盾构隧道管片生产质量控制技术

王剑

提要：盾构法隧道施工技术是目前世界上先进的隧道施工技术，盾构管片是高质素的钢筋混凝土构件，影响其质量的因素很多，本文从其管片生产中混凝土技术参数、生产工艺参数、养护方式以及常见外观质量问题的处理措施进行探讨，意在引起大家对盾构隧道管片质量问题的关注和思考。

关键词：盾构隧道管片；生产工艺；质量控制

Abstract: the method of shield tunnel construction technology of the world's advanced tunnel construction technology, shield segment lining is high quality of reinforced concrete structures, on the quality of many factors, this article from the production of technical parameters of concrete lining, production process parameters and maintenance method and common the appearance quality problem processing measures are discussed, in order to get everybody to shield tunnel segments attention to quality problems and thinking.

Keywords: of shield tunnel segment; Production process; Quality control

中图分类号：O213.1文献标识码：A 文章编号：

1 前言

预制钢筋混凝土盾构管片（以下简称管片）是盾构隧道施工的主要构件，也是隧道防水、防火和耐久行等综合性能的保证，所以对管片质量的要求极高。下面结合新建广深港客专狮子洋隧道SDⅡ标项目部的管片生产，讨论管片生产质量的控制技术。

2 管片简介

本盾构隧道采用单层C50钢筋混凝土管片结构。管片厚500mm，宽度2000mm，隧道内径9.8m，隧道外径10.8m。管片楔形量24mm，采用双面楔形。管片环向分块采用“7+1模式”，即分块为5块标准块（49.09°）+2块邻接块（49.09°）+1块封顶块（16.37°）。管片环与环之间采用错缝拼装，封顶块采用“搭接1.4m，径向推入后再纵向插入”的方式拼装。管片之间采用M36斜螺栓连接，预制钢筋混凝土管片混凝土强度等级为C50 , 抗渗等级P120 ，钢筋主要采用HRB235 和HRB335 , 每环管片钢筋重量约6.272t , 每m3 混凝土含钢量为0.194t 。

3 管片生产质量控制技术

3.1 建立质量管理体系及技术质量标准

为保证管片的产品质量，管片生产项目部必须根据自身条件和特点，建立适宜的质量管理体系，制定并实施较为严格的操作质量标准和质量验收标准，同时提出正确的指导原则。我部明确提出了在管片生产的指导原则，即“以质量为中心，强化过程管理，加大科研力度，管理与科研相结合”，以质量为中心是生产的目的和原则，加强管理与科研是实现目的两个手段，严格控制原材料质量，各生产工序都进行严格的管理，加强试研力量，实行科研、施工相结合，全员管理和全过程管理相结合，使得管片质量得到了保证。

3.2 混凝土技术参数的优化控制

3.2.1最优配合比的确定

混凝土技术性质在很大程度上影响着管片的浇注施工操作，最终影响到成型管片的质量。混凝土的流动性、粘聚性、保水性是其最主要的内容，是管片孔洞、麻面、气泡、裂缝产生的主要因素，亦是解决管片质量缺陷的首要出发点。我部试验人员先后用多种水泥、外加剂、不同粒径的骨料进行正交试验，经过几十次的试拌确定了最佳混凝土配合比。

3.2.2 合理砂率的控制

砂率是混凝土的重要参数之一，对混凝土的技术性质有着显著的影响。砂率过大，骨料的总表面积及空隙率增大，水泥浆相对显得少，减弱了水泥浆的润滑作用，从而使得混凝土的流动性减小，不利于气体的移动排除；砂率过小，不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层，同样会降低混凝土的流动性，而且影响混凝土的粘聚性及保水性，容易造成混凝土离析，是管片气孔、蜂窝、裂缝产生的直接原因。由此，选择合理的砂率十分重要，而混凝土生产过程中长期控制好砂率则是至关点。

在混凝土生产过程中我部采取了如下措施，并取得了很好的效果。①从影响砂率的骨料入手，选择质量稳定，有保证的骨料原材料供应商，减少原材料的质量波动，将影响砂率的因素控制在最低。②选用级配好、表面光滑的石子，以及细度模数较小的砂，以减小水灰比。③充分研究骨料的粒度、含水量等的变化，及时调整砂率的大小。

3.2.3 使用优质粉煤灰降低水灰比

粉煤灰内比表面积较小，吸附水的能力较小，能够很大程度上减小水泥浆的吸水性，起到减小水灰比的作用。水灰比减小能显著降低水化热，减少由温度应力造成的裂缝。这一作用尤在气温低时显得突出。粉煤灰中的玻璃体与Ca(OH)2反应产生水硬性物质降低Ca(OH)2的含量，从而降低膨胀率，改善混凝土的干缩性。

3.2.4 使用高效减水剂降低单位用水量

采用高效减水剂最显著的特性是在保持混凝土坍落度基本相同的条件下能够大幅度减少用水量，使得混凝土具有低水灰比，达到减少毛细孔体积，细化孔结构，提高混凝土的密实性，最终达到降低水化热，减小膨胀率的作用。同时减水剂的使用对混凝土的和易性、凝结特性等也有一定的影响。但是由于减水剂的品牌很多，各种不同品牌的减水剂在用量上有较大的差异，且效果也不尽相同。因此，在选用减水剂时根据骨料的性能、水泥的品种等因素来确定合适的减水剂。我部选用了含气量小、坍落度损失小、粘性小的SNN（含固量40%）的高效减水剂，减水率达20%。在使用此种减水剂时不可避免地也会出现分离和粘性增大的倾向，通过一定程度上调整砂率加以消除。对于减水剂的使用还应注意到了两点：一是在使用减水剂前对其进行搅拌，以免因放置产生沉淀而影响使用效果；二是在减水剂的掺法上，选用同掺法效果较好且操作便利。

3.3 生产工艺参数的优化组合选取

影响成型管片质量的又一主要因素是管片的生产施工工艺。管片生产是先将模具清理干净，涂上脱模油，并放置钢筋笼，然后将检测合格的混凝土浇注入半封闭的钢模内，采用人工振捣混凝土，之后完成抹面、养护等工序。这是一个复杂的工艺过程，其中每一步操作不够细致均会导致管片出现质量缺陷。

通过分析，发现混凝土的和易性、下料方式、人工振捣方式及振捣时间这四个参数是最主要参数，这四个参数对管片质量有着直接的影响，必须对其进行优化组合：①下料初期，混凝土在模具内有较大的流动量，浇注（下料）速度宜快，振动棒及时振捣宜以助使混凝土流动；②下料后期，混凝土在模具内流动较小，由流动排气向单纯排气过度，排气较难，应适当放慢下料速度；③下料完成后，混凝土在模具内不再有流动，为单纯排气密实阶段，因模具半封闭，排气口较小，排气困难，需要一定的排气时间。这一阶段，混凝土因經振捣流动性显著增大，为保证必要的排气时间，人工振捣方式采用垂直与斜向方式相结合，快插慢拔，来回抽动振动棒50～100mm，并深入下一层混凝土中50mm左右，每点振捣时间控制在20～30s，如果振捣时间过长，混凝土就会产生离析，骨料下沉，水泥浆被迫上涌在管片外弧面形成不均匀质体，影响强度且易产生裂缝；⑤经多次试验，坍落度在70左右，分三次下料，振捣时间在15到20min之间效果最佳。