水化热和体积变形协同调控下电缆隧道混凝土裂缝控制研究
Study on crack control of cable tunnel concrete under the cooperative regulation of hydration heat and volume deformation
关键词：
电缆隧道；大体积混凝土；开裂风险；水化热；收缩；裂缝
Key words：
Cable tunnel; Mass concrete; Cracking risk; Hydration heat; Shrinkage; Crack
刊期：
2026年第9期
DOI：
10.19761/j.1000-4637.25050255
文章编号：
基金项目：
国网江苏省电力有限公司省管产业科技项目（JC2024045）；国家自然科学基金项目（51878245）。
作者：
胡东康1，2，胡 楠1，2，张 蕾1，2，秦从宇1，2，陈 硕3，赵海涛3，*
单位：
1.南通电力设计院有限公司，江苏 南通 226000；2.国网江苏省电力有限公司南通供电分公司， 江苏 南通 226000；3.河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098
摘要
摘 要：电缆隧道因长期处于复杂服役环境，混凝土结构易产生收缩裂缝并引发渗漏病害，控制电缆隧道混凝土结构收缩裂缝对延长隧道服役寿命具有重要意义。本文以某电缆隧道工程为背景，采用现场实测隧道混凝土温度和有限元仿真模拟的方法，研究了电缆隧道薄壁大体积混凝土裂缝成因与防控措施。结果表明：电缆隧道混凝土侧墙中下部易受温降收缩、自生体积收缩、底板较强约束、环境温度的影响，开裂风险相对较大；掺入适量水化热调控材料可以有效降低水泥水化反应速率，降低温峰，减少收缩；通过适当减少矿粉掺量或掺入抗裂剂可以减少自生体积收缩或使混凝土产生膨胀，降低混凝土的开裂风险。研究成果可为同类电缆隧道薄壁大体积混凝土结构抗裂、防渗施工与运维管控提供参考。
Abstract: Cable tunnels operate under complex service conditions, where concrete structures are prone to shrinkage cracks and subsequent leakage. Controlling shrinkage cracks in the concrete structures of cable tunnels is of great significance for extending the service life of tunnels. Taking an actual cable tunnel project as the research background, this paper investigated crack formation mechanisms and prevention measures for thin-walled mass concrete via on-site temperature measurement and finite element simulation. The results show that the middle and lower parts of tunnel side walls face high cracking risks due to temperature drop shrinkage, autogenous volume shrinkage, strong restraint from base slabs and ambient temperature changes. Proper hydration heat regulating materials slow down cement hydration, lower peak temperature and mitigate shrinkage. Reducing mineral powder dosage or adding anti-crack agents can restrain autogenous shrinkage or induce concrete expansion, thus lowering cracking possibility. The findings offer references for anti-crack and anti-seepage construction as well as operation management of similar thin-walled mass concrete cable tunnels.
结论
（1）电缆隧道主体结构中，侧墙中下部混凝土受温降收缩、自生体积收缩、底板较强约束、环境温度的影响，开裂风险相对较大，在设计和施工过程中应予以重点关注。
（2）掺入适量水化热调控材料可以有效降低水泥水化反应速率，降低温峰，减少收缩，从而达到降低混凝土开裂风险的目的。通过适当减少矿粉掺量或掺入抗裂剂可以减少自生体积收缩或使混凝土产生膨胀，从而减少收缩，降低混凝土的开裂风险。
（3）当前研究主要针对南通地区粉质砂土地基与常规施工工况开展，未考虑寒潮天气及长距离多工况分段浇筑等条件影响，后续可进一步开展多场耦合下混凝土长期服役性能研究，结合智能监测与数字化仿真，提升电力隧道结构耐久性能与安全运行水平。
参考文献
[1] Ludwik G G.The phenomenon of cracking in cement concretes and reinforced concrete structures: The mechanism of cracks formation, causes of their initiation, types and places of occurrence, and methods of detection—A review[J].Buildings,2023,13(3):765.
[2] 侯炜,宋一凡,马超.基于管冷系统的大体积混凝土水化热时变温度效应[J].长安大学学报(自然科学版),2021,41(4):65-77.
[3] Zhu He,Hu Yu,Ma Rui,et al.Concrete thermal failure criteria, test method, and mechanism: A review[J].Construction and Building Materials,2021,283(5):122762.
[4] Cha S L,Jin S S.Prediction of thermal stresses in massive concrete structures with experimental and analytical results[J].Construction and Building Materials,2020,258(10):120367.
[5] Maruyama I,Lura P.Properties of early-age concrete relevant to cracking in massive concrete structures[J].Cement and Concrete Research,2019,123(9):105770.
[6] 黄宾,李新新,刘燕,等.基于水化热调控的大体积混凝土裂缝控制技术在某水利工程中的应用[J].施工技术,2019,48(15):70-73.
[7] 李甫宁,付顺义,高俊,等.金鸡湖隧道主体结构混凝土收缩裂缝预防技术与应用[J].新型建筑材料,2021,48(7):113-118.
[8] 李明,徐思睿,王育江,等.江阴靖江长江隧道大体积混凝土抗裂技术研究[J].混凝土,2024(3):140-142,164.
[9] 潘利,徐文,梁志雯,等.常泰长江大桥主航道桥主墩承台大体积混凝土抗裂技术研究[J].桥梁建设,2024,54(3):8-14.
[10] 王树兵,徐文,姚婷,等.温度场与膨胀历程双重调控技术在江苏广电城2期工程中的应用[J].工业建筑,2014,44(增刊1):941-943,974.
[11] GB/T 50496—2018大体积混凝土施工标准[S].
[12] Li Hua,Liu Jiaping,Wang Yujiang,et al.Deformation and cracking modeling for early-age sidewall concrete based on the multi-field coupling mechanism[J].Construction and Building Materials,2015,88(7):84-93.
[13] 阎培渝,陈志城.含不同矿物掺合料的高强混凝土的自收缩特性[J].工业建筑,2011,41(6):124-127.
[14] 高德风,周欣,费晓春,等.现浇隧道大体积侧墙结构混凝土裂缝控制技术[J].新型建筑材料,2020,47(3):4-8,32.
[15] 李明,谢彪,徐文,等.现浇隧道结构混凝土不同裂缝控制技术效果比较[J].混凝土,2021(3):137-140,144.
[16] 吕光晔,黄阁,张健,等.核电站筏板基础大体积混凝土裂缝控制关键技术研究[J].混凝土与水泥制品,2025(9):68-73.
[17] 王军,刘文龙,罗西,等.风电混塔预制C100混凝土管片裂缝分析与控制技术[J].混凝土与水泥制品,2025(7):35-42.
[18] 李文静贾苍琴王贵和,等.混凝土裂缝修复技术的研究现状及进展[J].混凝土与水泥制品,2024(12):64-69.
引用本文
胡东康,胡楠,张蕾,等.水化热和体积变形协同调控下电缆隧道混凝土裂缝控制研究[J].混凝土与水泥制品,2026,53(9):132-138. Hu Dongkang,Hu Nan,Zhang Lei,et al.Study on crack control of cable tunnel concrete under the cooperative regulation of hydration heat and volume deformation[J].China Concrete and Cement Products,2026,53(9):132-138 (in Chinese).
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