行业要闻

 

【摘　要】结合杭州地铁一号线工程管片生产实践,介绍了在地下工程盾构法施工中,隧道预制衬砌环的基本单元管片的生产。在管片生产过程中,尤其在脱模后表面存在较多的气泡和裂缝,不但影响管片的抗压和抗渗强度,同时也加大了后续的修补工作量。在每道生产工序中,尽量杜绝气泡和裂缝,把它减少到最低限度是一项很重要的工作。根据生产现场实际经验,结合杭州地铁一号线管片生产,总结了一些方法,并且在施工中收到了良好的效果。

【关键词】盾构管片;气泡;裂缝;防治

 

      目前在全国各大城市的地铁施工中已有越来越多的标段开始使用盾构法施工。管片是隧道预制衬砌环的基本单元,它的质量直接影响到整个隧道的质量。管片生产中的一大难题就是脱模后管片表面存在较多的气泡和收缩裂缝,不但影响管片的抗压和抗渗强度,而且也造成了大量的修补工作。因此在管片的混凝土配比、搅拌、浇捣、养护过程中就应该尽量防治气泡和裂缝的产生。

1、盾构管片的组成

      盾构法施工的隧道断面通常是圆形的,一般净断面直径为3~14m,整个衬砌环由4~10块管片

组成1~7个标准块, 2个邻接块和1个封顶块。每环管片的宽1. 2m或1. 5m。

2、管片的制作工艺及气泡、裂缝形成的原因

2. 1　管片的制作工艺

      管片是一种混凝土预制件,其制作过程主要有:钢筋笼的制作;钢筋笼装入钢模具;浇筑混凝土(振捣);管片的初期养护;脱模;水养、喷淋养护。

2. 2　气泡和裂缝形成的原因

      2. 2. 1　气泡形成的原因　(1)混凝土骨料间隙在搅拌时本身形成的气泡,受振捣棒的振动挤压作用,气泡聚集变大从混凝土表面排出,一部分在振捣过程中未排出的形成气泡,在对混凝土切割端面或者构件靠模的侧面最为明显,这部分就是我们常说的气泡。(2)混凝土中结合水之外的水分形成的气泡,也就是我们常说的坍落度的影响。混凝土的坍落度反映出混凝土的配合比。坍落度大,混凝土中水的含量就多,反之就少。混凝土的坍落度根据具体的工艺和气温等条件的不同而不同,理论上是除结合水外,水越少越好。对混凝土管片,常温下坍落度以3~5 cm为宜。而坍落度较小,在振捣过程中,则混凝土将凝固得很快而无法振捣,最终形成蜂窝、空洞。所以在混凝土预制件中,对混凝土的坍落度都有很严格的要求。(3)钢模自身结构的影响。制作管片的钢模其精度要求是非常高的,误差只有0. 4mm,密封性很高。同时,大多数模具侧模有凹凸榫,混凝土在凝固时要产生热量,而原来混凝土里面的水分、气泡受振捣棒的挤压作用也要排出来,这些水分、气泡就集中在模具的侧板和管片侧面的凹凸榫处,气泡占据了本来应该是混凝土所占据的位置,脱模后就表现为凹凸榫处气泡多;同样,在模具侧模没有凹凸榫的管片上就表现出气泡少而分布均匀,在对管片进行钻芯取样的切割面也可以看出,管片内部的气泡少,小而均匀。(4)施工工艺的影响。目前在国外管片的生产过程中,一般都采用振动台振捣,国内也有部分单位使用,振动台容易控制振动的速度和频率,使混凝土变得均匀,也就减少了气泡的含量。在采用振捣器人工振捣生产过程中,由于人工操作的不稳定因素和工人操作的技术熟练程度的不同,对质量有一定的影响。工人操作时容易使振动棒碰到钢模具和钢筋笼,也不容易控制振捣的均匀性,就容易使气泡集中于局部部位而形成较大的空洞。

      2.2. 2　裂缝形成的原因　管片裂缝产生的机理同大多数钢筋混凝土构件一样,主要有: (1)混凝土干燥收缩引起的裂缝。如:混凝土早期的干缩裂缝等。(2)温度变化引起的裂缝。如:管片升温降温速率过快。(3)混凝土中钢筋锈蚀引起的裂缝。由于混凝土的碳化作用,使钢筋发生锈蚀,引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋发生锈蚀,对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥落,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面。(4)使用不当。如管片长时间堆放处于不合理的受力状态而开裂等。(5)原材料质量不合格。如使用安定性不合格水泥和含泥量大的砂石等均会出现早期不规则的网状裂缝;骨料中含有酸性硅化物质与水泥、粉灰中的碱性物质发生水硅反应生成膨胀的胶质,吸水后造成局部膨胀产生拉应力,构件就会出现爆裂状裂缝;拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时引起钢筋锈蚀,从而产生裂缝。(6)施工工艺不当引起的裂缝。如混凝土振捣不密实,出现蜂窝,麻面或空洞,导致钢筋锈蚀或形成其它荷载裂缝的起源点,管片手孔部位易出现裂纹,主要是由于芯棒阻挡,局部混凝土振捣不密实;混凝土浇捣前留置时间过长,水分蒸发过多,引起混凝土坍落度损失,使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝,由于混凝土坍落度过大,表面出现水泥浮浆而产生龟裂。

3、气泡、裂缝的防治

3. 1　气泡的防治

      3.1. 1　严格控制坍落度　混凝土的成分主要有水、水泥、砂子、石子和一定量的外加剂。由于坍落度对混凝土凝固后的强度和气泡的产生都有影响,所以在配制混凝土时要严格控制坍落度。尤其在夏天,混凝土从搅拌站运输到管片生产场地要花费一定的时间,而在此过程中,就会在一定程度上产生凝固,造成坍落度的损失。因此要对管片混凝土外加剂做适当调整,混凝土配合时加入一定数量的缓凝剂,适当延长混凝土的初凝时间。在整个振捣过程中保持均匀的坍落度是很重要的,可以使各个部位的混凝土分布均匀,则混凝土就可以均匀地凝固,相应地就减少了裂缝的产生。

      3. 1. 2　HPC聚羧酸高性能减水剂的特点　(1)在不增加用水量的情况下能够极大地改善混凝土的工作性; (2)在夏天可增加缓凝,改善工作性; (3)可在终凝后加速固化; (4)极大地增加早期和后期强度;(5)降低收缩,减少徐变性能; (6)不含氯离子。由于HPC聚羧酸高性能减水剂具有以上性能,所以它能有效地防止混凝土坍落度的损失和改善混凝土的凝固,不但能在一定程度上减少气泡,也能减少裂缝的产生。

3. 2裂缝的防治

      3.2. 1　优化混凝土配合比　进行配合比设计时,在保证混凝土强度和工作性能前提下,对原材料、水灰比、砂率等的取向都要利于裂缝的减少。根据水泥与外加剂的适应性,选择减水率大的减水剂;水灰比尽可能小;砂率适中。

      3.2. 2　尽量减少大气温度的影响　由于在夏天施工时大气的温度很高,混凝土坍落度的损失就大,为了消除气温所带来的不良影响,可以采取如下措施:(1)混凝土在一天中气温较低的时间内浇筑,上午10∶30以前或下午15∶00以后,在这个时间段内气温不是很高,可以使混凝土较好地凝固。(2)在冬天采用蒸汽加热砂石和拌和用水等措施,避开夜间最低气温施工。(3)加强管片的初期养护,在这个阶段内混凝土凝固时要放出大量的热量,因此必须采取一定措施,以确保混凝土均匀地凝固,通常管片采用蒸汽养护,以减少裂缝的产生。管片刚开模后要加强对成品管片的保温,让管片保持缓慢降温,防止因降温过快而开裂。

      3.2. 3　养护措施　管片脱模之前一般采用蒸汽养护,蒸汽养护能够加速钢模周转,降低生产成本,加快混凝土硬化,确保水泥充分水化,使管片的强度能尽早达到脱模时的设计要求强度,防止管片出现收缩裂纹。混凝土振动成型2 h后,将用于蒸汽养护的帆布罩在模具上,在养护罩上预留的小孔中插入温度计。因布置于模具底部的蒸汽管路布满小孔,蒸汽会从每个小孔中均匀地喷出来,使整个模具均匀地升高温度,升温时的速度控制在每小时15℃,最高养护温度不超过60℃,恒温3~4 h。经过以上的措施处理后,管片上的裂缝和气泡得到了有效的控制。

      3.2. 4　水养和喷淋养护　管片脱模后在保证管片与水温度差不大于20℃的前提下,尽快放入水池中进行不少于7 d的养护,在水中养护时管片必须全部浸没水中。管片出水养护后,应整齐放在堆场的柔性材料的垫条上,垫条厚度一致,搁置部位正确;并覆盖土工布等,在堆场中采用喷淋养护,喷淋养护时间不得少于14 d。

      3.2. 5　吊装、堆放等环节的控制　与管片接触的吊具、脱模架和堆放垫块上均要附加保护材料,避免磕碰,堆放场地必须压实、平整、硬化,并具有排水措施,防止因外力产生裂缝。

4、结　语

      综上所述,在管片施工中,严格控制坍落度、对管片养护采取相应的措施、加强现场作业人员的工序控制等,使盾构管片生产中气泡和裂缝得到了有效控制,可供类似工程参考。