罗启正

重庆单轨交通工程有限责任公司 重庆 400054

具不完全统计中国已有超过40个城市开通地铁，总里程超过4500km，未来5年计划再新建3000km城市轨道交通[1]。随着城市发展城市面积不断扩张，越来越多的城市采用盾构法施工建设市域铁路、过江隧道、过海隧道等项目。采用盾构法施工盾构管片是隧道主体结构，管片质量直接影响到隧道质量[2]。由于市域铁路、过江隧道、过海隧道等项目普遍存在线路分散，线与线之间距离较远，使用的盾构管片直径和重量较大，导致运输成本较高。目前，国内一些学者针对大直径盾构管片生产工艺、质量控制进行了一些研究，采用固定台座法露天生产大直径管片的企业很少，笔者结合工作实践经验，谈一谈采用固定台座法露天生产大直径盾构管片的质量控制的相关经验。

管片生产过程主要涉及到钢筋、模板和混凝土三大版块，露天采用固定台座法生产大直径盾构管片与国内其他学者总结的管片生产技术控制措施的区别在于露天环境变化多样性，本文主要介绍露天生产与车间生产的质量控制差异。

管片混凝土设计强度等级≥C50，抗渗等级≥P10，结构设计的工作年限为100年，管片作为隧道衬砌的主要结构，管片在隧道中需承受土和水压力的压力，甚至还要承受来自于上部结构的压力影响。同时管片对宽度、厚度和弧长控制精度高，管片作为防水结构，生产过程中不得出现贯穿裂纹或宽度大于0.2mm的裂缝，对控制的难度较大[3]。因此，采用固定台座法露天生产大直径盾构管片对材料、混凝土和养护控制提出了很高的要求。

1 主要生产工艺

1.1 生产工艺介绍

钢筋车间生产的钢筋笼按批量进行检验后，由专用轨道运送至钢筋笼待存区，通过行吊入模，混凝土搅拌站生产的合格混凝土通过叉车转运至现场进行浇筑。采用附着式振捣，完成浇筑后用篷布遮盖进行集中蒸养，混凝土管片达到脱模强度后通过行吊将管片运输检验编号区由监造工程师集中批量验收，合格后转运到室外养护池养护。水养7天后的管片通过行吊和平移小车将管片转移到堆码场地进行储存。

1.2 主要生产工艺流程

图1 管片生产工艺流程图

2 原材料质量控制

管片混凝土设计强度等级≥C50，抗渗等级≥P10，结构设计的工作年限为100年，管片作为隧道衬砌的主体结构，管片在隧道中需承受土和水压力的压力，甚至还要承受来自于上部结构的压力影响。同时管片对宽度、厚度和弧长控制精度高，管片作为防水结构，生产过程中不得出现贯穿裂纹或宽度大于0.2mm的裂缝，对控制的难度较大[4]。因此，采用固定台座法露天生产大直径盾构管片对材料质量、混凝土性能和养护控制提出了很高的要求，具体质量要求详见表1。

表1 盾构管片材料质量及操作要点（表格来源：作者自绘）

2.1 水泥质量控制

水泥作为混凝土主要的胶凝材料，其质量严重影响混凝土的强度、抗渗性和外观质量等，在生产前应选用质量稳定、产量富裕、水化热低的生产厂家，水泥在使用前应进行一系列的适应性试验，并与其他材料进行配合比设计，经过验证合格后方可使用。在选择水泥厂家时，应选择需水量较低的水泥，需水量高的水泥会增加外加剂的使用量，一方面增加成本，另一方面会导致混凝土粘度增加，影响管片的外观质量。

水泥进场应查验水泥的进场质量证明文件、测量水泥的进场温度，水泥进场时温度不应超过70℃，使用时不得超过60℃。水泥温度高会导致混凝土的需水量增加，一方面影响强度，另一方面会缩短水化时间，容易导致管片开裂。在保证水灰比不变的情况下增加外加剂用量容易降低管片的外观质量。水泥进场后应对每个批次的水泥进行进场检测，合格后方可用于管片生产中。

2.2 人工砂、碎石质量控制

砂、石作为管片的主要结构材料和填充材料，其质量直接影响混凝土和管片成品的质量，砂、石生产应在固定的工厂家加工。在露天条件下生产大直径盾构管片，混凝土的失水开裂的风险更高。对此，砂、石的含粉量、亚甲蓝MB值、级配不良、空隙率大更容易造成混凝土收缩开裂。同时，含粉量高、亚甲蓝MB值大、级配不良、空隙率大，会增加混凝土的需水量，在保证水灰比不变的情况下会增加外加剂的使用量，增加混凝土成本和影响外观质量。

2.3 粉煤灰质量控制

粉煤灰作为混凝土重要的掺和材，其性能对混凝土的质量影响大，除满足规范及上述指标要求外，还应考虑粉煤灰中的氨含量，使用氨含量高粉煤灰会影响管片的外观质量，同时还存在管片体积膨胀导致开裂的风险。粉煤灰进场时应检验合格证及质保书是否齐全，并按批次取样检测。

2.4 外加剂质量控制

在冬季露天环境下生产大直径管片，外加剂的性能直接关乎到管片生产模具的周转频率，由于外界温度低，外加剂的的性能也对管片的裂缝控制、外观质量控制有较大的影响。采用固定台座法生产大直径管片时，应采用聚羧酸高性能或高效减水剂，调整凝结时间的早强成分不得使用早强剂代替。外加剂进场后查验质量证明文件，并进行取样检测，合格后方可使用。

2.5 拌合用水质量控制

拌合用水应采用自来水拌合，其质量应满足标准要求，生产过程中每半年应对拌合用水的质量进行检验。

3 混凝土质量控制

3.1 混凝土配合比设计

大直径管片与普通盾构管片相比，混凝土方量和尺寸大，管片内部的水化热也更大。管片在露天生产保温困难，当外部环境温度低，容易造成管片内外的温差大产生的拉应力造成管片开裂。在混凝土配合比设计时，应根据生产进度、管片强度等参数计算混凝土配合比，配合比中的胶凝材料不宜大于450kg/m³，宜掺入不少于10%的粉煤灰、矿粉等掺合料。

另外管片混凝土配合比除满足强度、抗渗、氯离子扩散系数等指标外，同时混凝土还应具有较好的和易性，混凝土的凝结时间应满足生产需要。

3.2 混凝土搅拌及浇筑

混凝土搅拌应采用强制式混凝土搅拌站，搅拌时间不宜小于120s，搅拌站控制误差应满足《混凝土质量控制标准》（GB50164-2011）中的规定，混凝土浇筑时坍落度不宜大于120mm，振动时采用附着式振动器气压不宜低于0.6MPa。浇筑时应分层布料，分层振动停留时间宜不低于30s，放料完成后混凝土表面不再有石子沉落、不再有大量气泡排出、模具盖板边沿出现3-5cm宽浮浆后停止振动。

3.3 混凝土收面及养护

由于是露天环境生产，容易造成混凝土表面失水导致的表面开裂，混凝土每次收面完成后都应用塑料薄膜覆盖，最后一次收面完成后待混凝土表面不粘手时用塑料薄膜覆盖后进行养护。在环境温度低于20℃时，宜进行蒸汽养护，养护温度不超过50℃。养护时应在收面完成后1小时开始养护，养护按照升温、恒温和降温控制，升温速度按照≯10℃/h控制，降温速度按照≯20℃/h控制。

为防止管片脱模后与外界温差大，脱模前2小时应将蒸养设施打开，脱模前半小时应将模具四周侧模打开，将薄膜覆盖与管片表面，待管片与外界温差≯20℃时方可吊装。在冬季雨天生产时，脱模后要防止雨水直接淋在管片表面，造成管片内外温差大形成拉应力造成管片开裂[5]。

4 大直径管片裂纹类型及主要成因分析

4.1 外弧面裂纹

管片外弧面裂纹主要有龟裂和收缩裂纹。

龟裂纹在管片生产或其他混凝土制品生产中是比较常见的裂纹类型，同时也是管片最容易产生的裂纹，通常在管片湿润状态下容易见到。龟裂纹大多在管片生产以后一定时间后出现，属于一中浅表性裂纹，对混凝土结构无影响。龟裂纹的产生与混凝土配合比、材料的含泥量以及养护时间等方面均有影响。

收缩裂纹主要是在管片收面过程或脱模前后产生的，主要是混凝土表面失水产生的。裂纹宽度普遍＞0.2mm，主要在管片外弧面以及管片外弧面与侧面转角处位置易出现。

图2 砼表面龟裂

图3 收缩裂纹

4.2 侧面裂纹

侧面裂纹主要是内外温差大产生的拉应力造成混凝土表面开裂的一种收缩裂纹。侧面裂纹在冬季生产时出现的可能性较大，管片脱模时内部温度可能会超过60℃，而冬季施工时外界气温普遍低于10℃，内外温差可能超过50℃，在这种情况下侧面容易出现收缩裂纹。

图4 侧面裂纹

图5 手孔裂纹

4.3 手孔及止水槽裂纹

管片手孔预埋件位置在温差较大的季节下长时间存储，以及在未覆盖的状态下容易产生细微裂纹。管片止水槽位置的裂纹主要有横向和纵向裂纹，横向裂纹主要原因与内外温差有关，纵向裂纹与混凝土收缩以及内外温差有较大关系，容易在管片脱模前产生，生产过程中应注意养护时间和养护温度。

5 结语

采用固定台座法生产大直径管片，需对水泥的需水量、水化热、水泥进场温度等指标进行控制。砂、石的含粉量、颗粒级配、空隙率、亚甲蓝MB值对管片的外观质量影响较大，同时还容易造成混凝土表面开裂。

粉煤灰中的氨含量影响管片的外观质量，严重时会造成管片开裂。外加剂中不得加入早强剂，不仅会影响混凝土的后期强度同时容易造成管片早期开裂。

混凝土配合比设计应严格控制胶凝材料总量，掺合料用量不宜低于10%。混凝土收面时应及时保湿，当环境温度低于20℃时宜采用蒸汽养护，管片脱模前应有足够的降温时间，管片吊装时与环境温差不宜大于20℃。