中铁十局集团西北工程有限公司重点工程项目部 陕西西安 710000
摘要：针对呼和浩特1号线地铁车站冬期施工，结合当地实际气候情况，从导墙、地下连续墙、冠梁、土方开挖、主体结构等各种施工工况进行技术研究，经过热工计算，冬期施工防冻措施主要采用蓄热法、暖棚法两种相结合的方法，混凝土实体检测强度能够达到设计要求，该方法通过实践证明效果俱佳，给类似工程提供参考，具有借鉴意义。
关键词：地铁车站 冬期施工 暖棚法 实体强度
0引言
呼和浩特市轨道交通1号线一期工程具有工期紧、冬期较长、有效施工工期短的特点，根据总体施工筹划和前期工程实施情况，须采取冬期施工措施。为减少冬期低温环境对施工的影响，确保冬期施工项目安全、质量、进度受控，特对高寒地区地铁车站施工进行技术研究，用于指导工程施工合理化、科学化。
1 工程背景
呼和浩特市地铁1号线一期工程01标包括3站3区间，车站总长671.65米，西二环路站（原金海工业园区站）车站长度277.65m，宽度19.8m，埋深16.86m，孔家营站车站长度191m，宽度19.7m，埋深16.56m，呼钢东路站车站长度203m，宽度19.7m，埋深16.36m，三座车站结构形式均为地下两层单柱双跨钢筋混凝土矩形框架结构，均采用明挖顺做法施工。
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图1.1 01标位置平面图
2 冬期施工条件界定
（1）基本条件
按照规范要求，当室外日平均温度（日最高与最低温度的平均值或当地时间6时、14时、21时室外气温平均值）连续5天低于5℃或日最低温度在-3℃以下，即进入冬季施工，当室外日平均温度连续5天高于5℃，即结束冬季施工。
（2）冬施条件
结合呼和浩特地区历年的气温数据，呼和浩特市从11月份进入冬期施工，来年3月份结束冬季施工，冬期施工时间段为2017年11月1日-2018年3月31日，历时共5个月，期间的冻土厚度约在1.6-1.8m之间。
3 冬施所需主要物资
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4 冬施主要技术措施
4.1钢筋工程
（1）采取保温取暖措施，钢筋加工棚框架采用钢管和角钢搭接，外面铺设一层PVC塑料软门帘进行隔热，棚顶用篷布进行覆盖，采用暖风机进行加热，使钢筋加工棚环境温度控制在5℃以上。
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图4.1-1 钢筋加工暖棚示意图
（2）须将钢筋原材提前放入加工棚内进行升温，焊接作业必须在温度达到-20℃以上才能进行，钢筋需在负温条件下使用时，施工过程中应加强管理和检验，运输和加工钢筋过程中应防止撞击和刻痕。钢筋套丝机设置在暖棚内，防止加水稀释后的乳化液受冻；
（3）钢筋原材和半成品在室外堆放时，必须全部用棉被+彩条布覆盖。
4.2地连墙冬期施工
（1）导墙施工
导墙冬期施工的必须注意防潮保暖，待导墙浇筑完成，在导墙外露部分铺设一层塑料薄膜，上面盖着厚棉被，厚棉被上面再利用彩条布覆盖，并在导墙内放置两台45KW暖风机进行保温。具体做法如下：
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图4.2-1 导墙冬期施工保温示意图
（2）泥浆池保温措施
①泥浆池入冬前，应做好保温工作，随时进行检查。一旦冻结需及时进行破冻处理。现场泥浆箱用钢管搭设临时暖棚（如下图）暖棚内采用4台45KW暖风机提供热源，外铺设一层阻燃岩棉篷布，泥浆箱外贴保温板进行保温。
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图4.2-2 泥浆池临时保温暖棚
②冬期施工配置泥浆时，拌制泥浆用膨润土或黏土用岩棉被覆盖，以保持膨润土或黏土的温度。不得采用过期的膨润土或者受水影响的膨润土进行拌制，严禁使用结冰的水；泥浆温度在成槽过程中不得低于5℃，严禁使用氯盐类防冻剂。
③泥浆循环管路均使用直径100mmPE管道，在温度高于-10℃时采用5cm保温棉包裹，当温度低于-10℃时采用电热丝包裹，连接处用热熔焊接，每30米预留一个三通接口，电热丝保持通电，避免泥浆系统被冰冻。在开挖槽段时，利用泥浆泵将槽段内泥浆不断在运输管路循环，确保管路中泥浆持续流动。另设两套备用管路，如果受冻立即更护管路。
④除砂器、除泥器和离心机停用前，疏通滴流口，使泥浆全部放出，在离心机、砂泵、搅拌器启动前，先盘动2～3圈，无异常情况后，方可启动。
（3）水下混凝土灌注
地下连续墙为水下浇筑混凝土，地下连续墙混凝土顶部浇筑面在防冻层以下，不必考虑养护问题。主要采用加防冻剂及当外界气温低于-10℃时，罐车罐体加盖棉被等措施以控制混凝土在运输过程中的保温。
浇筑完成后，残留在管内的混凝土要及时清除，混凝土浇筑完毕后，用木板覆盖，防止雪花飘入引起泥浆结冰，待混凝土初凝后用较干的粉土填平，以保证地连墙顶混凝土的质量。
4.3冠梁及砼支撑冬期施工措施
现场搭设暖棚进行保温养护施工，混凝土浇筑完成后在表面覆盖一层塑料薄膜+两层棉被（根据温度高低选用一层或两层棉被），棉被上覆盖彩条布，彩条布利用模板方木撑开，形成小的密闭空间，内部用2台45KW暖风机提供热源。
4.4土方开挖技术措施
（1）在呼和浩特地区冬期施工，冻土厚度一般达到1.2m～1.5m左右，一般可采用挖掘机直接开挖基坑。如果冻土地层太硬难以直接开挖时，则需利用挖掘机破碎锤逐块对冻土区域进行破碎。现场及时清理破碎后的冻土，避免二次冻结；
（2）冬期施工期间，运输道路和施工现场清除积水并采取在拉槽段坡面铺设炉渣或中砂等防滑措施，以防止坡面结冰或溜滑，确保运输安全。
（3）开挖因故暂停时，挖方工作面可用挖土机先行翻松40～60cm土或用土工布+保温棉被进行覆盖。
（4）基坑开挖到底时在基槽底标高以上预留30cm土层，待验完槽后一并清理，同时应采用保温棉被等材料覆盖。
4.5冻土地基处理技术措施
（1）基础侧表面可回填非冻胀性的中砂和粗砂，其厚度不小于500mm，以减小和消除切向冻胀力。
（2）基础厚度可采取换填法，用非冻胀性的粗颗粒土做垫层，但垫层的厚度必须坐落在设计冻深线处。
（3）在冬期施工地下结构时，在覆土回填前，结构内采取加热和保温措施，以避免结构底部和侧面土体和地下水的冻胀。
4.6 混凝土工程技术措施
（1）混凝土施工相关要求
①混凝土在其抗压强度达到设计强度的30%前不得受冻，当混凝土抗压强度未达到5MPa前，不得受冻。
②施工采用商品混凝土，商品混凝土应考虑拌合站冬施期间的材料、配比、拌和温度、保温措施等，混凝土搅拌车在运输过程中必须套保温套并错开交通高峰期以尽可能的缩短运输时间。混凝土在灌注过程中安排技术人员对每车砼的出罐、入模温度及坍落度进行测量并作好记录。提前关注天气预报以便选择合适的浇筑日期，并排专人前往搅拌站进行质量监督，混凝土到场后由专业实验人员作好混凝土试件并作好养护。
③对于冬施期间喷射混凝土和冠梁支撑混凝土质量严格控制，从原材料、配合比等入手，严格控制入模温度，垫层混凝土尽量安排在白天温度较高时浇筑，并及时覆盖或蓄热保温，喷射混凝土尽量安排在初冬阶段，避免在寒冬阶段施工，极寒阶段应停止施工，在喷射混凝土和冠梁支撑混凝土完成面采用悬挂和覆盖棉被、土工布等保温材料进行保温，必要时采用电热毯。
（2）混凝土浇筑过程保温：
①车站主体结构施工时首先浇筑底板及底板梁，其次浇筑站台层结构柱、下侧墙及中板，再进行站厅层结构柱，最后浇筑上侧墙和顶板，具体工艺流程见下图：
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图4.6-1主体结构施工工艺流程图
②底板保温：
方法一：暖棚保温法：
浇筑前在第二道钢支撑上铺设蓝银布下垂至基底面，将整个底板面包裹，形成密闭空间。内部放置火炉加热（平均50㎡放置一个），保证在浇筑前棚内温度达到5℃以上。
浇筑时分片、分段进行，浇筑前提前布置好蓝银布浇筑完成后及时封闭上方蓝银布。待混凝土初凝（可站人）后，采用塑料薄膜+土工布将混凝土进行覆盖，防止表面受冻，送入火炉生火保温。
方法二：保温覆盖法：
浇筑混凝土时，提前准备好保温覆盖材料，在混凝土浇筑完成后抓紧组织人员覆盖，分五层进行覆盖：塑料薄膜+土工布+电热毯+棉被+塑料布（彩条布）。
③中（顶）板、侧墙保温：
中（顶）板、侧墙混凝土浇筑前，从第二道钢支撑（混凝土支撑）上铺设蓝银布下垂至2端底板面，形成密闭保温棚，将整个底板、侧墙全部进行包裹，并在底板（中板）上设置4-6台45KW暖风机，暖风机加热范围较火炉广，辐射范围更大，能能够保证暖棚内整体温度均衡，保证在混凝土浇筑前棚内温度达到5℃以上。
中板、顶板混凝土浇筑时，根据浇筑顺序将覆盖蓝银布逐块掀开，浇筑完成后立即恢复覆盖，保证混凝土表面环境温度达到均在5℃以上，待混凝土初凝（可站人）后，采用塑料薄膜+土工布+棉被将混凝土进行覆盖。
④立柱保温：
立柱混凝土浇筑前，先采用棉被或军用篷布搭设保温棚。因保温棚下垂时与脚手架横杆相互影响，在搭设脚手架时，预留立柱周边1.5m范围内的横杆暂不搭设，待立柱拆模后补加该部分横杆。
立柱浇筑时，将柱顶覆盖棉被掀开分层灌注混凝土，在棚底部放置蜂窝煤炉并烧水蒸汽进行加热、加湿，待混凝土浇筑完成后，将柱顶开口用棉被填塞，保证形成密闭空间进行养生。
立柱浇筑后，按上述方法养护2-3天后，待立柱混泥土强度达到30％，可以拆除立柱模板，然后继续养生至混凝土强度达到80％，方可撤除保温措施。
（3）结构墙、板、梁暖棚蓄热热工计算
明挖结构板混凝土养护蓄热暖棚耗热量计算（高度取10m，宽22.7m，长25m）
Q0=Q1+Q2
其中：Q0为暖棚总耗热量，Q1为通过围护结构各部位的散热量之和，Q2为通风换气引起的热损失。
Q1=∑A×K×（Tb-Ta）
其中A为表面积，按最大断面处计算，
A=22.7*25+22.7*10=794.5m2
蓝银布厚度d1=0.002m，导热系数λ1=0.06，则传热系数K=1/（0.04+d/λ+ 0.114）为： K1=5.33
Tb为棚内温度取5℃，Ta为棚外温度，取-15℃
Q1=∑A×K×（Tb-Ta）=794.5*5.33*20=84694W
Q2=[V×n×Cn×ρa×（Tb-Ta）]/3.6=0
V为暖棚体积，n每小时换气次数（不换气），Cn空气比热容取1KJ/Kg·K，ρa空气表观密度取1.37kg/m3，Tb为棚内温度取5℃，Ta为棚外温度，取-15℃
Q=Q1+Q2=84694W
因此，根据上述计算，考虑在大暖棚中安设4台45KW暖风机，加热器效率按照80%考虑，散热量（45000×4*0.8=144000W）大于其热耗量（84694W），满足暖棚蓄热要求。
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图4.6-1 主体施工暖棚
4.7施工、生活用水保温措施
（1）埋入地下的管道
①施工、生活用水管道埋深不小于1.2m，管道采用60mm厚橡塑海绵管壳保温，外包0.3mm厚不锈钢。
②使用闭孔发泡橡塑专用胶水粘接保温材料的接口、缝隙，严禁出现粘接不牢或松散现象。
③在保温材料粘接时，提前将将管道表面的杂物、灰尘等清理干净，确保粘接效果。保温施工时，不能将橡塑保温材料拉得过紧，以防温度过低时，保温层收缩开胶。
④套管内的保温材料必须塞满，与管道保温紧密连接。
（2）露出地面的管道
高出地面或埋置深度小于0.5m的给水管道采用电伴热保温系统，用电伴热线缆缠绕水管，外包一层保温层。
①被缠绕热管道施工完毕并经水压试验检查合格后，才能安装电伴热系统。
②电气参数设定：管道的伴热电量统一取15W/m。敷设时需要将10%的膨胀量均布在管路上，以免通断过程中崩断发热元件造成断路。
4.8未封闭结构越冬维护措施
根据本标段冬休期间车站外露结构及已经施工完成结构情况，车站端头的混凝土及基底土方采用棉被和塑料布等材料覆盖，确保混凝土和钢筋不外露受冻。对于外漏的主体结构混凝土面和钢筋采用双层棉被+厚塑料布进行覆盖。
（1）侧墙及中板施工缝处端头保温
在裸露面填塞双层棉被，甩头钢筋用棉被进行覆盖，其它措施同“底板、中板顶面保温措施”。
（2）已浇筑完成的框架柱顶面保温
在甩头钢筋处用棉被进行包裹，并从外露钢筋顶部到底整体用彩条布间包裹，然后与中板覆盖彩条布形成整体，覆盖严实。
（3）底板、中板、顶板顶面保温
在板混凝土达到设计强度的80％后，拆除热风机，其它保温措施不变。
4.9车站底板端头及土方与主体结构交界面冬期措施
土方开挖至距离相邻结构段2m处开始收坡，保证收坡底高度不小于1.5米，结构施工缝处两层甩头钢筋内用棉被进行塞填，外部用彩条布进行包裹，防止受潮后结冰；甩头钢筋上铁上用两层棉被进行覆盖保温，棉被上用彩条布进行覆盖，防止受潮，彩条布与收坡面土方覆盖物进行搭接，防止雨、雪水侵入。
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图4.9-1 结构与土体交界面越冬处理措施示意图
4.10 混凝土测温
（1）地面以上环境温度和基坑内作业面温度：早8:00、中午12：00、下午18：00、晚上24：00各测一次，并形成记录，测量方法：温度计。
（2）混凝土浇注过程中，混凝土到场后的卸料温度、混凝土通过泵送到达浇筑面的温度，测量方法：红外线测温仪，每车测量，并形成测温记录，
（3）为了解车站顶板、底板（平均厚度1m）在硬化过程中水泥水化热所产生的的温度变化，防止砼在浇筑、养护过程中因内外温差过大而产生裂缝，以便随时采取有效措施，使砼的内外温差控制在允许范围内（25℃），在每一段砼浇筑前，分别在板底以上10cm处、板中、板顶面下10cm处均匀埋设4组共12个K型测温线（测温线由插头、导线和温度传感器组成），每天三次测定混凝土内外温度，连续测量时间不少7天。
5 混凝土实体强度检测
整体施工完成后，特邀请第三方检测机构对混凝土实体质量进行检测，柱、墙、梁、板现龄期混凝土强度推定值均达到设计强度等级。证明施工过程中采取的技术措施能够保证现场施工质量。
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图5-1 孔家营站主体结构检测报告
6 结论
（1）导墙、地下连续墙、冠梁、土方开挖、主体结构等分部分项工程冬期施工采取蓄热法、暖棚法及两者相结合的方法能够满足施工需求。
（2）针对不同的构件，采用“塑料薄膜+土工布+电热毯+棉被+篷布”进行不同组合的保温措施，浇筑前、中、后各项技术措施控制到位，实体检测强度能够达到设计要求。
（3）研究高寒地区地铁车站技术措施，该方法通过实践证明效果俱佳，给类似工程提供参考，具有借鉴意义。
参考文献：
【1】《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2015
【2】《建筑工程冬季施工规程》JGJ／T104-2011
【3】混凝土结构设计规范GB 50010-2010。