地铁混凝土管片质量通病研究 1.docx

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地铁混凝土管片质量通病研究1

地铁混凝土管片质量通病研究-建筑论文

地铁混凝土管片质量通病研究

陈际洲1曹春荣2赵铁军1

（1.青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033；2.苏交科集团股份有限公司江苏南京210000）

摘要：

青岛地铁2号线沿线居民区密集，考虑到青岛地质结构复杂，因此在2号线一期工程中采用了更为先进的施工技术—隧道全断面掘进机施工技术（TBM）。

这种工法仅在重庆地铁有过一些工程案例，但重庆的地质条件和青岛差异很大，重庆主要是强度较低的砂岩、泥岩中软岩，而青岛主要是花岗岩中硬岩，因此2号线工程是在国内城市硬岩地区地铁项目中首次使用TBM施工的工程。

本文通过对青岛地铁2号线一期工程混凝土管片生产经验的总结，结合混凝土相关原理，简要介绍混凝土管片质量通病的控制要点。

关键词：

管片；混凝土；质量通病

前言

地铁中采用TBM，日平均可掘进10米左右，与传统的矿山法相比，不仅前者的速度是后者的3～5倍，而且TBM通过机械原理，挤压、切削岩石，施工过程中噪音小、污染少，再加之施工过程中不必使用炸药，可大幅度提高施工安全性，减少地铁施工对周边建筑物的影响。

2号线TBM项目共有4个TBM区间，分别为海安路站-海川路站区间、海川路站-徐家麦岛站区间、徐家麦岛站-麦岛站区间、麦岛站-高雄路站区间。

4个区间主要为中等风化至微风化花岗岩，围岩等级偏向于硬岩，符合TBM使用的条件（如图1所示）。

近年来，盾构施工技术在国内地铁工程中得到了越来越多的应用，而与之配套的预制混凝土管片生产质量对整个工程有着重要的意义。

TBM的使用也给混凝土管片的质量控制提出了更高的要求，本文通过对青岛地铁2号线一期工程混凝土管片生产经验的总结，结合混凝土结构及耐久性相关原理，简要介绍混凝土管片质量通病控制要点。

1色差

管片宽度1498mm，厚度300mm，混凝土强度等级C50，抗渗等级P12，每环管片混凝土方量8.05m3，衬砌管片环、纵向采用弯螺栓连接。

2号线管片采用标准衬砌环、左转弯衬砌环和右转弯衬砌环形式。

由于青岛地质结构复杂，TBM实际掘进方向与设计方向相比较有一定的差异性，时常需要通过增加转弯环调整掘进姿态，导致管片需求形式与数量较生产计划存在误差。

拼装时相邻管片生产日期可能存在一定时间间隔，会导致管片色差明显，影响美观。

管片生产出现色差的原因很多，主要有原材料、养护方式、温度、坍落度等。

1.1原材料控制

混凝土管片应选用低碱含量、低水化热、低C3A含量的水泥，要保证水泥熟料与石膏长期稳定，最好与水泥厂家协商定制管片生产用水泥，并能保证单独储存，避免与其他用途水泥混料。

矿物掺和料控制方法与水泥类似，应选择质量稳定、波动较小的掺和料，减少不同批次粉料对产品外观色差的影响。

砂、石料类型和质地要一致，产地要稳定，防止由于骨料质地不同导致的管片混凝土色差（见表1、表2）。

本工程采用的水泥为定制水泥，最大限度地保证了水泥对产品色差的影响，水泥抗压、抗折强度统计如图2、图3所示。

1.2养护方式

管片成品养护方式主要有自然养护、蒸汽养护、水养、喷涂养护液养护等。

其中养护液养护方式按照作用机理分为3种，一是养护液本身在管片表面形成一层钝化膜，防止管片水分向外界环境散失；二是养护液组分与管片表面混凝土反应，在混凝土表面形成更加致密的结构，增加了管片表面混凝土的密实度，减少水分向外界渗透；三是在管片表面形成一层反光膜，反射太阳光，避免表面温度太高带来混凝土内部水分的流失。

管片养护过程中，应优先采用水养方式，冬季可采用喷涂养护液方式，但养护液的种类和厂家尽量稳定、一致，防止由于养护液的不同而导致管片外表面色差过于明显，影响感观质量。

2端面粘模

管片产生端面粘模的原因很多，许多学者和工程技术人员也针对各种情况分析了产生的原因，制定了解决措施。

端面粘模不仅影响管片外观，如果修补效果不佳，还会导致止水条处渗水，给整个地铁工程带来质量隐患（如图4所示）。

图5中大部分原因都可以通过管理和技术手段加以预防，本文不再赘述。

夏季施工时，水泥温度过高引起的管片端面粘模情况，通常不易发现，给管片生产带来了很大的质量隐患。

水泥温度过高会削弱脱模剂的效果，同时铝酸三钙反应过快，可能会在混凝土与模具接触位置形成具有一定强度的结模板，两种作用叠加引起了管片端面粘模。

管片生产温度主要指水泥温度、蒸养温度与环境温度的叠加。

进入夏季施工，到厂水泥温度均在90℃以上，每昼夜水泥车罐体温度下降10℃左右。

国家标准规定水泥温度高于60℃时，不得用于混凝土生产，但就目前各水泥厂生产状况与市场情况而言，很难完全保证水泥使用时温度在此范围内。

本研究对夏季的温度测定和生产进行追踪，当水泥温度在70℃之内使用时，混凝土入模温度不超过30℃，满足国家标准对混凝土入模温度的限制；如此时蒸养最高温度控制在55℃以内，不会发生端面粘模现象，能够保证产品质量合格、稳定。

如果生产时水泥温度高于70℃，则需要相应降低蒸养窑最高蒸养温度，避免引起两种温度的高温叠加效应，但这样会影响混凝土的拆模强度（如图6、图7所示）。

在目前市场条件下，为控制夏季水泥温度，应协调水泥厂家通过专用输料管道，采用缓慢灌装散热的方式为管片使用的水泥降温，经验证水泥出厂温度可以降低10℃以上。

水泥罐车到厂后，实验室应对水泥车内原材料温度进行规律性测温，必要时采取喷淋降温措施，最大限度保证水泥温度降至70℃之内再灌入搅拌站料仓，从而保证水泥生产温度适宜。

混凝土浇筑时，对混凝土入模温度进行监控，需要控制入模温度不超过30℃。

同时实时掌握蒸养窑实测温度，根据水泥温度、入模温度的检测结果，及时对蒸养温度作出调整，兼顾温度叠加效应和拆模强度两方面原因，保证产品质量和生产效率。

3弯管脱出

管片浇筑过程中需要预埋塑料弯管，横、纵向螺栓穿过管片弯管将相邻管片连接起来，形成整体。

如果收面工序控制不好弯管处模具拔出的时机，则会导致外观质量出现问题（如图8所示）。

如模具拔出时机过早，此时混凝土与弯管粘结力较小，容易导致弯管脱出管片整体，不仅影响美观，还会导致螺栓孔堵孔，增加后续管片的修补工作。

如果模具拨出时机过晚，由于混凝土已经凝结，会给拔出工作带来困难，不仅费时，还费力。

通过对此工序的研究和实践发现，由于混凝土强度随着环境温度等会有显著变化，很难找到固定拔出弯管模具的准确时机。

所以要想彻底解决弯管脱出问题，必须改进塑料弯管的形式（如图9所示）。

在原有弯管的基础上，通过在弯管一端增加两侧对称挡头，挡头顶在管片外模上，这样无论在什么时机拔出弯管模具，都不会将弯管拔出，保证了产品的外观质量，减少了后期维修工作。

4气泡

气泡是混凝土的通病，小于2mm的气泡不仅不会影响混凝土质量，还会在一定程度上提高混凝土的抗冻性。

但如果气泡过大、过于密集，则会显著影响管片外观质量，特别是管片止水条处的气泡还可能引发后期管片接缝处渗水问题，所以必须加以重视（如图10所示）。

引起混凝土气泡的原因很多，主要有原材料级配不佳、混凝土粘度大、振捣强度不足、每层布料厚度过大、混凝土浆骨分离、混凝土含气量损失大、外加剂品质差等。

主要控制措施如下：

（1）砂、石级配

为满足生产线流水作业需要，管片混凝土坍落度不宜过大，一般控制在50mm～70mm范围内。

生产时要保证混凝土具有良好的流动性、粘聚性、触变性。

因此砂、石级配要合适，使混凝土保持良好的密实度和流动度。

管片用砂选用产自平度Ⅱ区中砂，细度模数以2.7～3.0为宜（见表3）。

管片选用即墨产玄武岩碎石，粒径10mm～20mm石子与粒径5mm～10mm石子的掺配比率为75%∶25%，具体技术参数见表4、表5。

（2）振捣方式

由于管片模具具有特殊性，端面气泡不可避免，只能通过振捣方式减少气泡的数量和尺寸。

流水线作业都有振动台，如果在振动台工作的同时辅助以人工振捣棒和模具盖板上加装的附着式振捣器，则排气效果会有很大提高，能显著减少气泡的数量和尺寸。

（3）外加剂

通过对外加剂的调整也可以在一定程度上改善管片气泡通病（见表6），如添加消泡剂等。

结语

混凝土管片属于对性能要求较高的混凝土制品，设计使用寿命100年，管片在安装完成后一旦出现质量问题，很难进行更换。

所以管片生产企业在生产过程中必须重视过程控制，推行精细化管理模式，将每一种质量通病原因分析透彻，查找出行之有效的解决措施，通过不断循环的过程才能保证产品的使用质量。

作者简介

陈际洲，1985年生，青岛理工大学土木工程学院在读博士研究生，所学专业为土木工程，研究方向为混凝土耐久性。

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