衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法

摘要

本发明提供衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，包括：步骤1.收集衬砌混凝土温控用资料；步骤2.基于收集到的衬砌混凝土温控用资料计算通水冷却控制水温，包括：步骤2‑1.由公式1计算衬砌混凝土与冷却水之间的允许温差【△Tcw】＝2H+0.6C；步骤2‑2.计算通水冷却水温最低值Tw,min＝Tmax‑【△Tcw】；步骤2‑3.确定通水冷却控制水温Tw：根据施工现场可以通过的水温条件，结合计算通水冷却水温最低值Tw,min要求，在满足Tw≥Tw,min的前提下，确定通水冷却控制水温Tw；步骤3.根据通水冷却控制水温Tw对衬砌结构混凝土进行通水冷却，实现温控防裂，避免温降过快导致内部裂缝。

权利要求

1.一种衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1. 收集衬砌混凝土温控用资料；

步骤2. 基于收集到的衬砌混凝土温控用资料计算通水冷却控制水温，包括：步骤2-1. 由公式1计算衬砌混凝土与冷却水之间的允许温差【△Tcw】【△Tcw】 =2H+0.6C （公式1），式中：H为衬砌混凝土结构厚度，单位为m；C为衬砌混凝土的强度等级，单位为MPa；

步骤2-2. 计算通水冷却水温最低值Tw,minTw,min= Tmax-【△Tcw】（公式2），式中：Tmax为衬砌混凝土内部最高温度；

步骤2-3. 确定通水冷却控制水温Tw根据施工现场可以通过的水温条件，结合计算通水冷却水温最低值Tw,min要求，在满足Tw≥Tw,min的前提下，确定通水冷却控制水温Tw；

步骤3. 根据通水冷却控制水温Tw对衬砌结构混凝土进行通水冷却，实现温控防裂。

2.根据权利要求1所述的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，其特征在于：其中，步骤1包括：

步骤1-1. 整理分析衬砌结构工程基本资料，包括：收集与衬砌混凝土温控防裂及其通水冷却有关的设计、施工、监理资料；

步骤1-2. 分析衬砌混凝土温控设计技术要求，包括：混凝土温控、允许最高温度、温控防裂措施方面的技术要求。

3.根据权利要求1所述的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，其特征在于：其中，在步骤2-3中，Tw=Tw,min+（1~5℃）。

4.根据权利要求1或3所述的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，其特征在于：其中，在温升阶段尽可能降低水温，从而降低衬砌混凝土内部最高温度；在温降阶段按照满足步骤2-3要求的水温Tw，进行通水冷却，控制温降速度。

说明书

衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于衬砌结构混凝土温控防裂技术领域，具体涉及一种衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法。

背景技术

[0002] 衬砌是土木工程广泛采用的一种结构。衬砌混凝土由于水泥等胶凝材料的水化热作用会升温而产生很高的内部温度，如三峡水利枢纽永久船闸中输水洞衬砌混凝土内部最高温度达到近60℃，小浪底水电站输水洞衬砌混凝土内部最高温度达到70℃余。衬砌结构的厚度小，大多强度高(如大型水电站泄洪洞强度达到C50、C60)，内部温度高，温降幅度大，温升温降速度快，受到围岩和支护结构等极强约束的薄壁衬砌，在施工期容易发生温度裂缝,而且大多是贯穿性危害裂缝。如图1所示，裂缝的处理严重影响工程的进度工期和造价，未能修复完善的贯穿性裂缝(一般都难以达到原混凝土结构性能)严重影响衬砌结构的耐久性和寿命，甚至导致渗漏和威胁工程安全。喷射状态的漏水(东深供水雁田隧洞)还直接危害人的健康与舒适度。

[0003] 在混凝土内埋设冷却水管通水冷却，可以有效降低结构混凝土内部最高温度和内外温差，是一种极为有效的温控防裂施工措施，在各类土木建筑大体积混凝土工程建设中广泛采用。在地下水工衬砌混凝土温控防裂中采取通水冷却措施，最早于1999年在研究三峡永久船闸地下输水洞衬砌混凝土温控防裂中提出，在中隔墩输水洞衬砌混凝土温控施工中采用，取得一定效果。后来，在三峡右岸地下电站发电洞有压段衬砌混凝土温控防裂施工中全面采用。特别是，在溪洛渡、白鹤滩、乌东德等水电站地下工程混凝土温控防裂施工中全面采用。

[0004] 现行有关设计规范对于地下洞室工程衬砌混凝土温度控制与通水冷却一般都缺乏明确与具体的规定，水利水电枢纽工程中地下洞室衬砌混凝土的通水冷却都是参考大坝大体积混凝土通水冷却的方法。

[0005] 通水冷却在坝工混凝土温控中一般分3期采用：初期，目的是控制最高温度，尽可能降低最高温度，也就尽可能采用低温水和大流量；中期，目的是控制内外温差，水温宜适当；后期，目的是控制接缝灌浆后坝体降至稳定温度的温降幅度。但无论是哪一期，都需要控制坝体混凝土与冷却水之间的温差和温降速度，以及各期通水时间。坝体混凝土与冷却水之间的温差，各规范控制值基本一致，为20℃～25℃。温降速度，各规范控制值有较大差别，坝工规范为1.0℃/日；水工混凝土施工规范规定初期为1.0℃/日，中期为0.5℃/日。通水时间，坝工规范中没有详细规定；水工混凝土施工规范规定，初期冷却可取10～20d，中期通水冷却宜为1～2个月左右。另外，水工混凝土施工规范还规定初期通水管中水的流速宜为0.6～0.7m/s，水流方向应每24h调换1次。

[0006] 混凝土与冷却水之间的温差控制，是为了既能够有效降低内部最高温度，又能够不至于温降过快导致混凝土裂缝或者管周混凝土裂缝。但衬砌混凝土的强度差别大(C20～C60)，能够承受这种温差的能力也相差很大，采取上述20℃～25℃允许值范围不足以反映这么大的强度差别。所以，需要重新研究衬砌混凝土与冷却水之间的允许温差。

[0007] 综合以上情况说明，目前采用的衬砌结构混凝土内部温度控制通水冷却方法，其通水冷却水温控制(混凝土与冷却水之间的允许温差)的科学性差、没有理论支撑、明显不合理，混凝土温度裂缝控制保障差。

发明内容

[0008] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，科学实现衬砌结构混凝土内部通水冷却温度裂缝控制。

[0009] 本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

[0010] 如图3所示，本发明提供一种衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0011] 步骤1.收集衬砌混凝土温控用资料；

[0012] 步骤2.基于收集到的衬砌混凝土温控用资料计算通水冷却控制水温，包括：

[0013] 步骤2-1.由公式1计算衬砌混凝土与冷却水之间的允许温差【△Tcw】[0014] 【△Tcw】＝2H+0.6C  (公式1)，

[0015] 式中：H为衬砌混凝土结构厚度(m)，C为衬砌混凝土的强度等级(MPa)；

[0016] 步骤2-2.计算通水冷却水温最低值Tw,min

[0017] Tw,min＝Tmax-【△Tcw】  (公式2)，

[0018] 式中：Tmax为衬砌混凝土内部最高温度(℃)；

[0019] 步骤2-3.确定通水冷却控制水温Tw

[0020] 根据施工现场可以通过的水温条件，结合计算通水冷却水温最低值Tw,min要求，在满足Tw≥Tw,min的前提下，确定通水冷却控制水温Tw；实际工程中，通常是采用常温自来水，水温Tc由天然确定，如果该水温Tc满足≥Tw,min，则可以直接采用，即Tw＝Tc。

[0021] 步骤3.根据通水冷却控制水温Tw对衬砌结构混凝土进行通水冷却，实现温控防裂。

[0022] 优选地，本发明提供的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，还可以具有以下特征：步骤1包括：步骤1-1.整理分析衬砌结构工程基本资料，包括：收集与衬砌混凝土温控防裂及其通水冷却有关的设计、施工、监理资料；步骤1-2.分析衬砌混凝土温控设计技术要求，包括：混凝土温控、允许最高温度、温控防裂措施方面的技术要求。

[0023] 进一步，本发明提供的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，还可以具有以下特征：步骤1还包括：在步骤2-3中，Tw＝Tw,min+1～5℃。由于常温自来水的水温一般都较高，通常都能够满足要求，所以通常工程是采用常温水进行通水冷却。也正因为常温水的水温一般较高，通水冷却的效果就会较差。有的工程(如溪洛渡泄洪洞)为了进一步提高通水冷却降低混凝土内部温度的效果，采用专门的制冷水系统进行通水冷却，这时需要控制水温不能过低，宜将水温控制在Tw＝Tw,min+1～5℃的范围内。

[0024] 优选地，本发明提供的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法，还可以具有以下特征：在温升阶段尽可能降低水温，从而降低衬砌混凝土内部最高温度；在温降阶段按照满足步骤2-3要求的水温Tw，进行通水冷却，控制温降速度，避免温降过快导致内部裂缝。

[0025] 另外，上述衬砌混凝土与冷却水之间的允许温差的计算公式1，是结合溪洛渡、白鹤滩、乌东德3个巨型水电站工程泄洪洞和发电洞等不同结构厚度、不同强度(两个最主要参数)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水温控制对温度、温度应力、温度裂缝影响规律，以不导致抗裂安全系数降低为原则，通过创造性研究得到，包括如下过程。

[0026] 1、不同厚度衬砌混凝土通水冷却允许水温差【△Tcw】研究

[0027] 通水冷却水温的控制，一是控制水管周围混凝土的温度梯度，避免过大温度梯度导致管周混凝土裂缝；二是控制温降速度，避免温降速度过快产生超强度的拉应力导致混凝土裂缝。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，所以初期水温要低。温降阶段，水温过低既会导致温降速度过快也会导致管周混凝土温度梯度过大，所以必须控制水温。计算表明，一直采用低水温虽然可以降低混凝土内部最高温度和最大内表温差，但水温过低会使得混凝土温降过快、导致水管与附近混凝土温差过大，致使混凝土内部在通水期拉应力明显增大，抗裂安全系数反而下降。因此，以C9025常态混凝土为例，进行不同厚度衬砌混凝土通水冷却水温控制研究。其方案一是，在温升阶段采用低温水(8℃)，温降阶段采用22℃常温水(控制水温，即控制混凝土最高温度与水温的差)；方案二是，全过程采用低温水(恒定8℃)。通过比较，研究提出不同厚度衬砌混凝土通水冷却允许水温差【△Tcw】。整理两种通水方案下各衬砌中间点应力与最小抗裂安全系数特征值列于下表1；不同厚度衬砌通水冷却(温降阶段)允许水温差【△Tcw】列于下表2。

[0028] 表1两种通水方案下各衬砌中间点应力与最小抗裂安全系数特征值

[0029]

[0030] 表2不同厚度衬砌通水冷却(温降阶段)允许水温差【△Tcw】

[0031]

[0032] 结果表明：不论哪个衬砌厚度，与恒定低水温通水方案比较，采用分段通水方案后，养护期的最大拉应力有较为明显的下降，抗裂安全系数明显提高。因此，科学的方法是：在温升阶段，尽可能较低水温，降低最高温度；在温降阶段，控制水温，从而控制温降速度，避免温降过快导致内部裂缝。

[0033] 根据上表2可知C9025常态混凝土在混凝土内部温度下降过程，控制水温差△Tcw＝17℃～19℃。

[0034] 2、不同强度衬砌混凝土通水冷却允许水温差【△Tcw】研究

[0035] (1)C9030中热衬砌混凝土通水冷却允许水温差【△Tcw】研究

[0036] 对C9030混凝土，分别进行衬砌厚度为1.0m、1.5m、2.0m三种情况，恒定水温和分段通水方案的仿真计算，整理温度场、应力场特征值进行比较分析。其中：1.0m厚度C9030混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数列于下表3；1.5m厚度C9030混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数列于下表4；2.0m厚度C9030混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数列于下表5。

[0037] 表3 1.0m厚度C9030混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数

[0038]

[0039] 表4 1.5m厚度C9030混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数

[0040]

[0041]

[0042] 表5 2.0m厚度C9030混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数

[0043]

[0044] 根据以上计算成果，整理C9030衬砌混凝土分段水温与混凝土温降阶段允许水温差列于下表6。

[0045] 表6 C9030衬砌混凝土分段水温与混凝土温降阶段允许水温差

[0046]

[0047] C9030衬砌混凝土，1.0m厚度混凝土水温差△Tcw＝20℃；1.5m和2.0m厚度混凝土水温差△Tcw＝23℃、25℃。比C9025衬砌混凝土有明显提高，而且厚度大的也高些。

[0048] (2)C9040中热衬砌混凝土通水冷却允许水温差【△Tcw】研究

[0049] 同样对C9040混凝土，分别进行衬砌厚度为1.0m、1.5m、2.0m三种情况，恒定水温和分段通水方案的仿真计算，整理温度场、应力场特征值进行比较分析。其中：1.0m、1.5m、2.0m厚度C9040混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数列于下表7至表9。

[0050] 表7 1.0m厚度C9040混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数

[0051]

[0052] 表8 1.5m厚度C9040混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数

[0053]

[0054] 表9 2.0m厚度C9040混凝土恒定水温与分段水温的温度、温度应力、最小抗裂安全系数

[0055]

[0056]

[0057] 根据以上计算成果，整理C9040衬砌混凝土分段水温与混凝土温降阶段允许水温差列于下表10。

[0058] 表10 C9040衬砌混凝土分段水温与混凝土温降阶段允许水温差

[0059]

[0060] C9040衬砌混凝土，1.0m厚度混凝土水温差△Tcw＝28℃；1.5m和2.0m厚度混凝土水温差△Tcw＝29℃。比大坝混凝土控制值要大。所以，控制水温与混凝土强度有关，与采取厚度有较小的关系。

[0061] 3、衬砌混凝土通水冷却温降阶段允许水温差【△Tcw】综合研究

[0062] 综合以上C9025、C9030、C9040衬砌混凝土分段水温与混凝土温降阶段允许水温差研究成果，获得混凝土最高温度Tmax—冷却水温度Tw的允许温差【△Tcw】计算公式1。

[0063] 发明的作用与效果

[0064] (1)本发明方法可以适用于任何衬砌结构(包括不同土木工程类型、不同结构形式、不同厚度、不同强度等)进行衬砌混凝土通水冷却的水温控制。

[0065] (2)本发明方法科学实现衬砌混凝土通水冷却的水温控制。通水冷却控制水温差(混凝土最高温度Tmax—冷却水温度Tw的允许温差【△Tcw】)计算公式1，直接反映了衬砌厚度、强度的影响，避免了人工控制误差，降低了劳动强度，既不会过低水温通水冷却反而导致温度裂缝，又保证了采取合适水温通水冷却的温控质量。

[0066] (3)本发明方法科学科学性强。科学合理控制了通水冷却的水温，在温升阶段尽可能较低水温，降低最高温度；在温降阶段控制水温，从而控制温降速度，避免温降过快导致内部裂缝。确保了衬砌混凝土温度不会回升和温控质量，实现了全过程最有效降低温度应力和实现防裂目标。

附图说明

[0067] 图1为背景技术中涉及的三板溪水电站泄洪洞裂缝情况图，其中(a)为整体图，(b)为局部放大图；

[0068] 图2为本发明实施例中涉及的白鹤滩水电站泄洪洞边墙衬砌混凝土通水冷却水管现场图；

[0069] 图3为本发明实施例中涉及的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法的流程图；

[0070] 图4为本发明实施例中涉及的2#泄洪洞第4单元结构断面图；

[0071] 图5为本发明实施例中涉及的2#泄洪洞第4单元衬砌混凝土内部温度实测曲线图；

[0072] 图6为本发明实施例中涉及的白鹤滩水电站2#泄洪洞139单元衬砌断面图；

[0073] 图7为本发明实施例中涉及的白鹤滩水电站2#泄洪洞139单元衬砌混凝土温度历时曲线图。

具体实施方式

[0074] 以下结合附图，以如图2所示的白鹤滩水电站2#泄洪洞139单元衬砌混凝土为例，对本发明涉及的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法的具体实施方案进行详细地说明。

[0075] <白鹤滩水电站泄洪洞工程衬砌混凝土温控资料>

[0076] 1.工程概况

[0077] 白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，是长江开发治理的控制性工程。电站装机容量14004MW，多年平均发电量602.41亿kW·h，是全世界第2大水电站(仅次于三峡)。枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289.0m。泄洪设施包括大坝的6个表孔、7个深孔和左岸的3条泄洪隧洞。地下厂房系统采用首部开发方案，分别对称布置在左、右两岸，厂房内各安装8台水轮发电机组。

[0078] 地下工程包括导流隧洞、泄洪洞、发电输水系统等。导流洞工程已经过水运行。3条泄洪洞布置在左岸，采用无压泄洪洞型式，均由进水口(闸门室)、无压缓坡段、龙落尾段和出口挑流鼻坎组成，1#、2#泄洪洞龙落尾反弧直接接挑流鼻坎，3#洞因地形条件限制，反弧末端接一段坡度为8％的下平段，再接出口挑流鼻坎。

[0079] 泄洪洞洞身段包括泄洪洞无压段和泄洪洞龙落尾段，均为为城门洞形断面，根据衬砌厚度和围岩不同等特点，分成1.0m、1.2m、1.5m、2.5m四种厚度基本衬砌类型。

[0080] 2.混凝土设计允许最高温度和温控措施要求

[0081] 泄洪洞衬砌混凝土允许设计最高温度见下表11：

[0082] 表11泄洪洞衬砌低热混凝土施工期允许最高温度  单位：℃

[0083]

[0084] 在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，可采用的措施包括(不限于)：

[0085] (1)优化混凝土配合比、提高混凝土抗裂能力。混凝土配合比设计和混凝土施工时，除满足混凝土标号及抗冻、抗渗、极限拉伸值值等主要设计指标外，还应满足施工匀质性指标和强度保证率。同时应加强施工管理，提高施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。

[0086] (2)合理安排混凝土施工程序和施工进度。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。

[0087] (3)控制混凝土内部最高温度。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、初期通水等。控制衬砌混凝土浇筑温度，4～9月为20℃；10月～次年3月为18℃。运输混凝土工具应有隔热遮阳措施，缩短混凝土暴晒时间，减少混凝土运输浇筑过程中的温度回升。尽量避免高温时段浇筑混凝土，应充分利用低温季节和早晚及夜间气温低的时段浇筑。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。

[0088] 3.冷却水管埋设

[0089] (1)泄洪洞流道衬砌混凝土需要埋设冷却水管进行通水冷却。冷却水管水平埋设，沿衬砌平面布置一排，间距为1.0～1.5m。

[0090] (2)混凝土冷却水管可采用高密度聚乙烯冷却水管，高密度聚乙烯冷却水管外直径 壁厚2mm，指标见下表12。

[0091] 表12高密度聚乙烯冷却水管指标

[0092]

[0093] (3)混凝土仓面冷却水管布置应按监理人批准的承包人的设计图纸所示或监理人的指示进行，供水干支管的布置、联结及保温由承包人根据工地情况确定，但必须经监理人批准。混凝土的稳定温度，混凝土降温速度、冷却程序以及温度监测方法均应按有关规定或监理人指示进行。

[0094] (4)冷却水管表面的油渍等应清除干净。循环冷却水管的单根长度一般不宜超过250m。预埋冷却水管不能跨越收缩缝。

[0095] (5)所有管道均按监理人批准的方式，用金属件拉紧或支撑固定。水管的所有接头应具有水密性，在有监理人在场的情况下清洗干净，并用0.35MPa的静水压力测试，水管埋设前在此压力下接头应不漏水。

[0096] (6)在混凝土浇筑前，冷却水管中应通以不低于0.2MPa压力的循环水检查。应用压力表及流量计同时指示管内的阻力情况。水管应细心地加以保护，以防止在混凝土浇筑过程中或浇筑后的其它工作中以及试验过程中使冷却水管产生移位或破环。伸出混凝土的管头应加帽覆盖的方法等予以保护。

[0097] (7)与各条冷却水管之间的联结应随时有效，并能快速安装和拆除，同时要能可靠控制某条水管的水流而不影响其它冷却水管的循环水。所有水管的进、出端均应作好清晰的标记以保证整个冷却过程中冷却水能按正确的方向流动。总管的布置应使管头的位置易于调换冷却水管中水流方向。冷却水流的方向每24h调换一次。承包人应保持书面记录，并每周向监理人上报以下记录：水压、每盘冷却水管进水端和出水端水流的流量和温度。

[0098] (8)管路在混凝土浇筑过程中，应有专人维护，以免管路变形或发生堵塞。在埋入混凝土30cm～60cm后，应通水(气)检查，发现问题，应及时处理。冷却水管在混凝土浇筑过程中若受到任何破坏，应立即停止浇混凝土直到冷却水管修复并通过试验后方能继续进行。

[0099] 4.通水冷却技术要求

[0100] 通水冷却水温：一般通18℃制冷水或清洁江水(江水水温不超过22℃)，混凝土温度与冷却水之间温差不超过25℃，冷却时混凝土日降温幅度不应超过2℃，水流方向应每天改变一次，使混凝土块体均匀冷却。设计通水历时7～20天。

[0101] 5.温度测量

[0102] (1)应采用埋设在混凝土中的电阻式温度计或热电偶进行混凝土的温度测量工作。施工期内，每10个浇筑仓选一个仓，且各个建筑物每月至少选择1个浇筑仓埋设施工期温度计，每个浇筑仓内埋设1～3支温度计，必要时增设测温计。

[0103] (2)应记录并每周提交一次温度测量报告报送监理人，内容除包括(但不限于)：混凝土浇筑温度、混凝土内部温度、每条冷却水管的冷却水流量、流向、压力、入口温度、出口温度以及监理人要求的其它测量指标。

[0104] (3)在混凝土施工过程中，应至少每4h测量1次出机口混凝土温度、入仓温度、浇筑温度以及浇筑体冷却水的温度，并做记录。

[0105] (4)混凝土浇筑温度的测量，每100m2仓面面积应不少于1个测点，每1浇筑层应不少于3个测点。测点应均匀分布在浇筑层面上。

[0106] (5)温度计安装完毕后，承包人应按监理人批准的方法对设备进行校正、观测、并记录仪器设备在工作状态下的初始读数。温度计埋设后24h以内，每隔4h测1次，之后每天观测3次，直至混凝土达到最高温度为止。以后每天观测1次，持续一旬。再往后每两天观测1次，持续1月，其余时段每月观测一次。

[0107] 实施例一2#泄洪洞第四单元衬砌混凝土通水冷却

[0108] 如图4所示，2#泄洪洞上平段第四单元衬砌结构厚度为2.5m，为C9040低热混凝土。边墙衬砌混凝土于2017年5月12日浇筑，以此为例。

[0109] 如图3所示，本实施例提供的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法包括包括以下内容：

[0110] 步骤1.分析衬砌混凝土温控资料，确定通水冷却温控方案：

[0111] 步骤1-1.整理分析衬砌结构工程基本资料。2#泄洪洞上平段第四单元衬砌结构基本资料，包括温控防裂及其通水冷却、设计技术要求等如上所述。由于白鹤滩水电站泄洪洞为1级建筑物，水流速度最大达到近50m/s，衬砌混凝土温控防裂非常重要。依据设计要求，需要采取有效措施包括通水冷却进行温控。

[0112] 步骤1-2.分析衬砌混凝土温控设计技术要求。包括混凝土温控、允许最高温度、温控防裂措施等方面的技术要求。根据以上白鹤滩水电站工程资料，2#泄洪洞上平段第四单元衬砌混凝土，需要控制浇筑温度、采取通水冷却措施。于2017年5月12日浇筑，依据表7设计要求，2.5m厚度衬砌混凝土的允许最高温度为42℃。

[0113] 步骤2.基于收集到的衬砌混凝土温控用资料计算通水冷却控制水温，包括：

[0114] 步骤2-1.由公式1计算衬砌混凝土与冷却水之间的允许温差【△Tcw】[0115] 【△Tcw】＝2H+0.6C  (公式1)，

[0116] 式中：H为衬砌混凝土结构厚度，C为衬砌混凝土的强度等级；

[0117] 将衬砌混凝土结构厚度H＝2.5m、衬砌混凝土的强度等级C＝40(MPa)代入公式1，计算得【△Tcw】＝29℃。

[0118] 步骤2-2.计算通水冷却水温最低值Tw,min

[0119] Tw,min＝Tmax-【△Tcw】  (公式2)，

[0120] 式中：Tmax为衬砌混凝土内部最高温度，根据类似工程经验，5月中旬浇筑2.5m厚度衬砌混凝土，预计C9040低热混凝土内部设计允许最高温度为42℃。

[0121] 将Tmax＝42℃，【△Tcw】＝29℃，代入公式2，计算得Tw,min＝13℃。

[0122] 步骤2-3.确定通水冷却控制水温Tw

[0123] 根据施工现场可以通过的水温条件，结合计算通水冷却水温最低值Tw,min要求，在满足Tw≥Tw,min的前提下，确定通水冷却控制水温Tw；

[0124] 根据Tw＝Tw,min+1～5℃，Tw宜在14℃～18℃之间，本实施例中，采取Tw＝18℃制冷水。

[0125] 步骤3.确定通水冷却温控方案，根据通水冷却控制水温Tw对衬砌结构混凝土进行通水冷却，实现温控防裂。

[0126] 通水冷却水管布置、流量控制等，如上述资料。通水冷却水管布置，沿边墙轴线(衬砌平面)间距为1.5m布置单层水管(见图2)；通水流量按照48m3/d控制。通水冷却水温，采取Tw＝18℃制冷水。

[0127] 按照确定通水冷却温控方案，在衬砌混凝土浇筑前布置通水冷却水管(及其控制开关)和在混凝土浇筑后通水冷却。通水冷却的水温控制为Tw＝18℃。具体见成果整理下表13。

[0128] 表13 2#第四单元衬砌混凝土浇筑实测数据

[0129]

[0130] 整理分析衬砌结构混凝土内部温度通水冷却控制成果：

[0131] 2#泄洪洞上平段第四单元衬砌结构混凝土于2017年5月12日浇筑，施工中采取了通水冷却措施，并按照上述温控方案和通水冷却时间10d进行通水冷却。

[0132] 根据施工记录，整理主要实测温控资料见表13所示，实测衬砌混凝土内部温度曲线示于图5实线。还采用有限元法进行通水冷却7d的仿真计算，混凝土内部温度曲线如图5虚线所示。

[0133] 以上成果表明：

[0134] (1)通水冷却水温Tw＝18℃，与混凝土内部最高温度41.87℃的差为23.87℃，小于29℃，也即Tw高于13℃，满足要求。同时Tw＝18℃＝13+5℃，是建议取值的上限，通水冷却水温合理。

[0135] (2)衬砌混凝土内部最高温度41.87℃，小于设计允许值42℃，满足设计技术要求，实现了温控目标。即通水冷却取得良好效果。

[0136] (3)衬砌混凝土温降速度，从3.5d的41.87℃至9d降低为34.7℃，平均温降速度1.3℃/d，小于2.0℃/d，满足要求。即，水温不过低，混凝土温降速度得到合理控制。

[0137] (4)至2019年3月观测表明，2#泄洪洞上平段第四单元衬砌结构混凝土没有任何裂缝发生，温控防裂取得很好的效果。

[0138] (5)按照本方案计算允许水温差进行通水冷却的水温控制，是科学的、合理的。

[0139] 实施例二2#泄洪洞第四单元衬砌混凝土通水冷却

[0140] 2#泄洪洞洞身第139单元，城门洞形衬砌，边墙衬砌厚度1.5m，沿泄洪洞轴线方向每隔12m设置环向施工分缝，IV类围岩，衬砌结构的底板和边墙为C9040低热水泥混凝土，顶拱为C9030低热水泥混凝土，如图6所示。温控基本资料同上。设计混凝土浇筑温度18℃，采用常温自来水保湿养护90d，通水冷却控制混凝土内部温度。于2018年11月12日浇筑浇筑。

[0141] 如图3所示，本实施例提供的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制方法包括包括以下内容：

[0142] 步骤1.分析衬砌混凝土温控资料，确定通水冷却温控方案

[0143] 步骤1-1.整理分析衬砌结构工程基本资料。2#泄洪洞上平段第139单元衬砌结构基本资料，包括温控防裂及其通水冷却、设计技术要求等如上所述。由于白鹤滩水电站泄洪洞为1级建筑物，水流速度最大达到近50m/s，衬砌混凝土温控防裂非常重要。依据设计要求，需要采取有效措施包括通水冷却进行温控。

[0144] 步骤1-2.分析衬砌混凝土温控设计技术要求。根据以上白鹤滩水电站工程资料，2#泄洪洞上平段第139单元衬砌混凝土，需要控制浇筑温度、采取通水冷却措施。于2018年
11月9日浇筑，依据以上表11的设计要求，1.5m厚度衬砌混凝土的允许最高温度为38℃。

[0145] 步骤2.基于收集到的衬砌混凝土温控用资料计算通水冷却控制水温，包括：

[0146] 步骤2-1.由公式1计算衬砌混凝土与冷却水之间的允许温差【△Tcw】[0147] 【△Tcw】＝2H+0.6C  (公式1)，

[0148] 式中：H为衬砌混凝土结构厚度，C为衬砌混凝土的强度等级；

[0149] 将衬砌混凝土结构厚度H＝1.5m、衬砌混凝土的强度等级C＝40(MPa)代入公式1，计算得【△Tcw】＝27℃。

[0150] 步骤2-2.计算通水冷却水温最低值Tw,min

[0151] Tw,min＝Tmax-【△Tcw】  (公式2)，

[0152] 式中：Tmax为衬砌混凝土内部最高温度，根据类似工程经验，11月中旬浇筑1.5m厚度衬砌混凝土，预计C9040低热混凝土内部设计允许最高温度为38℃。

[0153] 将Tmax＝38℃，【△Tcw】＝27℃，代入公式2，计算得Tw,min＝11℃。

[0154] 步骤2-3.确定通水冷却控制水温Tw

[0155] 根据施工现场可以通过的水温条件，结合计算通水冷却水温最低值Tw,min要求，在满足Tw≥Tw,min的前提下，确定通水冷却控制水温Tw；

[0156] 根据Tw＝Tw,min+1～5℃，Tw宜在12℃～16℃之间，根据当地水文资料，11月份江水温度，大约16℃左右，故在本实施例中，采取Tw＝16℃清洁江水进行通水冷却。

[0157] 步骤3.确定通水冷却温控方案，根据通水冷却控制水温Tw对衬砌结构混凝土进行通水冷却，实现温控防裂。

[0158] 通水冷却水管布置、流量控制等，如上述资料。通水冷却水管布置，沿边墙轴线(衬砌平面)间距为1.5m布置单层水管(见图2)；通水流量按照48m3/d控制。通水冷却水温，采取Tw＝16℃清洁江水。

[0159] 按照确定通水冷却温控方案，在衬砌混凝土浇筑前布置通水冷却水管(及其控制开关)和在混凝土浇筑后通水冷却。通水冷却的水温控制为Tw＝16℃。具体见成果整理。

[0160] 整理分析衬砌结构混凝土内部温度通水冷却控制成果：

[0161] 2#泄平洞洞身边墙衬砌第139单元混凝土浇筑时段：2018.11.9(07:50)-2018.11.10(14:20)。泄洪洞2#结构段边墙衬砌第139单元混凝土通水冷却水管布置见图2。
2支温度计于2018年11月8日上午安装就位。施工单位全过程对混凝土浇筑时的环境温度、混凝土入仓温度和浇筑温度进行了监测，结果列于表14。环境气温平均值为15.9℃，混凝土入仓温度平均值为12.8℃，混凝土浇筑温度平均值为14.6℃。通水冷却采用常温水16℃左右。

[0162] 表14白鹤滩水电站2#泄洪洞洞身边墙衬砌第139单元温度统计表

[0163]

[0164] 2018年11月9日9:00时浇筑混凝土开始淹没温度计，并开始进行通水冷却。2#泄平洞洞身边墙衬砌第139单元混凝土覆盖时温度：左边墙为15.0℃，历时41小时达最高温度29.8℃，最大温升14.8℃。如图7所示。

[0165] 以上成果表明：

[0166] (1)按照事前设计，通水冷却水温Tw＝16℃(清洁江水16℃)，与设计允许最高温度38℃的温差为22℃，小于【△Tcw】＝27℃，而且Tw＝16℃＝Tw,min+5℃，是建议取值的上限，设计通水冷却水温合理。施工中，实测混凝土内部最高温度29.8℃，实际水温差＝29.8-16＝
13.8℃℃，小于△Tcw】＝27℃，满足要求。但按实测混凝土内部最高温度Tw29.8℃和【△Tcw】＝27℃计算，可以采取更低的水温(29.8-27＝2.98℃，再加1～5℃，可以采用低至4～8℃℃水)进行通水冷却。如果采取更低至4～8℃水(即制冷水)通水冷却，可以更进一步降低混凝土最高温度，取得更好温控效果，但需要增加制冷费用。上述结果表明，采用常温(清洁江水
16℃)通水冷却，不需要制冷费，已经达到了温控目标(最高温度29.8℃小于设计允许值38℃)，完全不需要采取更低水温的水通水冷却，可以节约制冷费用，所以水温合理。

[0167] (2)实测混凝土内部最高温度29.8℃，远小于允许设计最高温度38℃，混凝土内部最高温度得到有效控制。说明通水冷却温控效果良好。

[0168] (3)从41h开始温降，至205h，历时8.5d，总温降11.5℃，实测温降过程的温降速度1.35℃/d，小于2.0℃/d，平均温降速度得到有效控制。即，水温不过低，混凝土温降速度得到合理控制。

[0169] (4)通水冷却流量48m3/d，满足满足设计技术要求；

[0170] (5)白鹤滩水电站2#泄平洞洞身边墙衬砌第139单元混凝土，至2019年3月已经历冬季“可能产生温度裂缝期”，没有发生任何裂缝，取得温控防裂显著效果。

[0171] 以上成果表明：

[0172] (1)实测混凝土内部最高温度29.8℃，远小于允许设计最高温度38℃，混凝土内部最高温度得到有效控制；

[0173] (2)从41h开始温降，至205h，历时8.5d，总温降11.5℃，实测温降过程的温降速度1.35℃/d，小于2.0℃/d，平均温降速度得到有效控制；

[0174] (3)浇筑温度平均14.6℃，小于18℃，满足设计技术要求；

[0175] (4)通水冷却水温16℃，与混凝土内部最高温度29.8℃的差为13.8℃，小于25℃，满足设计技术要求；

[0176] (5)通水冷却流量48m3/d，满足满足设计技术要求；

[0177] (6)白鹤滩水电站2#泄平洞洞身边墙衬砌第139单元混凝土，至2019年3月已经历冬季“可能产生温度裂缝期”，没有发生任何裂缝，取得温控防裂显著效果。

[0178] 以上实施例的结果表明，本发明方法可以适用于任何衬砌结构(包括不同土木工程类型、不同结构形式、不同厚度、不同强度等)进行衬砌混凝土通水冷却水温控制。

[0179] 本发明方法科学，通水冷却衬砌混凝土与冷却水之间的允许温差计算公式1，直接反映了衬砌厚度和强度等级的影响，保证了通水冷却温控质量。

[0180] 本发明方法科学合理控制了通水冷却的水温，在温升阶段尽可能较低水温，降低最高温度；在温降阶段控制水温，从而控制温降速度，避免温降过快导致内部裂缝。确保了衬砌混凝土温度不会回升和温控质量，实现了全过程最有效降低温度应力和实现防裂目标。

[0181] 上述实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的衬砌结构混凝土通水冷却水温控制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。