CN116909332A - 圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法及系统，考虑混凝土坍落度、粉煤灰掺量和温控措施等因素对圆弧形断面衬砌混凝土表面裂缝控制的影响，科学、有效地实现圆弧形断面衬砌混凝土早期表面温度裂缝实时控制。圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法包括：步骤1，收集圆弧形断面衬砌结构混凝土温度裂缝控制有关资料；步骤2，实时获取现场浇筑圆弧形断面衬砌混凝土温控资料，监测温控数据；步骤3，根据步骤1～2确定各参数，代入下列公式1中实时计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф；步骤4，基于内表温差控制值Ф，实时分析、优化调整现场施工圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制措施。
Description
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，具体涉及圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法及系统。
背景技术
圆弧形断面衬砌结构(图1)，在水利水电、铁路、军工、市政等工程中广泛采用。由于结构厚度远小于平面尺寸(长度、宽度)，一般都属于极强约束区混凝土，在温差作用下容易产生温度裂缝。如三峡水利枢纽右岸地下水电站发电引水洞和溪洛渡水电站发电引水洞，在施工期发生沿腰线水平发展的贯穿性温度裂缝，后期处理，影响工程进度和造价，甚至影响钢筋锈蚀和结构寿命。
定义：衬砌混凝土浇筑后水化热温升、温降全过程内部与表面温度差的最大值，称为最大内表温差，记作ΔTmax。定义：衬砌结构混凝土浇筑后，在水化热温升、温降全过程能够承受的内部温度与表面温度的最大差值，称为容许内表温差，记作
【ΔTnb】。这里定义“内表温差(包括容许内表温差)”作为衬砌结构混凝土温度裂缝控制的指标，而不是沿用大体积混凝土的“内外温差(及其容许内外温差)”，是因为衬砌结构的厚度小，温升温降快，“内表温差”能够更直接反映厚度方向表面(几何、时间)温度梯度，以及早期温降表面温度梯度产生表面温度裂缝的可能性。早期温降，内表温差越大，表面温度梯度和拉应力越大，越容易产生表面温度裂缝。因此，控制早期表面裂缝就是要把内表温差控制在允许值范围。
衬砌结构厚度小，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。例如三峡水利枢纽右岸地下电站发电引水洞，其中1.2m厚度衬砌，混凝土为二级配C25，分缝长度8m，在1号引水洞第4、6浇筑块埋设温度计(钢筋计，钢筋计也由测温计)等观测成果表明，平均浇筑温度为14.4℃，最大值16.6℃，3天左右达到最高温度36.00℃，水化热温升平均值为19.0℃，最大值为21.0℃，1个月后下降至24.0℃左右，见图2。浇筑后在腰线产生轴向规律性裂缝，分析表明，混凝土硬化过程中3—5天水化热温升过高，之后混凝土温度下将快，混凝土收缩受岩石地基约束而产生的拉应力，再和其它不利因素叠加后的拉应力大于此时混凝土的抗拉强度，导致裂缝产生。早期表面裂缝，后期大多发展成为贯穿裂缝。
虽然内表温差是产生早期温度裂缝的最重要原因，但地下洞室和其他有关规范条文中并没有关于衬砌结构混凝土内表温差控制的规定，至今也没有过关于衬砌混凝土内表温差控制或者设计计算的专门研究，施工中主要采取措施控制内部最高温度。而且，由于圆弧形断面，结构内部约束比平直结构大，同样温差作用下更容易产生温度裂缝。
因为容许内表温差反映衬砌结构及其混凝土性能，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、粉煤灰等掺量和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，不同温控措施(通水、无覆盖、泡沫层保温)对裂缝控制的影响也非常大，但在至今的温度裂缝控制设计中没有考虑。
发明内容
本发明目的在于提供圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法及系统，考虑混凝土坍落度、粉煤灰掺量和温控措施等因素对圆弧形断面衬砌(包括城门洞型断面顶拱等)混凝土表面裂缝控制的影响，科学、有效地实现圆弧形断面衬砌混凝土早期表面温度裂缝实时控制。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
<方法>
如图3所示，本发明提供圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，包括以下步骤：
步骤1，收集圆弧形断面衬砌结构混凝土温度裂缝控制有关资料；
步骤2，实时获取现场浇筑圆弧形断面衬砌混凝土温控资料，监测温控数据；
步骤3，根据步骤1～2确定各参数，代入下列公式1中实时计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф：
Ф＝0.012E+0.36C×D+0.12Ta+0.04α×C×D-0.2T0-0.1Tg-0.14m×Ta+0.003Sb-0.19H×C×D+0.14H×T0-0.04H×Tg+0.007T0×Tg-0.002C×H×T0×D-12.36H/(2πR)(公式1)式中：D为混凝土坍落度(m)；m为混凝土表面保温系数；H为衬砌结构混凝土厚度(m)；R为圆形衬砌结构内半径(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(MPa)；Ta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(℃)；α为粉煤灰掺量，如掺量30％，则α＝0.3；tm为粉煤灰衬砌混凝土拆模时间；Sb为反映不同养护方式混凝土表面热量对流系数；Tg＝35-Tw，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Tw＝35℃，在通水冷却的情况下Tw为通水温度(℃)；
步骤4，基于内表温差控制值Ф，实时分析、优化调整现场施工圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制措施。
在步骤3和步骤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Ta应该采用提高后的洞内空气温度。
优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，在步骤3中，混凝土表面保温系数m的取值由如下公式2计算：
m＝m1×m2 (公式2)
式中：m1为混凝土浇筑模板保温系数，采用钢模台车浇筑时取m1＝1.0，采用木模板浇筑时取m1＝1.1；m2为拆除模板后表面覆盖保温系数，对于圆形断面衬砌取值分为以下情况：1)无覆盖保温措施，m2＝1.0；2)喷泡沫层，m2＝1.2。
优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，在步骤4中，具体分为以下3种情况进行实时控制措施优化：
(1)-1.0℃≤Ф≤0.2℃情况，则当前施工措施方案是合适的，继续采用；
(2)Ф小于-1.0℃情况，则可以适当放宽当前施工温控措施，对于采用常温水通水冷却情况可以取消通水冷却，对于采用制冷水通水冷却情况可以采用常温水；
(3)Ф大于0.2℃情况，应加强施工温控措施，对于夏季浇筑衬砌混凝土应降低水温加强通水冷却，对于冬季浇筑混凝土应喷1.5cm厚度泡沫保温；
上述(2)、(3)情况，还需要由公式1复核计算调整施工温控措施后的Ф值，使其满足-1.0℃≤Ф≤0.2℃，最终确定优化实时控制措施。
优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，在步骤2中，温控资料和监测数据包括：衬砌混凝土浇筑开始和结束时间；衬砌结构混凝土板厚度、圆形衬砌结构内半径；混凝土强度等级、坍落度；围岩变形模量；浇筑期环境气温；粉煤灰掺量；混凝土浇筑温度；通水和不通水冷却情况及其水温；混凝土浇筑模板拆除龄期；混凝土的保温养护方式。
优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，在步骤1中，平面衬砌结构混凝土相关资料包括：工程概况、水文气象资料；和圆弧形衬砌结构、混凝土温控设计技术要求资料。
优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，还可以包括：步骤5，根据步骤4确定的实时控制措施对圆弧形断面衬砌混凝土进行温控养护。
<系统>
进一步，本发明还提供了圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，包括：
收集部，收集圆弧形断面衬砌结构混凝土温度裂缝控制有关资料；
监测部，实时获取现场浇筑圆弧形断面衬砌混凝土温控资料，监测温控数据；
Ф计算部，根据收集部和监测部的数据确定各参数，代入下列公式1中实时计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф：
Ф＝0.012E+0.36C×D+0.12Ta+0.04α×C×D-0.2T0-0.1Tg-0.14m×Ta+0.003Sb-0.19H×C×D+0.14H×T0-0.04H×Tg+0.007T0×Tg-0.002C×H×T0×D-12.36H/(2πR)(公式1)式中：D为混凝土坍落度(m)；m为混凝土表面保温系数；H为衬砌结构混凝土厚度(m)；R为圆形衬砌结构内半径(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(MPa)；Ta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(℃)；α为硅粉掺量，如掺量30％，则α＝0.3；tm为硅粉衬砌混凝土拆模时间；Sb为反映不同养护方式混凝土表面热量对流系数；Tg＝35-Tw，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Tw＝35℃，在通水冷却的情况下Tw为通水温度(℃)；
优化部，基于内表温差控制值Ф，实时分析、优化调整现场施工圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制措施；
控制部，与收集部、监测部、Ф计算部、优化部均通信相连，控制它们的运行。
优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，还可以包括：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。
优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，在Ф计算部中，混凝土表面保温系数m的取值由如下公式2计算：
m＝m1×m2 (公式2)
式中：m1为混凝土浇筑模板保温系数，采用钢模台车浇筑时取m1＝1.0，采用木模板浇筑时取m1＝1.1；m2为拆除模板后表面覆盖保温系数，对于圆形断面衬砌取值分为以下情况：1)无覆盖保温措施，m2＝1.0；2)喷泡沫层，m2＝1.2。
优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，在优化部中，具体分为以下3种情况进行实时控制措施优化：
(1)-1.0℃≤Ф≤0.2℃情况，则当前施工措施方案是合适的，继续采用；
(2)Ф小于-1.0℃情况，则可以适当放宽当前施工温控措施，对于采用常温水通水冷却情况可以取消通水冷却，对于采用制冷水通水冷却情况可以采用常温水；
(3)Ф大于0.2℃情况，应加强施工温控措施，对于夏季浇筑衬砌混凝土应加强通水冷却(如降低水温)，对于冬季浇筑混凝土应喷1.5cm厚度泡沫保温；
上述(2)、(3)情况，还需要由公式1复核计算调整施工温控措施后的Ф值，使其满足-1.0℃≤Ф≤0.2℃，最终确定优化实时控制措施。优选地，本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，还可以包括：实施部，与控制部通信相连，根据确定的实时控制措施对圆弧形断面衬砌混凝土进行温控养护。
本发明提供的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，上述步骤3中的公式1，是通过如下方式证实其可靠性：国内大型水工地下洞室为例，进行圆形断面衬砌结构(图1)不同厚度、不同强度等级、不同洞内气温条件浇筑不同衬砌混凝土在不同温控措施条件共125个方案的温度与温度应力计算，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86个方案的参数列于表2，然后对这些数据进行验证分析，证实了计算结果与实测情况基本符合。
表1圆弧形断面衬砌混凝土125个方案数据
表2圆形断面衬砌混凝土65个方案数据(K>1.0)
发明的作用与效果
本发明涉及的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法及系统，首次提出了计入混凝土坍落度、温控措施影响计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф，温控措施包括钢模台车浇筑模板保温、木模板浇筑模板保温、拆除模板后表面无覆盖、拆除模板后喷泡沫层覆盖保温、降低浇筑温度、通水冷却等，能够科学、有效地实时确定内表温差控制值Ф，进而确定优化实时控制措施，从而对圆弧形断面衬砌混凝土的早期表面温度裂缝进行实时控制，防止早期表面温度裂缝。
附图说明
图1为本发明涉及的1.05m厚度圆形断面衬砌结构图(图中单位：cm)；
图2为本发明背景技术涉及的三峡水利枢纽右岸地下电站引水洞衬砌混凝土内部温度历时曲线图；
图3为本发明涉及的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法的流程图；
图4为本发明涉及的某水电站泄洪洞洞口冬季挂设保温措施。
具体实施方式
以下结合附图，以某水电站泄洪洞有压段圆弧形断面隧洞浇筑边顶拱240°范围(图1)衬砌结构混凝土为例，对本发明的具体实施方案进行详细地说明。
<水电站泄洪洞有压段圆弧形断面衬砌基本资料>
(1)概况
某水电站为大(一)型工程，泄洪洞为主要建筑物(Ⅰ级)，有压段为圆形断面，衬砌和围岩类别列于表3。衬砌断面的内径为7.5m(图1)，衬砌混凝土设计强度等级C9040，结构段分缝长度为9m。根据开挖初期洞内实测资料和设计院提供的资料，设计单位取多年平均气温为23.5℃，气温年变幅为1.5℃，根据规范采用余弦公式(3)计算。施工条件，招标文件可以提供出机口14℃制冷商品混凝土，可以实现浇筑温度18℃。可以提供两种水供通水冷却用，一是夏季8℃制冷水；二是常温自来水，夏季22℃，冬季10℃。
式中：Ta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泄洪洞有压段衬砌结构和围岩分类
(2)温控抗裂措施和设计技术要求
设计单位提出泄洪洞有压段温控标准列于表4，并提出具体温控措施要求如下。
表4泄洪洞进水塔、有压段衬砌混凝土温度控制标准
| 衬砌部位 | 温度控制方案 | 最高温度(℃) |
| 有压段底拱 | 浇筑温度不超过18℃ | 不大于37 |
| 有压段边顶拱 | 浇筑温度不超过18℃ | 不大于38 |
①优化混凝土配合比，控制水泥用量，降低水化热。根据相应科研试验成果，可考虑掺用适量粉煤灰，掺量不宜超过25％。在满足设计要求的前提下，粗骨料选用二级配。
②根据现场具体施工情况，边墙浇筑尽量采用常态混凝土浇筑。
③泄洪洞浇筑长度可在9m～12m之间选取，原则上不超过12m，施工缝具体位置可根据围岩的地质条件进行调整。有压段考虑施工方便，底拱90°范围内一次浇筑完成，无压段考虑施工交通问题，底板可采取半幅跳仓浇筑。
④混凝土强度达到70％强度，尽量延缓拆模时间。拆模后应及时洒水养护，以保证混凝土表面保持湿润即可，但不宜过量洒水，以免混凝土表面降温过快。
(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。进入冬季，选择保温效果好的保温材料覆盖混凝土暴露面，防止混凝土表面产生裂缝。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。
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。
(4)施工期洞内气温和过程中衬砌混凝土早期表面温度裂缝
泄洪洞混凝土施工期，各施工单位对洞内空气温度进行观测。某年10月至2年后的11月，对泄洪洞左、右岸有压段、无压段、龙落尾段共计进行了300多次气温实测。以年1月1日为日期坐标轴第一天。其中横坐标为时间，以天为单位；纵坐标为温度，以℃为单位。
根据泄洪洞洞室空气气温监测数据，采用最小二乘法进行余弦函数拟合得
式中：Ta为洞内时间τ的温度(℃)；τ为距离1月1日的时间(天)。
根据300多次气温实测：(1)实测泄洪洞空气温度，最低仅5℃，最高达31℃；(2)拟合洞内空气温度，最低仅12.57℃，最高25.99℃；(3)洞内实际空气温度无论是变幅还是最高、最低值都与温控设计计算及有关研究时采用值(22～25℃，公式3)差别很大，是由于泄洪洞开挖贯通后洞内空气流通，温度降低。
据此可知，泄洪洞开挖贯通后冬季洞内空气温度降低，大大增加了衬砌混凝土冬季温降幅度，从而会大大增加温降产生的拉应力，显著降低混凝土抗裂安全系数，导致衬砌混凝土容易产生温度裂缝。同时，洞内气温降低，加快了早期温降速率，增大内表温差，更容易产生早期表面裂缝。在施工过程中，混凝土浇筑开始2个月左右陆续发现早期表面裂缝和部分贯穿性温度裂缝。结果分析，与洞内气温明显较设计取值低密切相关。因此，非常有必要适应施工期情况变化，实时开展内表温差即早期表面裂缝控制。
<实施例一>泄洪洞Ⅲ1类围岩区1.0m厚度圆弧形断面(图1)衬砌混凝土内表温差实时控制
Ⅲ1类围岩区E2型1.0m厚度衬砌，是泄洪洞进口段，圆形断面结构(图1)，温控防裂难度较大。断面衬砌分2期浇筑，最先边顶拱240°范围，然后浇筑底拱120°范围。内表温差实时控制具体如下。
步骤1.收集整理圆弧形断面衬砌结构混凝土温度裂缝控制有关资料。工程概况、水文气象等资料，衬砌结构混凝土温控设计技术要求，以及施工期洞内气温检测成果如上。
步骤2.实时收集现场浇筑圆弧形断面衬砌混凝土温控资料，检测温控数据。
泄洪洞进口有压段某结构段边顶拱240°范围，于1月16日上午10时21分采用钢模台车开始浇筑，至17日下午16时30分完成浇筑，历时30时9分钟。至18日上午10时25分拆模，开始人工洒水养护28d。在施工过程中，注意资料收集和进行温控数据检测。这里结合上述资料和现场检测数据，列出上述需求资料。衬砌结构尺寸，E2型衬砌结构混凝土厚度H＝1.0m，圆形衬砌结构内半径R＝7.5m；混凝土强度等级C9040，则C＝40；Ⅲ1类围岩围岩变形模量E＝20GPa；粉煤灰掺量25％，则α＝0.25；浇筑期环境气温，进行了11次检测，计算洞内平均温度Ta＝12.6℃；混凝土浇筑温度，进行了9次检测，计算平均浇筑温度T0＝16.1℃；混凝土坍落度，进行了12次检测，计算平均坍落度162.3mm，即D＝0.1623m；冬季浇筑混凝土不通水冷却，取Tw＝35℃，计算Tg＝0℃；混凝土浇筑模板拆除龄期，tm＝2d4分钟；无保温覆盖，人工洒水养护方式，Sb＝100kJ/(m2·h·℃)，计算m＝1.0×1.0＝1.0。
步骤3.实时计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф。将上述参数代入公式1计算得到Ф＝0.019℃。
步骤4.实时分析、优化调整现场施工圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制措施。根据上述计算，Ф＝0.019℃，属于(1)-1.0℃≤Ф≤0.2℃情况，则当前施工措施方案是合适的，继续采用。
但由于Ф＝0.019℃，大于0℃，施工中宜适当加强温度控制，如进一步降低浇筑温度，或者冬季封闭洞口保温提高洞内气温。
施工中，该工程接受建议，冬季进行了挂帘封闭洞口保温，见图4。使得洞内气温在冬季提高1～2℃，同时混凝土表面对流系数减小，温降速率降低，取得温度裂缝显著减少，特别是没有表面温度裂缝发生的显著效果。
<实施例二>泄洪洞Ⅳ类围岩区1.2m厚度圆弧形断面(图1)衬砌混凝土内表温差实时控制
Ⅳ类围岩区E4型1.2m厚度衬砌，是泄洪洞进口段，圆形断面结构(图1)，温控防裂难度较大。断面衬砌分2期浇筑，最先边顶拱240°范围，然后浇筑底拱120°范围。内表温差实时控制具体如下。
步骤1.收集整理圆弧形断面衬砌结构混凝土温度裂缝控制有关资料。工程概况、水文气象等资料，衬砌结构混凝土温控设计技术要求，以及施工期洞内气温检测成果如上。
步骤2.实时收集现场浇筑圆弧形断面衬砌混凝土温控资料，检测温控数据。
泄洪洞进口有压段某结构段边顶拱240°范围，于7月28日上午9时10分采用钢模台车开始浇筑，至29日下午17时10分完成浇筑，历时32时。至30日上午10时30分拆模，开始流水养护28d。在施工过程中，注意资料收集和进行温控数据检测。这里结合上述资料和现场检测数据，列出上述需求资料。衬砌结构尺寸，E4型衬砌结构混凝土厚度H＝1.2m，圆形衬砌结构内半径R＝7.5m；混凝土强度等级C9040，则C＝40；Ⅳ类围岩围岩变形模量E＝5GPa；粉煤灰掺量25％，则α＝0.25；浇筑期环境气温，进行了15次检测，计算洞内平均温度Ta＝27.1℃；混凝土浇筑温度，进行了12次检测，计算平均浇筑温度T0＝17.8℃；混凝土坍落度，进行了15次检测，计算平均坍落度163.1mm，即D＝0.1631m；夏季浇筑混凝土采用常温水通水冷却，检测22次，平均水温Tw＝23℃，计算Tg＝12℃；混凝土浇筑模板拆除龄期，tm＝2d1h10分钟；流水养护方式，Sb＝300kJ/(m2·h·℃)。
步骤3.实时计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф。将上述参数代入公式1计算得到Ф＝-0.11℃。
步骤4.实时分析、优化调整现场施工圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制措施。
根据上述计算，Ф＝-0.11℃，属于(1)-1.0℃≤Ф≤0.2℃情况，则当前施工措施方案是合适的，继续采用。因此，对于满足表面温度裂缝控制而言，可以继续采用目前温控措施。
<实际工程温控防裂效果与经验>
该实际泄洪洞工程，围绕内部最高温度控制进行衬砌混凝土温度裂缝控制，技术要求和实际温控措施见上述资料。由于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。但在初期浇筑1.0m及其以下厚度较小的衬砌结构腰线在早期有的发生表面裂缝，长度较短。后期，依据本发明实施例上述方法，对于1.0m及以下厚度小的衬砌结构，必须要注意控制内表温差，从而控制早期表面温度裂缝。施工中，该工程接受了冬季挂帘封闭洞口保温的建议(图4)，使得洞内没有了穿堂风，气温在冬季提高1～2℃，同时混凝土表面对流系数减小，温降速率降低，取得温度裂缝特别是表面裂缝没有再发生的效果。
以上防裂效果表明，采用本发明提出的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф，考虑温控措施的影响，能够科学、有效地实时优化控制措施，防止早期表面温度裂缝。
<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圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，该系统包括收集部、监测部、Ф计算部、优化部、实施部、输入显示部、控制部。
收集部用于执行上文步骤1所描述的内容，收集圆弧形断面衬砌结构混凝土温度裂缝控制有关资料。本实施例中，是通过输入显示部显示提示信息，让用户批量导入或者输入工程概况、水文气象资料；圆弧形衬砌结构、混凝土温控设计技术要求资料等。
监测部用于执行上文步骤2所描述的内容，实时获取现场浇筑圆弧形断面衬砌混凝土温控资料，监测温控数据。
Ф计算部用于执行上文步骤3所描述的内容，根据收集部和监测部的数据确定各参数，代入下列公式1中实时计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф。
优化部用于执行上文步骤4所描述的内容，基于内表温差控制值Ф，实时分析、优化调整现场施工圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制措施。
实施部用于执行上文步骤5所描述的内容，根据确定的实时控制措施对圆弧形断面衬砌混凝土进行温控养护。
输入显示部用于让用户输入操作指令，并进行相应显示。
控制部与收集部、监测部、Ф计算部、优化部、实施部、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掺粉煤灰圆弧形断面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.圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，收集圆弧形断面衬砌结构混凝土温度裂缝控制有关资料；
步骤2，实时收集现场浇筑圆弧形断面衬砌混凝土温控资料，监测温控数据；
步骤3，根据步骤1～2确定各参数，代入下列公式1中实时计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф：
Ф＝0.012E+0.36C×D+0.12Ta+0.04α×C×D-0.2T0-0.1Tg-0.14m×Ta+0.003Sb-0.19H×C×D+0.14H×T0-0.04H×Tg+0.007T0×Tg-0.002C×H×T0×D-12.36H/(2πR)(公式1)
式中：D为混凝土坍落度；m为混凝土表面保温系数；H为衬砌结构混凝土厚度；R为圆形衬砌结构内半径；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；Ta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；α为硅粉掺量；tm为硅粉衬砌混凝土拆模时间；Sb为反映不同养护方式混凝土表面热量对流系数；Tg表示温度效应值；
步骤4，基于内表温差控制值Ф，实时分析、优化调整现场施工圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制措施。
2.根据权利要求1所述的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，其特征在于：其中，在步骤3中，混凝土表面保温系数m的取值由如下公式2计算：
m＝m1×m2 (公式2)
式中：m1为混凝土浇筑模板保温系数，采用钢模台车浇筑时取m1＝1.0，采用木模板浇筑时取m1＝1.1；m2为拆除模板后表面覆盖保温系数，对于圆形断面衬砌取值分为以下情况：1)无覆盖保温措施，m2＝1.0；2)喷泡沫层，m2＝1.2。
3.根据权利要求1所述的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，其特征在于：其中，在步骤4中，具体分为以下3种情况进行实时控制措施优化：
(1)-1.0℃≤Ф≤0.2℃情况，则当前施工措施方案是合适的，继续采用；
(2)Ф小于-1.0℃情况，则可以适当放宽当前施工温控措施，对于采用常温水通水冷却情况可以取消通水冷却，对于采用制冷水通水冷却情况可以采用常温水；
(3)Ф大于0.2℃情况，应加强施工温控措施，对于夏季浇筑衬砌混凝土应加强通水冷却，对于冬季浇筑混凝土应喷1.5cm厚度泡沫保温；
上述(2)、(3)情况，还需要由公式1复核计算调整施工温控措施后的Ф值，使其满足-1.0℃≤Ф≤0.2℃，最终确定优化实时控制措施。
4.根据权利要求1所述的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，温控资料和监测数据包括：衬砌混凝土浇筑开始和结束时间；衬砌结构混凝土板厚度、圆形衬砌结构内半径；混凝土强度等级、坍落度；围岩变形模量；浇筑期环境气温；粉煤灰掺量；混凝土浇筑温度；通水和不通水冷却情况及其水温；混凝土浇筑模板拆除龄期；混凝土的保温养护方式。
5.根据权利要求1所述的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，平面衬砌结构混凝土相关资料包括：工程概况、水文气象资料；和圆弧形衬砌结构、混凝土温控设计技术要求资料。
6.根据权利要求1所述的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制方法，其特征在于，还包括：
步骤5，根据步骤4确定的实时控制措施对圆弧形断面衬砌混凝土进行温控养护。
7.圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，其特征在于，包括：
收集部，收集圆弧形断面衬砌结构混凝土温度裂缝控制有关资料；
监测部，实时获取现场浇筑圆弧形断面衬砌混凝土温控资料，监测温控数据；
Ф计算部，根据收集部和监测部的数据确定各参数，代入下列公式1中实时计算圆弧形断面衬砌混凝土内表温差控制值Ф：
Ф＝0.012E+0.36C×D+0.12Ta+0.04α×C×D-0.2T0-0.1Tg-0.14m×Ta+0.003Sb-0.19H×C×D+0.14H×T0-0.04H×Tg+0.007T0×Tg-0.002C×H×T0×D-12.36H/(2πR)(公式1)
式中：D为混凝土坍落度；m为混凝土表面保温系数；H为衬砌结构混凝土厚度；R为圆形衬砌结构内半径；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；Ta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；α为硅粉掺量；tm为硅粉衬砌混凝土拆模时间；Sb为反映不同养护方式混凝土表面热量对流系数；Tg表示温度效应值；
优化部，基于内表温差控制值Ф，实时分析、优化调整现场施工圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制措施；
控制部，与收集部、监测部、Ф计算部、优化部均通信相连，控制它们的运行。
8.根据权利要求7所述的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，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。
9.根据权利要求7所述的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，其特征在于：其中，在Ф计算部中，混凝土表面保温系数m的取值由如下公式2计算：
m＝m1×m2 (公式2)
式中：m1为混凝土浇筑模板保温系数，采用钢模台车浇筑时取m1＝1.0，采用木模板浇筑时取m1＝1.1；m2为拆除模板后表面覆盖保温系数，对于圆形断面衬砌取值分为以下情况：1)无覆盖保温措施，m2＝1.0；2)喷泡沫层，m2＝1.2。
10.根据权利要求7所述的圆弧形断面衬砌混凝土内表温差实时控制系统，其特征在于：其中，在优化部中，具体分为以下3种情况进行实时控制措施优化：
(1)-1.0℃≤Ф≤0.2℃情况，则当前施工措施方案是合适的，继续采用；
(2)Ф小于-1.0℃情况，则可以适当放宽当前施工温控措施，对于采用常温水通水冷却情况可以取消通水冷却，对于采用制冷水通水冷却情况可以采用常温水；
(3)Ф大于0.2℃情况，应加强施工温控措施，对于夏季浇筑衬砌混凝土应加强通水冷却，对于冬季浇筑混凝土应喷1.5cm厚度泡沫保温；
上述(2)、(3)情况，还需要由公式1复核计算调整施工温控措施后的Ф值，使其满足-1.0℃≤Ф≤0.2℃，最终确定优化实时控制温控措施。
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