地铁隧道盾构管片生产的质量控制唐世力

地铁隧道盾构管片生产的质量控制唐世力

唐世力

天津市成套设备工程监理有限公司天津市300000

摘要：地铁盾构管片的生产技术要求高，通过实施全面质量管理，分析实际生产过程中出现的问题，提出解决对策，降低了地铁管片成品废品率，保质保量完成了任务，提高了公司质量管理水平。

关键词：地铁隧道；盾构管片；生产质量

引言

盾构法隧道施工技术是目前世界上先进的隧道施工技术，盾构管片是高质量的钢筋混凝土构件，其质量的好坏直接关系到整个盾构隧道施工的成败。

一、影响管片质量的原因分析

就目前来讲，管片生产厂家的生产工艺虽有所不同，但基本工作流程相差无几。影响管片质量水平的因素是多方面的，这里既涉及企业管理水平的高低，也有厂家生产工艺的制约，还包括员工的熟练程度以及基础设施条件等。因此解决影响管片质量的共性问题需要综合研究、统筹考虑，只有这样才能保证管片的质量水平平稳提高。

二、盾构管片常见质量问题

预制混凝土盾构管片的生产工艺流程如图1所示。

图1预制混凝土管片生产工艺

2.1裂缝

（1）温差引起的裂缝。混凝土凝结过程中，水泥发生水化反应，会产生大量水化热，温度升高导致管片体积膨胀。水化反应结束后，受环境影响管片外表面温度迅速下降，体积收缩；而内部热量释放速度慢，未发生体积收缩或收缩缓慢。温差导致的体积变化，使内部混凝土对表面混凝土产生约束，造成表面开裂。

（2）自收缩引起的裂缝。①水泥与毛细管内水分发生水化反应，会造成毛细管内自真空状态，产生内部负压，混凝土向内塌陷形成自收缩裂缝；②管片蒸汽养护结束脱模后与空气直接接触，表面水分受外界环境影响挥发速度比内部快，导致混凝土内部比外表面自收缩速度慢，对外表面混凝土收缩产生约束而发生开裂；③在生产过程中，由于混凝土振捣时间过长造成管片表面浮浆超厚，水泥浆层自收缩率达混凝土自收缩率的2~5倍；④脱模后受外界环境影响大，脱模后水养护不合格引起裂缝。

（3）碳化收缩引起的裂缝。一般情况下，混凝土碳化是一个长期过程，但研究表明混凝土表面发生的碳化反应，在短至几小时内可完成。碳化发生后，因混凝土表面收缩而产生的拉应力往往大于混凝土初期的抗拉强度，导致混凝土产生网状龟裂纹。

（4）不合格原材料引起的裂缝。若采用安定性不合格的水泥，含泥量超标的砂石或含有酸性硅化物质的骨料等不合格原材料均会由于各种反应导致混凝土表面开裂，产生网状微裂纹。

2.2气泡成因分析

在生产过程中造成的管片表面气泡原因十分复杂，与模具、振捣、混凝土坍落度等有关，常见的气泡成因如下。

（1）模具的影响。地铁预制盾构管片对模具尺寸精度和表面平整度要求很高，模具尺寸精度误差一般限制在0.4mm以内。若模具表面粗糙程度大，会增加混凝土与模具壁的摩擦力，形成孔径较小的气泡孔。水泥水化反应释放的热量和混凝土内部水分和气泡在振捣过程中受挤压向外排出，聚集在管片与模具接触的凹榫处，占据混凝土原本的位置，难以再向外排出，因此通常该处气泡较多。

（2）振捣强度不足。混凝土骨料间不能密实接触，会在振捣过程中形成气泡，随振捣挤压作用气泡积聚变大，最终排到混凝土表面。若振捣强度不足导致气泡产生并积聚又未能排出，会在混凝土与模具接触的侧面形成气泡。

（3）坍落度过大。混凝土的坍落度越大，未发生反应的多余水分就越多，这些水分蒸发后会在原位置形成气泡。一般盾构管片的混凝土坍落度要求在70~110mm之间，若坍落度过小，混凝土在振捣过程中会很快凝结固化，形成蜂窝麻面；反之则会形成气泡。

三、盾构管片生产质量控制措施

3.1裂缝控制

（1）严格选择原材料。应严格选择混凝土原材料，避免使用含泥量超标的砂石及含有酸性硅化物质的骨料，确保水泥安定性合格。选用优质稳定的原材料，可从源头上解决混凝土早期开裂的问题。

（2）优化配合比。管片裂缝主要为干缩裂缝，混凝土中的单位用水量对干缩裂缝的影响很大。若水灰比过大，多余水分在混凝土中占据空间，内外部水分后期挥发不同步会导致裂缝；而若水灰比过小，水泥与毛细管内水分反应产生内部负压，也会形成裂缝。因此，必须优化配合比设计，选用最佳水灰比。

在配合比设计中加入粉煤灰掺合料，可增强混凝土的密实性，降低水化热量，减小混凝土收缩变形和温度裂缝的产生几率。

（3）混凝土浇筑控制。管片生产过程中，应严格控制搅拌时间和振动时间。适当延长搅拌时间，使骨料和胶凝材料充分混合，可减少浮浆。应采用与模具复合的高频振动器，严格限制振动时间，不可过振，以免因混凝土离析而产生过厚浮浆。

（4）蒸汽养护过程控制。应尽量采用蒸汽养护，保证混凝土内外温度均匀，形成一定的早期强度，增加本身抵抗拉应力的能力。浇筑完成后经一定的静停时间后再进行蒸汽养护。蒸汽养护应严格按规定实施，不可随意缩短升温及降温时间。蒸汽养护结束后，出模管片应放置在温度20℃左右，湿度50%以上且无风环境中静停一段时间，待管片温度与环境温度相当后再运出车间放置于自然环境中，以免因温度变化引起管片混凝土自收缩和温差裂缝。

（5）表面养护剂。管片出模后，应在表面均匀地涂刷一层养护剂，以阻隔空气中的二氧化碳和混凝土发生碳化反应而产生碳化裂缝；养护剂也能减缓管片表面水分蒸发，避免引起自收缩裂缝。

研究表明，按化学平衡原理，与混凝土整体碳化反应不同，混凝土表面碱性越大，发生碳化反应的速度越快，收缩就越大。涂刷表面养护剂可降低管片表面的碱性，减少碳化裂缝的发生。

（6）水养护过程控制。管片出模后使用翻片机将管片侧立后吊出要及时进行水养，管片脱模并经冷却后放入水养护池进行7天水中养护，在水中养护必须全部浸没在水中，入池时管片与水的温度差不大于20℃。

3.2气泡问题控制措施

（1）精细处理模具。设计模具时，管片凹槽处应尽量减小深度，增大坡度，使气泡顺利逸出，避免气泡在凹槽处聚集。模具打磨应光滑平整，杜绝出现焊痕等突起，以免气泡逸出受阻。生产过程中，应严格遵守操作规程。模具清理应干净彻底，避免混凝土残留。

（2）选用高性能外加剂。选用优质的聚羧酸高性能减水剂，可在保证水灰比不变的前提下改善混凝土的工作性，防止坍落度损失；终凝时还可加速混凝土固化，提高早期强度。若采用劣质外加剂，则可能因其中不合理的成分造成更多的气泡。

（3）正确选择脱模剂。目前市场上的脱模剂种类繁多，有矿物油类、乳化油类、水质类、聚合物类和溶剂类等。应选择优质且有助于破泡的管片脱模剂。优质的乳化油类脱模剂呈水乳型，含油少，不污染混凝土管片表面，后期也容易清理。

四、结束语

地铁盾构管片是一种对强度、抗渗性能、尺寸精度和外观质量要求都很高的混凝土预制构件。管片外表面的裂缝和气泡不仅影响外观质量，也可能影响使用性能，若裂缝扩展至一定深度，会造成混凝土内部腐蚀和钢筋锈蚀，影响混凝土强度；若裂缝继续加大形成贯通缝，会造成地铁管道内部渗水、漏水，严重影响使用性能。为此，在管片生产全过程中，应严格控制原材料选择，优化配合比设计，选用优质外加剂和脱模剂，严格遵守混凝土浇筑振捣操作规程及蒸汽养护制度，确保混凝土管片外观质量。

参考文献：

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[2]黄伟俊.浅谈地铁盾构管片生产过程中原材料质量控制的措施[J].广东建材，2013，29（01）：42-44.

[3]宗沛，夏恩生.地铁隧道盾构管片生产的质量控制[J].国土资源，2008（S1）：116-117.