宋軍超

（深圳港創(chuàng)建材股份有限公司）

0 引言

鋼筋混凝土管片作為地鐵隧道工程結(jié)構(gòu)的主體是一種高精密度的預(yù)制構(gòu)件，

長期遭受著外界土層壓力、地下水壓力及隧道內(nèi)各種動荷載的沖擊力，是地下隧道安全運(yùn)行的重要保護(hù)屏障，其質(zhì)量問題直接影響到隧道的整體運(yùn)營安全［1］。在地鐵管片的生產(chǎn)制作、運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)及拼裝施工過程中，時常出現(xiàn)諸如管片破損、開裂、錯臺、表面氣泡及缺棱掉角等質(zhì)量缺陷問題，進(jìn)而造成一些地鐵長期存在隧道內(nèi)管片開裂滲水、漏水等安全隱患。因此，研究地鐵盾構(gòu)管片的常見質(zhì)量缺陷、原因分析及防治措施具有重要意義，為業(yè)界內(nèi)管片的生產(chǎn)應(yīng)用提供一定指導(dǎo)。

1 生產(chǎn)過程中管片質(zhì)量控制

1.1 管片鋼筋籠骨架焊接咬肉、燒傷及脫焊缺陷

作為地鐵隧道工程中主要承力構(gòu)件的管片，其鋼筋籠骨架及配筋對管片承載力大小起主導(dǎo)作用，所以鋼筋籠骨架的焊接制作尤其重要。因此，鋼筋籠骨架生產(chǎn)制作需從鋼筋斷料、部件彎曲安放及焊接等各個過程嚴(yán)格把控。其中，因人為因素影響，焊接往往是影響鋼筋籠質(zhì)量缺陷的重要環(huán)節(jié)，其常見的質(zhì)量缺陷就是咬肉、燒傷及脫焊，如圖1所示。

圖1 鋼筋籠骨架焊接燒傷脫焊

此質(zhì)量缺陷的主要成因有以下兩個方面：一方面由于焊接過程中二氧化碳焊機(jī)的焊接電流過大，焊接操作時間過長，造成鋼筋籠主筋咬傷；另一方面由于焊接時速度過快或槍頭對位不準(zhǔn)確，未能在兩根需焊接鋼筋結(jié)合處形成有效焊點(diǎn)，從而導(dǎo)致虛焊或假焊等缺陷，鋼筋籠一旦受力便發(fā)生了脫焊問題。

采取的通用防治措施有以下幾點(diǎn)：采用二氧化碳保護(hù)焊機(jī)進(jìn)行作業(yè)時，焊機(jī)工作電流不許超過該設(shè)備的額定工作電流，以防燒傷主筋；焊機(jī)工作電流不得大于300A，電弧壓力控制在30～50V 之間，焊絲盤的送絲速度控制10～11mm/s 范圍內(nèi)；焊接時槍頭對準(zhǔn)焊點(diǎn)位置，不得漏焊、假焊和虛焊，把控好焊接時間，以鋼筋籠焊接牢固卻不傷鋼筋為準(zhǔn)。

1.2 管片澆筑成型后側(cè)弧面蜂窩、麻面、氣泡及孔洞缺陷

作為混凝土預(yù)制構(gòu)件的地鐵管片，其混凝土質(zhì)量優(yōu)劣直接決定著管片成型后的各種性能，是管片性能的重要保證屏障。管片成型質(zhì)量控制需根據(jù)管片生產(chǎn)成型的工藝從混凝土生產(chǎn)質(zhì)量源頭環(huán)節(jié)控制。管片生產(chǎn)時混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑成型，根據(jù)生產(chǎn)條件選擇適當(dāng)?shù)恼駬v方式，目前普遍采用附著式高頻振動器振動成型：振搗以混凝土表面停止沉落、表面不再顯著產(chǎn)生氣泡，管片模具邊角部位混凝土已充實(shí)至其表面有輕微泛漿為準(zhǔn)，不應(yīng)過振或漏振，否則，易出現(xiàn)澆筑成型后側(cè)弧面蜂窩、麻面、氣泡及孔洞缺陷，如圖2所示。

圖2 管片側(cè)弧面氣泡及孔洞

此質(zhì)量缺陷主要由以下幾點(diǎn)原因造成：模具內(nèi)腔表面存在損傷、毛刺、表面清理不干凈問題，混凝土容易粘結(jié)，進(jìn)而影響到成型管片表面光潔，形成蜂窩、麻面；混凝土和易性及流動性不足，影響氣泡排出及密實(shí)，造成管片成型后表面氣泡多，出現(xiàn)孔洞及麻面；脫模油產(chǎn)品選擇不適當(dāng)，影響混凝土澆筑時氣體排出，造成成品側(cè)面氣泡多；澆筑時振動力不足、澆筑速度過快、振動時間不足，造成成品氣泡多。

采取的通用防治措施有如下幾點(diǎn)：保證管片內(nèi)腔表面光潔，清理干凈；優(yōu)化混凝土生產(chǎn)配比，提高混凝土的工作性能（和易性、流動性及排氣性），保證混凝土密實(shí)，減少氣泡，杜絕孔洞和麻面；選擇優(yōu)質(zhì)脫模油，利于排出氣泡；選擇附著式振搗方式，振動力充足，澆筑時下料量均勻、勻速。在模具澆筑到80%時暫停下料，振動20～30 秒再把模具澆筑滿，再持續(xù)振動。保證單個模具下料振動時間達(dá)到5～6分鐘。

1.3 管片成型后外弧面龜裂、淺表微裂紋缺陷

管片生產(chǎn)過程中當(dāng)混凝土澆筑完成后，應(yīng)漿管片模具外弧面多余的混凝土刮除干凈，保證外弧面沿鋼模的弧度平整后再壓實(shí)壓光。完成管片混凝土的收水抹面后應(yīng)及時覆蓋薄膜鎖水，在管片覆膜至混凝土發(fā)生水化反應(yīng)養(yǎng)護(hù)至達(dá)到脫膜強(qiáng)度前不可將揭開薄膜，特別是溫濕差大和風(fēng)大的地方更加應(yīng)該注意防范，以保證混凝土表面溫濕度，避免管片出現(xiàn)失水龜裂及溫濕度下降太快造成的淺表微裂紋等缺陷，如圖3所示。

圖3 管片成品外弧面龜裂、淺表微裂紋

此質(zhì)量缺陷主要由以下原因造成：混凝土生產(chǎn)配比中水泥摻量較大，使得水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生巨大熱量，從而導(dǎo)致混凝土在凝結(jié)過程中收縮量大大增加；早期混凝土表面的游離水蒸發(fā)速度過快及浮漿層不利因素作用，進(jìn)而造成最終的管片面層混凝土干縮較大產(chǎn)生龜裂或淺裂紋［2］；混凝土剛澆筑成型時，管片上表面未覆蓋塑料薄膜或過早掀開薄膜、管片外弧面混凝土粗骨料少，漿體過多泛漿、管片養(yǎng)護(hù)措施不足、外部天氣溫差大和風(fēng)大等、收面次數(shù)少于2 次或收面時間過早，這些都將導(dǎo)致管片產(chǎn)生龜裂及淺裂紋。

采取的通用防治措施有如下幾點(diǎn)：優(yōu)化調(diào)整設(shè)計混凝土生產(chǎn)配比；及時有效覆膜保濕鎖水，不提前揭膜；嚴(yán)格控制混凝土入模塌落度、振搗力及振搗時間，防止過振造成骨料下沉，管片外弧面泛漿，形成收縮裂紋；脫模后嚴(yán)格按規(guī)范要求浸水養(yǎng)護(hù)7 天；根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)墓芷B(yǎng)護(hù)方式，做好保溫保濕措施；控制好光面時間和次數(shù)。

2 運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)過程中管片質(zhì)量控制

管片澆筑成型覆膜養(yǎng)護(hù)至脫模、水養(yǎng)期期滿出池轉(zhuǎn)運(yùn)及28d 齡期期滿發(fā)貨運(yùn)輸至工地時，由于混凝土早期強(qiáng)度偏低，起吊、行走、下落等操作不當(dāng)，都將會造成一定程度磕碰導(dǎo)致管片出現(xiàn)破損、缺棱掉角等質(zhì)量缺陷，如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)運(yùn)及運(yùn)輸過程中管片的破損、缺棱掉角

此質(zhì)量缺陷主要由以下幾點(diǎn)原因造成：脫模起吊強(qiáng)度低于了規(guī)范要求，采用吸盤脫模應(yīng)不低于15MPa，其它脫模方式應(yīng)不低于20MPa；起吊運(yùn)輸行走過程中與其他管片或器具察碰損傷；模具邊角處脫模油漏刷，從而導(dǎo)致混凝土粘模、掉邊；入水養(yǎng)護(hù)、出水運(yùn)輸、堆碼存儲及翻片出貨過程中，發(fā)生管片間的磕碰碰撞；

采取的通用防治措施有以下幾點(diǎn)：嚴(yán)格按規(guī)范要求，混凝土強(qiáng)度高于脫模起吊強(qiáng)度后才能起吊脫模；模具邊角脫模油涂刷均勻，不漏刷和過刷；管片的起吊、行走、下落操作應(yīng)保證平穩(wěn)，尤其是管片下落至管片翻片機(jī)上的過程應(yīng)緩慢，且翻片機(jī)上應(yīng)加緩沖墊；管片的養(yǎng)護(hù)、存儲及出貨運(yùn)輸過程中，采用墊塊、隔木的保護(hù)措施，防止管片與硬物及管片間形成磕碰接觸。

3 拼裝施工過程中管片質(zhì)量控制

地鐵管片雖然是成品構(gòu)件，但地鐵管片與其他預(yù)制構(gòu)件有所不同，其他預(yù)制構(gòu)件的安裝一般相對比較簡單，基本屬于達(dá)積木式的安放型安裝，安裝時受力比偏小，但地鐵管片不一樣，在盾構(gòu)機(jī)對管片進(jìn)行拼裝施工時，盾構(gòu)機(jī)油缸推力達(dá)到1000～2000 噸，平均分配至每根液壓油缸也有上百噸的受力，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不正確或管片受力位置不在平行縱軸方向，將導(dǎo)致其受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管片能承受的受力極限。同時，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時必須根據(jù)預(yù)設(shè)的線路調(diào)整管片來實(shí)現(xiàn)隧道的轉(zhuǎn)彎、坡度的升降，所以掘進(jìn)施工時地鐵管片的拼裝控制尤其重要，直接關(guān)系隧道成型質(zhì)量，稍有偏差就可能造成管片破損、裂縫、滲水等缺陷［3］，如圖5所示。

圖5 拼裝施工中管片裂紋及滲水

此質(zhì)量缺陷主要由以下原因造成：隧道掘進(jìn)施工時管片受力不均等原因造成管片背面裂縫導(dǎo)致管片結(jié)構(gòu)相對薄弱面的滑槽處滲水；管片的拼裝施工速度過快，無法保證管片拼裝施工質(zhì)量，管片拼裝時發(fā)生管片錯臺、受損、止水條脫落等情況的幾率較高；掘進(jìn)施工速度太快，但管片同步壁后注漿跟不上，從而導(dǎo)致管片后壁注漿量嚴(yán)重偏少，不滿足設(shè)計要求。

采取的通用防治措施有以下幾點(diǎn)：保證盾構(gòu)現(xiàn)場的盾構(gòu)姿態(tài)與拼裝施工控制，保持管片環(huán)面平整及千斤頂撐靴中心位置無偏移，進(jìn)而確保掘進(jìn)拼裝過程中管片受力均勻；嚴(yán)格控制管片的掘進(jìn)拼裝速度；保證管片壁后注漿量達(dá)到施工設(shè)計要求。

4 結(jié)語

隨著“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)提出及推進(jìn)，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對于低碳公共交通出行的需求急劇上升，城市地下空間軌道交通建設(shè)是未來城市發(fā)展的必然選擇，做為一種低能耗、低污染、低成本、低土地占用的低碳交通出行方式，軌道交通是體現(xiàn)“以人為本”原則且對環(huán)境友好的“綠色交通”。為嚴(yán)格保證地鐵安全運(yùn)營一百年的高質(zhì)量設(shè)計要求，管片的質(zhì)量安全發(fā)揮著決定性作用，必須從嚴(yán)管控管片生產(chǎn)、運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)及拼裝施工等過程中的每一個細(xì)節(jié)。