边顶拱筑温度不超过 18°C，最高温度不大于38°C。冬季施工，在混凝土浇筑温度能够低于18°C的情况下，可以采 用自然入仓的混凝土浇筑。夏季施工时推荐以下方案：有压段，混凝土浇筑温度18°C，水管 间距I. 0m，水管长度100m，冷却水流量2. 0m3/h，冷却水温20°C (常温水），混凝土浇筑时开 始通水，通水冷却18天。
[0053] 3、温控防裂方案设计例
[0054] (I) II类围岩区El型衬砌。
[0055] 夏季8月份浇筑情况，招标文件可以提供出机口 14°C制冷商品混凝土，实现浇筑 温度18°C。根据施工条件拟定8°C制冷水和22°C常温水两个通水冷却方案。将两个拟定温 控方案代入式（5)计算得：浇筑温度18°C +8°C制冷水通水冷却方案Inax= 33. 5°C< 37°C; 浇筑温度18°C +22°C常温水通水冷却方案Inax= 37. 1°C~37°C，小于38°C。因此推荐浇筑 温度18°C +22°C常温水通水冷却方案（与设计方案基本一致）。
[0056] 冬季2月份浇筑情况，拟定不通水冷却18°C、16°C浇筑和18°C +10°C常温水三个 方案，代入式（5)计算得40°C、38. 1°C、34°C。因此推荐冬季浇筑温度能够低于16°C的情况 下，可以采用自然入仓的浇筑方案。
[0057] (2) III 2类围岩区E3型衬砌
[0058] 为减小篇幅，只简要介绍设计计算成果。由式（5)计算得：夏季18°C浇筑+22°C 常温水通水冷却时^^,= 36. 89°C，满足要求；冬季16°C浇筑时1~_= 37. 85°C，基本满足要 求。
[0059] (3) IV类围岩区E4型衬砌
[0060] 为减小篇幅，只简要介绍设计计算成果。由式（5)计算得：夏季18°C浇筑+22°C常 温水通水冷却时Inax= 38. 12°C，基本满足要求；冬季15°C浇筑T _= 37. 87°C，基本满足要 求。
[0061] (4)与设计温控方案比较分析
[0062] 根据以上计算成果，本发明方法设计温控防裂方案，夏季与设计推荐方案基本一 致，冬季比设计要求更高即浇筑温度低些。这是因为设计仅根据夏季有限元法计算推荐方 案推荐的夏季、冬季浇筑方案。所以，本发明方法推荐方案事实上与有限元法是一致的，精 度相当。
[0063] 4、施工过程温控防裂方案实时设计计算
[0064] 施工中，由于隧洞开挖与外界贯通，洞内空气温度迅速下降接近外界气温变化。 2009年10月至2012年11月，对泄洪洞（左、右岸）共计进行了 300多次气温实测，汇总 示于图6。其中以2010年1月1日为日期坐标轴第一天。其中横坐标为时间（天）；纵坐 标为温度（°C )。采用最小二乘法进行余弦函数拟合得
[0066] 式中：Ta为洞内温度（°C );
[0067] τ为距离1月1日的时间（天）。
[0068] 由于洞内气温变化，施工中必须实时重新设计计算。这里仅简要介绍II类围岩区 El型衬砌设计结果。夏季8月，18°C浇筑+22°C常温水通水冷却方案计算Inax= 37. 3°C，满 足要求。冬季2月15°C浇筑，计算得Inax= 37. 6°C< 38°C，基本满足要求。
[0069] 结果表明，施工期洞内气温夏季升高大约rc，对温控方案影响不大；但冬季洞内 气温降低9. 41°C，温控方案要求比设计阶段进一步降低浇筑温度rc左右。
[0070] 5、泄洪洞有压段温控防裂实施情况
[0071] (1)衬砌混凝土温度观测成果
[0072] 将左、右岸泄洪洞有压段衬砌混凝土温控成果及其超温情况进行统计分析，列于 表2~5〇
[0073] 表2 2010年泄洪洞衬砌混凝土内部最高温度统计表
[0076] 表3 2010年左、右岸泄洪洞衬砌混凝土浇筑温度统计表
[0083] 混凝土内部温度观测成果表明：与设计标准相比，2010年和2011年左岸和右岸的 浇筑温度超温现象，分别为56. 6 %、13. 33 %;另外通水冷却的水温也普遍超过设计标准；因 此，最高温度也有一定的超温现象，分别为45. 28%、16. 67%。如果与本发明相比，由于冬季 要求浇筑温度比设计低，所以浇筑温度超温比例更大。
[0084] (2)衬砌混凝土裂缝情况
[0085] 泄洪洞有压段圆形断面衬砌混凝土裂缝情况，底拱混凝土没有裂缝，边顶拱混凝 土裂缝统计列于表6。
[0086] 表6有压段圆形断面衬砌混凝土裂缝情况
[0089] 根据泄洪洞有压段结构特点、衬砌混凝土施工工艺和表6的裂缝统计情况，综合 分析可以获得以下认识：
[0090] ①有压段边顶拱衬砌混凝土裂缝多，底板无裂缝。估计与边墙（边顶拱）尺度大 于底板，而且底板养护条件好些有关。这一结果与有限元法仿真计算结论一致。
[0091] ②两岸泄洪洞相比，左岸1#、2#比右岸3#、4#洞衬砌混凝土裂缝多，与左岸衬砌混 凝土最高温度超温比例大些（包括通水冷却水温高些的影响）有关。
[0092] ③根据裂缝普查的详细情况，围岩越坚硬完整温度裂缝越多。泄洪洞的有压段都 是围岩坚硬完整的II类围岩区的El型衬砌，尽管衬砌厚度小，却是温度裂缝的主要发生区 域；IV类围岩区厚度大的衬砌混凝土一般很少温度裂缝。
[0093] ④根据裂缝和最高温度超温的情况比较分析，说明本发明方法、计算公式，计算的 最高温度值和温控防裂方案是合理的，比设计建议更合理。
[0094] 6、与现场温度观测成果的比较（最高温度计算例）
[0095] 泄洪洞有压段第64仓测量的浇筑温度为19°C，通水冷却水温为26. 99°C，浇筑期 平均空气温度为27. 5°C，测量混凝土内部最高温度41. 6°C。有关条件代人式（5)，计算得混 凝土内部最高温度40. 65°C，与观测值的绝对误差为0. 95°C，相对误差2. 3%。
[0096] 泄洪洞有压段第66仓，测量浇筑温度为18. 2°C，通水冷却水温为24. 1°C，浇筑期 洞内平均空气温度为26. 4°C，混凝土内部最高温度39.%~。代人式（5)计算得混凝土内部 最高温度39. 34°C，误差0. 56°C，相对误差1. 4%。进一步说明本发明方法，计算衬砌混凝土 内部最高温度与现场测量成果的误差很小。
[0097] 综上实例设计计算分析表明，本发明，计算公式简单，计算衬砌混凝土最高温度能 够有效反映衬砌厚度、混凝土强度、浇筑温度、通水冷却及其水温、洞内气温和水温等的影 响，高精度迅速预测衬砌混凝土内部最高温度和快速设计温控方案，完全可以用于工程实 际开展温控防裂设计计算，特别是初步设计和现场施工实施方案快速调整。
[0098] 本发明的保护范围并不限于圆形断面衬砌混凝土结构，通过适当调整和变形，完 全可以在类似工程特别是地下工程结构中得到应用。显然，本领域的技术人员可以对本发 明进行某些公式结构的变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发 明权利要求及其等同技术的范围内，则发明的意图也包含这些改动和变形在内。
[0099] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【主权项】
1. 一种圆形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法，其特征在于：衬砌混凝 土内部最高温度Tmax，其计算公式为 Tnax= 4. 8478H+0. 1029C+0. 9508T〇+0. 0466Tg+0. 1686Ta-〇. 017 (T〇 ·Tg)+9. 967 (5) 式中：Η-衬砌混凝土结构厚度（m); C一衬砌混凝土按90天龄期设计的强度等级（MPa); T0-浇筑温度（°C); Ta-衬砌混凝土浇筑施工时洞内空气温度（°C); Tg= 35-Tw，代表通水温度效应值（°C)，Tw为通水温度，取Tw= 35°C计算Tg= 0时代 表没有通水冷却； 将衬砌结构厚度、混凝土强度等级、浇筑温度、通水冷却及其水温、洞内气温代入式（5) 计算获得对应温控防裂方案砌混凝土施工期内部最高温度。2. 如权利要求1所述的计算方法，其特征在于：用于温控防裂方案设计，包括以下步 骤：首先拟定多组可行温控防裂措施方案，分别用式（5)计算衬砌混凝土内部最高温度，在 计算值小于允许最高温度和经济、简单可行的条件下优选设计温控防裂方案。3. 如权利要求1所述的计算方法，其特征在于：用于椭圆形、马蹄形、门洞形及其组合 的断面形式的衬砌混凝土。4. 根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：所述圆形断面衬砌混凝土，包括地面 上与地面紧贴的板式衬砌、塔式、平台及其组合的结构工程混凝土。
【专利摘要】本发明公开了一种圆形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法，是将衬砌厚度、混凝土强度等级、浇筑温度、通水冷却及其水温、气温等代入计算公式，计算获得对应该温控措施方案施工期混凝土内部最高温度。还可以通过对多组拟定温控措施方案内部最高温度的计算，在计算值小于允许最高温度和经济、简单可行的条件下优化设计温控方案。本发明能够反映衬砌厚度、混凝土强度等级、浇筑温度、通水冷却及其水温等对内部最高温度的影响，计算值与现场测量、有限元法计算成果的误差很小，仅2.3%，精度高，计算简单。既可计算混凝土内部最高温度，也可用于优化设计温控防裂方案，可以推广在实际工程中应用，特别是初步设计和施工期实时快速设计计算。
【IPC分类】G06F17/50, E02B1/00
【公开号】CN105260531
【申请号】CN201510641163
【发明人】段亚辉, 樊启祥
【申请人】武汉大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月30日