趙志剛 董延昭 高東生 田偉光

（1.北京班諾混凝土有限公司；2.石家莊市軌道交通有限公司）

前言

地鐵暗挖隧道二襯拱墻（隧道側(cè)面和頂部）混凝土由于無法振搗（只能在鋼模外輔助振搗，效果微乎其微），向下泵送且泵管長度長（一般200mm～300m，極端可達(dá)400mm～500m），且拆模后隧道內(nèi)壁不進(jìn)行裝修，要求混凝土外觀要光潔、致密、顏色一致。因此，地鐵暗挖隧道二襯拱墻的混凝土施工質(zhì)量控制是地鐵工程施工中一個(gè)難點(diǎn)之一。

目前，澆筑地鐵暗挖隧道二襯拱墻基本使用模板臺(tái)車的方法，澆筑一定寬度的拱墻后，臺(tái)車在軌道上向前平移（類似滑膜施工），混凝土從模板臺(tái)車的頂板中央注入，在頂板兩側(cè)留混凝土溢出孔，等到混凝土注滿模板從一側(cè)溢出孔流出時(shí)，將該側(cè)溢出孔封堵，等到另一側(cè)溢出孔也流出混凝土?xí)r，說明混凝土已注滿全部模板，封堵該側(cè)溢出孔和混凝土注入管口，輔助振搗后完成澆筑。

北京軌道交通昌平線二期線路北起澗頭村，沿京包高速路北側(cè)向南敷設(shè)，過八達(dá)嶺高速與京包高速匝道橋后，線路沿京銀路向南，至西關(guān)環(huán)島轉(zhuǎn)向東，沿政府街、府學(xué)路穿過昌平老城區(qū)，過東沙河后沿昌崔路進(jìn)入昌平新城東擴(kuò)區(qū)，在內(nèi)環(huán)東路轉(zhuǎn)向南，接入一期工程起點(diǎn)南邵站，全長10.6公里，全部為地下線，設(shè)6座車站，分別為十三陵景區(qū)站、西關(guān)環(huán)島站、昌平站、亢山廣場(chǎng)站、水庫路站、昌平新區(qū)站，并在八達(dá)嶺高速以北、虎峪溝以西、農(nóng)場(chǎng)路以東的位置設(shè)十三陵景區(qū)車輛段一座。該工程西關(guān)環(huán)島站～昌平站區(qū)間位于昌平老城區(qū)最繁華街道—政府街，采用暗挖法施工，于2013年年底開始澆筑二襯混凝土。

1 易出現(xiàn)問題原因分析

1.1 泵送困難甚至泵管堵塞

1）泵管布置不合理（向下泵管前面的水平泵管高長度不夠），泵管安裝不牢固，連接處不嚴(yán)密。

2）砂漿潤管時(shí)，如遇泵送管道較長，砂漿中的小砂粒和膠凝材料不斷被泵管壁粘附，最后砂漿中只剩較大砂粒，加之被泵管內(nèi)的潤管水沖刷，在泵管末端的彎頭、軟管處易造成堵塞。

3）入泵混凝土離析或攪拌不均勻，混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)[1]和泵送后損失偏大。

4）停泵時(shí)間太長。

1.2 外觀不良

二襯拱墻外觀不良較常見的有蜂窩麻面、砂線、水線、反堿、起皮、氣泡、色差見圖3~圖6。

1）蜂窩麻面、氣泡?；炷亮鲃?dòng)性偏小，澆筑不連續(xù)或間歇時(shí)間太長，模板上脫模劑涂刷不均勻或有未涂刷部位。

2）色差：不同車混凝土流動(dòng)性差別大，澆筑不連續(xù)或間歇時(shí)間太長，模板上脫模劑涂刷不均勻或有未涂刷部位等。

3）起皮、砂線（或水線）及反堿：混凝土保水性不良，潤管水未排凈，輔助振搗局部時(shí)間太長。

1.2 裂縫

由于二襯仰拱和拱墻澆筑后成為一個(gè)整體隧道，長度至少1km以上（車站與車站距離），由于混凝土的收縮和溫度的變化，易產(chǎn)生環(huán)向裂縫。

1）混凝土收縮偏大[2]

2）混凝土早期強(qiáng)度增長太快

3）拆模偏早

4）拆模時(shí)混凝土與氣溫溫差大

5）養(yǎng)護(hù)不良

1.3 強(qiáng)度偏低

拱墻混凝土流動(dòng)性大，澆筑振搗困難，控制不當(dāng)，易造成實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土的致密性不夠，進(jìn)而造成強(qiáng)度偏低。

1）混凝土配制強(qiáng)度偏低或摻合料摻量偏大、用水量超標(biāo)等

2）隧道內(nèi)部溫度比較恒定

3）拆模早，早期失水嚴(yán)重

4）養(yǎng)護(hù)不良

2 控制措施

2.1 泵送困難甚至泵管堵塞

1）泵管合理布置并安裝牢固，連接嚴(yán)密。根據(jù)JGJ/T10-2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》5.2.4條，向下管道末端設(shè)彎管或水平管，折算長度不小于1.5倍高差。泵管在轉(zhuǎn)彎處采取可靠措施進(jìn)行固定。泵管連接時(shí)要檢測(cè)密封圈的完好程度，多次使用的密封圈要進(jìn)行更換。

圖1 混凝土和易性差造成泵管堵塞

圖2 混凝土流動(dòng)性泵送損失大造成泵管堵塞

2）合理潤管。根據(jù)泵管長度確定比較足夠的潤泵砂漿量，防止砂漿量偏少，砂漿中水泥漿不夠覆蓋泵管內(nèi)壁。泵管長度超過300m，要在砂漿潤管前用一定量的水泥凈漿潤管，以保證泵管被充分潤滑，防止砂漿堵管。潤管過程操作要規(guī)范。先用清水對(duì)料斗、活塞及泵管等直接與混凝土接觸部位進(jìn)行濕潤并檢查泵和輸送管內(nèi)是否有異物，清水泵送完畢，應(yīng)清除泵內(nèi)的積水；接著要泵送砂漿進(jìn)行管道潤滑；等到砂漿連續(xù)泵出后，才可開始泵送混凝土。采用水泥凈漿進(jìn)行管道潤滑時(shí)，在清水潤管并清除干凈后打入水泥凈漿，水泥凈漿泵完后，開始泵入砂漿潤管。

3）入泵混凝土質(zhì)量控制。二襯拱墻要求混凝土具有較高的流動(dòng)性和良好的和易性（到澆筑部位時(shí)混凝土坍落度200mm以上、擴(kuò)展度500mm以上、含氣量在3%～4%之間、T500在3s～8s之間）。要對(duì)入泵的混凝土逐車進(jìn)行質(zhì)量檢查，入泵混凝土坍落度應(yīng)≥220mm，擴(kuò)展度≥550mm且和易性良好，不得離析、泌水。

4）混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)和泵送后損失控制。

① 施工過程中，要逐車監(jiān)控混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)和泵送損失。流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失方面：2h坍落度損失≤30mm、擴(kuò)展度損失≤100mm。流動(dòng)性泵送損失方面：坍落度損失≤30mm、擴(kuò)展度損失≤100mm。

② 為達(dá)到此要求，不但要控制混凝土的原材料質(zhì)量，更要采用合理混凝土的配合比?；炷了褂玫乃鄳?yīng)與外加劑具有良好的相容性，以達(dá)到滿足混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失的要求；所使用的砂石含泥量要符合規(guī)范要求，砂石均采用兩級(jí)配進(jìn)行級(jí)配優(yōu)化，石子最大公稱粒徑在25mm以下，為增加混凝土流動(dòng)性并改善和易性，摻加20%～30%的5mm～16mm細(xì)石；選用優(yōu)質(zhì)Ⅰ級(jí)粉煤灰，采用Ⅱ級(jí)粉煤灰時(shí)，要控制其摻入量≤20%，以控制混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失；外加劑除了與水泥具有良好相容性外，還應(yīng)具備降低混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失、改善混凝土和易性和降低混凝土流動(dòng)性泵送損失等性能，應(yīng)選用采用先進(jìn)合成工藝生產(chǎn)的具有調(diào)節(jié)混凝土粘度、提高流動(dòng)性、改善和易性、改善外觀、降低流動(dòng)性經(jīng)時(shí)和泵送損失等多方面功能的聚羧酸系高性能減水劑或防凍劑。

圖3 砂線

圖4 反堿

圖5 色差

圖6 大氣泡

③ 實(shí)際施工中，混凝土經(jīng)過泵送后的流動(dòng)性損失普遍存在，而且隨著泵送高度或長度的增加，呈現(xiàn)明顯增大的規(guī)律。目前，關(guān)于混凝土泵送后的流動(dòng)性損失的研究較少，亦未形成比較一致、成熟的觀點(diǎn)，同時(shí)，能夠模擬或檢測(cè)泵送后混凝土流動(dòng)性損失的專用儀器也沒有。本工程中嘗試采用壓力泌水儀進(jìn)行模擬檢測(cè)。采用不同壓力對(duì)混凝土持壓3min，檢測(cè)混凝土流動(dòng)性的變化。采用不同配合比（見表1）進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。不同泵送高度（長度）的泵送壓力估算見表3。

④ 從表2可看出，2#配合比的模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示其泵送損失明顯低于1#配合比。采用2#配合比進(jìn)行實(shí)際施工，現(xiàn)場(chǎng)泵管長度210m，經(jīng)泵送后，混凝土流動(dòng)性泵送損失較小（坍落度≤20mm，擴(kuò)展度≤50mm），與本模擬試驗(yàn)方法的檢測(cè)結(jié)果比較接近。

5）泵送混凝土?xí)r，應(yīng)先慢后快，逐步加速，并觀察混凝土泵的壓力和各系統(tǒng)工作狀態(tài)，待各系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，才可以正常速度泵送混凝土。

6）當(dāng)混凝土泵出現(xiàn)壓力升高且不穩(wěn)定、油溫升高、輸送管明顯振動(dòng)等現(xiàn)象而泵送困難時(shí)，不得強(qiáng)行泵送，應(yīng)立即查明原因，用敲擊的方法檢查易堵塞部位（比如管道最末端、彎管及變徑部位等），并及時(shí)疏通。

7）混凝土泵送需中斷時(shí)，時(shí)間不宜太長，超過20min應(yīng)泵送一次。

2.2 外觀不良

1）控制混凝土的流動(dòng)性、流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失和泵送損失以及和易性。

2）控制不同車次的混凝土流動(dòng)性偏差。坍落度偏差應(yīng)≤20mm，擴(kuò)展度≤50mm。

3）防止混凝土在輸送過程中發(fā)生分離。向下卸料高度超過2m時(shí)，要設(shè)緩沖裝置，防止混凝土離析；采用接力泵時(shí)，要在混凝土第二次入泵前采取攪拌措施（采用小型攪拌罐車）。

4）嚴(yán)禁向混凝土內(nèi)加水，混凝土流動(dòng)性偏小時(shí)，用同型號(hào)外加劑調(diào)整。

表1 泵送損失試驗(yàn)配合比

表2 泵送損失模擬試驗(yàn)結(jié)果

表3 不同泵送高度（長度）的泵送壓力估算

圖7 泵送損失模擬試驗(yàn)

5）泵送應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，停泵時(shí)間不超過20min。

6）加快澆筑速度，每罐混凝土澆筑時(shí)間不超過30min。

7）在拱墻最低端兩頭設(shè)置溢流口，等潤泵水徹底排凈后，進(jìn)行封堵。

8）檢查模板與已澆筑混凝土接縫，發(fā)現(xiàn)不嚴(yán)密處，用密封條進(jìn)行封堵。

9）每次澆筑混凝土之前要檢查模板上脫模劑涂刷或模板漆完好情況，發(fā)現(xiàn)脫模劑涂刷不均或模板漆脫落情況，及時(shí)補(bǔ)刷脫模劑或模板漆。

10）控制每個(gè)點(diǎn)的輔助振搗時(shí)間不得超過50s。

11）封堵每個(gè)溢出孔時(shí)延遲2-3min，以提高混凝土的密實(shí)性。

圖8 1#配合比3M Pa加壓后情況

圖9 2#配合比3M Pa加壓后情況

圖10 1#配合比5M Pa加壓后情況

圖11 2#配合比5M Pa加壓后情況

12）根據(jù)隧道內(nèi)溫度和混凝土的凝固情況確定合理的拆模時(shí)間，不得小于24h,以保證混凝土早期的水化反應(yīng)，防止粘膜。

13）拆模后及時(shí)采取噴養(yǎng)護(hù)劑或噴水方式養(yǎng)護(hù)，持續(xù)時(shí)間不少于14d。

2.3 裂縫

1）控制混凝土的收縮。

① 混凝土各種原材料質(zhì)量要要符合《軌道交通工程結(jié)構(gòu)混凝土裂縫控制與耐久性技術(shù)規(guī)程》QGD-008-2014要求。水泥的比表面積≤350m2/kg、礦粉比表面積≤500m2/kg，粉煤灰的需水量比≤100%[3]。

② 配合比設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮盡可能降低混凝土收縮?；炷林械V粉摻量不超過粉煤灰摻量，總摻合料摻量不超過50%[3]，水膠比不超過0.3，砂率不超過50%，水泥用量不超過500kg/m3，膠凝材料用量不超過600g/m3。

2）提高混凝土澆筑的密實(shí)性?？刂苹炷恋牧鲃?dòng)性在合理范圍之內(nèi)，連續(xù)泵送澆筑，封堵每個(gè)溢出孔時(shí)延遲2min～3min。

3）拆模時(shí)間不小于24h，氣溫偏低時(shí)要延長50%以上。

4）延長每次拱墻澆筑的間隔時(shí)間，以盡可能釋放混凝土的收縮。采取左右線和兩端交替澆筑的方式，可使間隔時(shí)間達(dá)到3天～5天。

5）拆模后及時(shí)采取噴養(yǎng)護(hù)劑或噴水方式養(yǎng)護(hù)，持續(xù)時(shí)間不少于14d。

2.4 強(qiáng)度偏低

圖12 二襯拱墻混凝土入泵前狀態(tài)

圖13 拆模后的二襯拱墻混凝土表面

圖14 拆模后的二襯拱墻側(cè)墻外觀

圖15 拆模后的二襯拱墻全景

1）控制混凝土的原材料質(zhì)量。重點(diǎn)控制：水泥強(qiáng)度、粉煤灰的需水量比、礦粉的活性指數(shù)，砂石的含泥量、外加劑的減水率等指標(biāo)。

2）混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度富余量達(dá)到1.645σ以上。

3）要嚴(yán)格按照配合比攪拌混凝土，用水量不得超出配合比設(shè)計(jì)值，每盤計(jì)量偏差：砂石±3%，膠凝材料、水、外加劑±2%；累計(jì)誤差：砂石±2%，膠凝材料、水、外加劑±1%[3]。

4）同樣控制好入泵混凝土的流動(dòng)性和易性。嚴(yán)禁向混凝土內(nèi)加水，混凝土流動(dòng)性偏小時(shí)，用同型號(hào)外加劑調(diào)整。

5）潤泵水要充分排凈。

6）澆筑過程中，根據(jù)混凝土下料位置及時(shí)采取輔助振搗，每點(diǎn)振搗時(shí)間30s～50s。

7）拆模時(shí)間不小于24h，氣溫偏低時(shí)要延長50%以上。

8）拆模后及時(shí)采取噴養(yǎng)護(hù)劑或噴水方式養(yǎng)護(hù)，持續(xù)時(shí)間不少于14d。

3 工程效果

北京軌道交通昌平線二期工程西關(guān)環(huán)島站～昌平站區(qū)間暗挖二襯拱墻混凝土共澆筑12300m3，隧道長度1.53km（雙線），工期歷時(shí)6個(gè)月。在施工過程中，通過采取以上的一系列控制措施，混凝土流動(dòng)性和和易性良好，泵送順暢，施工進(jìn)度得到保障，隧道外觀良好，基本無裂縫，混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定且均符合設(shè)計(jì)要求，取得了良好的效果詳見見圖12~圖15。

4 經(jīng)驗(yàn)與討論

1）地鐵暗挖隧道二襯拱墻施工質(zhì)量首先取決于混凝土的質(zhì)量，混凝土要達(dá)到較高的流動(dòng)性和優(yōu)良的和易性，且流動(dòng)性的經(jīng)時(shí)和泵送損失要小。

2）合理的布管、規(guī)范的操作、快速連續(xù)的泵送也是保證地鐵暗挖隧道二襯拱墻施工質(zhì)量的必備條件之一。

3）脫模劑及涂刷質(zhì)量、拆模時(shí)機(jī)及養(yǎng)護(hù)等等，同樣對(duì)地鐵暗挖隧道二襯拱墻施工質(zhì)量有著較大的影響。

[1] 韓志強(qiáng)。論泵送混凝土坍落度損失和控制?？茀f(xié)論壇,2009(3):43～44

[2] 馬昕,尹兆旭,師衛(wèi)科,余成行。地鐵暗挖隧道滲漏原因分析及抗裂防水混凝土的質(zhì)量控制。商品混凝土,2006(1):10～24

[3] QGD-008-2014.軌道交通工程結(jié)構(gòu)混凝土裂縫控制與耐久性技術(shù)規(guī)程：2～22