圆形断面，内径14m，衬砌厚度为0.8m、1m，洞周围岩类别分别为Ⅱ、Ⅲ类围岩。无压洞段断面为城门洞形，衬砌后尺寸14m×18m。泄洪洞缓坡段设计有0.8m、1.0m和1.5m三种衬砌厚度结构断面，洞周围岩类别分别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩。底板和边墙为C₉₀35抗冲耐磨混凝土，顶拱为C₉₀30混凝土。其中泄洪洞无压段0.8m和1.0m两种厚度衬砌结构断面见图10、图11。

在混凝土浇筑和养护的全过程对混凝土进行温度控制，避免混凝土开裂，设计要求温控措施包括：

(1)混凝土原材料质量控制及配合比优化

控制混凝土细骨料的含水率6％以下，且含水率波动幅度小于2％。优化混凝土配合比，降低混凝土胶凝材料用量；加强施工管理，提高施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土防裂性能。在满足设计要求的混凝土强度、耐久性、和易性以及混凝土浇筑质量的前提下，经监理人批准，尽量采用较大骨料粒径，改善混凝土骨料级配。乌东德水电站泄洪洞采用低热水泥混凝土浇筑。

(2)合理安排混凝土施工程序和施工进度

合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止基础贯穿裂缝，减少表面裂缝的主要措施之一。应合理安排混凝土施工程序和施工进度，并努力提高施工管理水平。

(3)控制混凝土内部最高温度

应采取必要的温控措施，使最高温度不超过设计允许最高温度(表6)。其有效措施包括降低混凝土浇筑温度、减少胶凝材料水化热温升、初期通水冷却等。混凝土生产系统提供满足出机口温度要求的拌制混凝土。合同承包人负责出机口之后的混凝土运输、入仓浇筑和养护期间的混凝土温度控制。根据计算成果分析，乌东德水电站泄洪洞缓坡段混凝土浇筑温度建议按表7控制。如果实测温度不能满足设计允许最高温度，需要埋冷却水管通水冷却。

(4)合理控制浇筑层厚和层间间歇期

各部位混凝土浇筑时，如果已入仓的混凝土浇筑温度不能满足有关要求时，应立即通知监理人，根据监理人指示进行处理，并立即采取有效措施控制混凝土浇筑温度。

表6泄洪洞衬砌混凝土施工期允许最高温度和浇筑温度单位：℃

月份	12、1月	2、11月	3、10月	4、9月	5～8月
						允许最高温度	40	41	42	43	44
允许浇筑温度	自然入仓	自然入仓	18	20	22

<实施例>3^#泄洪洞缓坡段第11仓顶拱1.0m厚度B型C₉₀30混凝土通水冷却优化控温

泄洪洞缓坡段0.8m厚度A型衬砌结构见图10，城门洞形断面，沿泄洪洞轴线方向每隔9m设置环向施工分缝，Ⅱ类围岩，混凝土强度C₉₀35。混凝土分2期浇筑：先边墙顶拱、后底板。这里介绍边顶拱衬砌混凝土浇筑通水冷却优化控制。

泄洪洞缓坡段1.0m厚度B型衬砌结构见图11，城门洞形断面，沿泄洪洞轴线方向每隔9m设置环向施工分缝，Ⅲ类围岩。混凝土分2期浇筑：先边墙顶拱、后底板。混顶拱凝土强度C₉₀30，这里介绍边顶拱衬砌混凝土浇筑通水冷却优化控制。

如图2所示，本实施例提供的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，包括以下内容：

步骤1.分析衬砌结构混凝土通水冷却温控有关资料，包括：收集与衬砌混凝土温控防裂有关的资料，分析衬砌混凝土温控防裂的重要性、设计技术要求及施工温控措施方案。

乌东德水电站泄洪洞基本资料如前所述，泄洪洞为1级建筑物，泄洪流速高，衬砌混凝土温控防裂非常重要。依据设计要求，高温季节5～8月浇筑需要控制浇筑温度≤22℃，采取通水冷却等温控措施。最高温度控制≤44℃。3^#泄洪洞无压缓坡段第11仓1.0m厚度B型衬砌混凝土，强度C＝30MPa，单元桩号K1+325～K1+334，顶拱C₉₀30混凝土浇筑日期2016.7.13～7.15日，浇筑期洞内温度26.02℃，浇筑温度20.75℃。

步骤2.按衬砌结构强度计算通水冷却优化控制水温差△T_wy：

将C＝30MPa代入公式1计算得△T_wy＝21.6℃。

步骤3.估算混凝土内部最高温度T_max：

将厚度H＝1.0m，混凝土强度C＝30MPa，浇筑温度T₀＝20.75℃，通水冷却水温T_w＝17.8℃，计算T_g＝17.2℃，浇筑期洞内气温T_a＝26.02℃，代入公式2计算得T_max＝33.81℃。

步骤4.计算衬砌结构混凝土通水冷却优化控制水温T_w：

将T_max＝33.81℃，△T_wy＝21.6℃，代入公式3计算得12.21℃。在满足温控防裂要求的前提下宜取适当高于13℃。

步骤5.计算通水冷却优化时间T_j：

将H＝1.0m代入公式4计算得T_j＝5.97d。宜取大于6d。

步骤6.按衬砌结构强度计算优化控制温降速率V_y：

将C＝30MPa代入公式5计算得V_y＝2.05℃/d。宜取小于2.0℃/d。

步骤7.按衬砌结构厚度优化混凝土通水冷却控温方案：

按照设计技术要求和上述计算优化通水冷却时间、水温、温降速率，进一步优化施工温控通水冷却方案。

根据以上计算和设计技术要求，确定优化通水冷却温控方案为：浇筑温度≤22℃；通水冷却水管单列间距1.5m布置，通水时间宜大于6d取7d；水温宜高于13℃；温降速率按小于2.0℃/d控制。

效果：第11仓顶拱，实际工程2016.7.13～7.15日浇筑，提供14℃出机口商品混凝土，通过控制运输与浇筑过程实现浇筑温度T₀＝20.75℃，小于22℃；通水冷却水管按要求单列间距1.5m布置，通水时间取7d；现场提供12℃制冷水，至现场达到17.8℃，适当高于13℃。通过以上温控，实测混凝土内部温度历时曲线见图12，内部最高温度36.28℃，远小于44℃；温降速率0.81℃/d，小于2.0℃/d。即：最高温度、温降速率均得到很好的控制，取得最为经济有效的温控防裂效果。

以上结果表明：

1)在满足内部最高温度36.28℃小于允许值44℃的前提下，通水冷却水温17.8℃适当高于优化值13℃，则可以降低制冷费用，温降速率0.81℃/d低于优化值2.0℃/d，则早期拉应力更小，更有利于早期温控防裂，即更经济、更有利于早期防裂，而且冬季防裂仍然满足要求；

2)通水冷却优化时间T_j、优化控制水温差△T_wy、优化控制温降速率V_y计算公式，科学反映了衬砌结构特性，是获得最佳温控防裂效果(获得最大抗裂安全系数值)的通水冷却控制参数；

3)最高温度T_max估算公式，科学体现了结构、混凝土强度、浇筑温度、通水冷却水温、洞内环境温度的影响效果，计算精度高，计算值33.81℃比实测36.28℃小2.47℃，误差6.8％；

4)按照本发明专利方法计算通水冷却参数进行温控措施方案优化，最高温度、温降速率均得到很好的控制，远小于控制值，取得最为经济有效的温控防裂效果。

以上实例结果表明，本发明方法科学性强。通水冷却优化控制水温差△T_wy、优化控制水温T_wy、优化控制温降速率V_y计算公式，科学反映了衬砌结构特性，是获得最佳温控防裂效果的通水冷却控制参数；最高温度T_max估算公式，科学体现了结构、混凝土强度、浇筑温度、通水冷却水温、洞内环境温度的影响效果，计算精度高，误差小。

依据上述方法优化不同强度衬砌混凝土控防裂通水冷却方案，通水冷却时间、水温、温降速率控制值优化合理，能够科学地针对不同强度衬砌混凝土确定养护参数，达到通水冷却控制衬砌混凝土内部最高温度目标，在保障结构安全性、避免裂纹的前提下使得温控措施更加合理，实现温控防裂效益最大化。

上述实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法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.不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.获取衬砌混凝土通水冷却温控用资料；

步骤2.根据衬砌混凝土的强度计算通水冷却优化控制水温差△T_wy：

△T_wy＝0.79×C-2.1 (公式1)式中：C为衬砌混凝土90d设计龄期强度等级；

步骤3.根据衬砌混凝土的强度估算混凝土内部最高温度T_max：

T_max＝15.3693H+0.103C+2.33T₀+2.4636T_g+0.2807T_a-0.1373T₀×T_g-23.67(公式2)

式中，H为衬砌混凝土的厚度，T₀为混凝土浇筑温度，T_g为通水冷却效应值，T_a为混凝土浇筑期环境温度，T_min为洞内气温年变化冬季最低温度；

步骤4.计算衬砌混凝土通水冷却优化控制水温T_wy：

T_wy＝T_max-△T_wy (公式3)

步骤5.根据衬砌混凝土的强度计算优化控制温降速率V_y：

V_y＝0.11×C-1.25 (公式4)

步骤6.根据通水冷却优化控制水温T_wy和优化控制温降速率V_y优化衬砌混凝土的通水冷却措施。

2.根据权利要求1所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于：

其中，在步骤6采取的通水冷却措施中，应控制水温在T_wy～(T_wy+7℃)范围内。

3.根据权利要求1所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于：

其中，在步骤6采取的通水冷却措施中，应控制温降速率不超过优化控制温降速率V_y。

4.根据权利要求1所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于，还包括：

计算衬砌结构混凝土通水冷却优化时间T_j：T_j＝0.57H+5.4；相应的在步骤6中还根据该通水冷却优化时间T_j优化通水冷却措施。

5.根据权利要求4所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于：

其中，在步骤6采取的通水冷却措施中，应控制通水冷却时间不小于T_j。

6.根据权利要求1所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于：

其中，在步骤6采取的通水冷却措施中，应控制通水冷却时间在T_j～(T_j+2)范围内。

7.根据权利要求4所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于：

其中，采用控制处理装置计算通水冷却优化控制水温差△T_wy、最高温度T_max、水温T_w、通水冷却优化时间T_j和优化控制温降速率V_y。

8.根据权利要求7所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于：

其中，还采用控制处理装置执行步骤6，根据通水冷却优化控制水温差△T_wy、水温T_wy、通水冷却优化时间T_j和优化控制温降速率V_y确定通水冷却措施，并控制通水冷却系统对衬砌混凝土进行通水冷却养护。

9.根据权利要求8所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于：

其中，还采用控制处理装置执行步骤1，让用户根据提示输入衬砌混凝土通水冷却温控用资料，并进行存储。

10.根据权利要求9所述的不同强度衬砌混凝土最优水温差通水冷却控温方法，其特征在于：

其中，还采用控制处理装置根据用户指令对输入的信息、计算的结果和确定的通水冷却措施进行显示。

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