地铁暗挖隧道二衬拱墙混凝土施工质量的控制

2014-03-31赵志刚董延昭高东生田伟光

江西建材 2014年12期

赵志刚董延昭高东生田伟光

（1.北京班诺混凝土有限公司；2.石家庄市轨道交通有限公司）

前言

地铁暗挖隧道二衬拱墙（隧道侧面和顶部）混凝土由于无法振捣（只能在钢模外辅助振捣，效果微乎其微），向下泵送且泵管长度长（一般200mm～300m，极端可达400mm～500m），且拆模后隧道内壁不进行装修，要求混凝土外观要光洁、致密、颜色一致。因此，地铁暗挖隧道二衬拱墙的混凝土施工质量控制是地铁工程施工中一个难点之一。

目前，浇筑地铁暗挖隧道二衬拱墙基本使用模板台车的方法，浇筑一定宽度的拱墙后，台车在轨道上向前平移（类似滑膜施工），混凝土从模板台车的顶板中央注入，在顶板两侧留混凝土溢出孔，等到混凝土注满模板从一侧溢出孔流出时，将该侧溢出孔封堵，等到另一侧溢出孔也流出混凝土时，说明混凝土已注满全部模板，封堵该侧溢出孔和混凝土注入管口，辅助振捣后完成浇筑。

北京轨道交通昌平线二期线路北起涧头村，沿京包高速路北侧向南敷设，过八达岭高速与京包高速匝道桥后，线路沿京银路向南，至西关环岛转向东，沿政府街、府学路穿过昌平老城区，过东沙河后沿昌崔路进入昌平新城东扩区，在内环东路转向南，接入一期工程起点南邵站，全长10.6公里，全部为地下线，设6座车站，分别为十三陵景区站、西关环岛站、昌平站、亢山广场站、水库路站、昌平新区站，并在八达岭高速以北、虎峪沟以西、农场路以东的位置设十三陵景区车辆段一座。该工程西关环岛站～昌平站区间位于昌平老城区最繁华街道—政府街，采用暗挖法施工，于2013年年底开始浇筑二衬混凝土。

1 易出现问题原因分析

1.1 泵送困难甚至泵管堵塞

1）泵管布置不合理（向下泵管前面的水平泵管高长度不够），泵管安装不牢固，连接处不严密。

2）砂浆润管时，如遇泵送管道较长，砂浆中的小砂粒和胶凝材料不断被泵管壁粘附，最后砂浆中只剩较大砂粒，加之被泵管内的润管水冲刷，在泵管末端的弯头、软管处易造成堵塞。

3）入泵混凝土离析或搅拌不均匀，混凝土流动性经时[1]和泵送后损失偏大。

4）停泵时间太长。

1.2 外观不良

二衬拱墙外观不良较常见的有蜂窝麻面、砂线、水线、反碱、起皮、气泡、色差见图3~图6。

1）蜂窝麻面、气泡。混凝土流动性偏小，浇筑不连续或间歇时间太长，模板上脱模剂涂刷不均匀或有未涂刷部位。

2）色差：不同车混凝土流动性差别大，浇筑不连续或间歇时间太长，模板上脱模剂涂刷不均匀或有未涂刷部位等。

3）起皮、砂线（或水线）及反碱：混凝土保水性不良，润管水未排净，辅助振捣局部时间太长。

1.2 裂缝

由于二衬仰拱和拱墙浇筑后成为一个整体隧道，长度至少1km以上（车站与车站距离），由于混凝土的收缩和温度的变化，易产生环向裂缝。

1）混凝土收缩偏大[2]

2）混凝土早期强度增长太快

3）拆模偏早

4）拆模时混凝土与气温温差大

5）养护不良

1.3 强度偏低

拱墙混凝土流动性大，浇筑振捣困难，控制不当，易造成实体结构混凝土的致密性不够，进而造成强度偏低。

1）混凝土配制强度偏低或掺合料掺量偏大、用水量超标等

2）隧道内部温度比较恒定

3）拆模早，早期失水严重

4）养护不良

2 控制措施

2.1 泵送困难甚至泵管堵塞

1）泵管合理布置并安装牢固，连接严密。根据JGJ/T10-2011《混凝土泵送施工技术规程》5.2.4条，向下管道末端设弯管或水平管，折算长度不小于1.5倍高差。泵管在转弯处采取可靠措施进行固定。泵管连接时要检测密封圈的完好程度，多次使用的密封圈要进行更换。

图1 混凝土和易性差造成泵管堵塞

图2 混凝土流动性泵送损失大造成泵管堵塞

2）合理润管。根据泵管长度确定比较足够的润泵砂浆量，防止砂浆量偏少，砂浆中水泥浆不够覆盖泵管内壁。泵管长度超过300m，要在砂浆润管前用一定量的水泥净浆润管，以保证泵管被充分润滑，防止砂浆堵管。润管过程操作要规范。先用清水对料斗、活塞及泵管等直接与混凝土接触部位进行湿润并检查泵和输送管内是否有异物，清水泵送完毕，应清除泵内的积水；接着要泵送砂浆进行管道润滑；等到砂浆连续泵出后，才可开始泵送混凝土。采用水泥净浆进行管道润滑时，在清水润管并清除干净后打入水泥净浆，水泥净浆泵完后，开始泵入砂浆润管。

3）入泵混凝土质量控制。二衬拱墙要求混凝土具有较高的流动性和良好的和易性（到浇筑部位时混凝土坍落度200mm以上、扩展度500mm以上、含气量在3%～4%之间、T500在3s～8s之间）。要对入泵的混凝土逐车进行质量检查，入泵混凝土坍落度应≥220mm，扩展度≥550mm且和易性良好，不得离析、泌水。

4）混凝土流动性经时和泵送后损失控制。

① 施工过程中，要逐车监控混凝土流动性经时和泵送损失。流动性经时损失方面：2h坍落度损失≤30mm、扩展度损失≤100mm。流动性泵送损失方面：坍落度损失≤30mm、扩展度损失≤100mm。

② 为达到此要求，不但要控制混凝土的原材料质量，更要采用合理混凝土的配合比。混凝土所使用的水泥应与外加剂具有良好的相容性，以达到满足混凝土流动性经时损失的要求；所使用的砂石含泥量要符合规范要求，砂石均采用两级配进行级配优化，石子最大公称粒径在25mm以下，为增加混凝土流动性并改善和易性，掺加20%～30%的5mm～16mm细石；选用优质Ⅰ级粉煤灰，采用Ⅱ级粉煤灰时，要控制其掺入量≤20%，以控制混凝土流动性经时损失；外加剂除了与水泥具有良好相容性外，还应具备降低混凝土流动性经时损失、改善混凝土和易性和降低混凝土流动性泵送损失等性能，应选用采用先进合成工艺生产的具有调节混凝土粘度、提高流动性、改善和易性、改善外观、降低流动性经时和泵送损失等多方面功能的聚羧酸系高性能减水剂或防冻剂。

图3 砂线

图4 反碱

图5 色差

图6 大气泡

③ 实际施工中，混凝土经过泵送后的流动性损失普遍存在，而且随着泵送高度或长度的增加，呈现明显增大的规律。目前，关于混凝土泵送后的流动性损失的研究较少，亦未形成比较一致、成熟的观点，同时，能够模拟或检测泵送后混凝土流动性损失的专用仪器也没有。本工程中尝试采用压力泌水仪进行模拟检测。采用不同压力对混凝土持压3min，检测混凝土流动性的变化。采用不同配合比（见表1）进行试验，试验结果见表2。不同泵送高度（长度）的泵送压力估算见表3。

④ 从表2可看出，2#配合比的模拟试验结果显示其泵送损失明显低于1#配合比。采用2#配合比进行实际施工，现场泵管长度210m，经泵送后，混凝土流动性泵送损失较小（坍落度≤20mm，扩展度≤50mm），与本模拟试验方法的检测结果比较接近。

5）泵送混凝土时，应先慢后快，逐步加速，并观察混凝土泵的压力和各系统工作状态，待各系统运转正常后，才可以正常速度泵送混凝土。

6）当混凝土泵出现压力升高且不稳定、油温升高、输送管明显振动等现象而泵送困难时，不得强行泵送，应立即查明原因，用敲击的方法检查易堵塞部位（比如管道最末端、弯管及变径部位等），并及时疏通。

7）混凝土泵送需中断时，时间不宜太长，超过20min应泵送一次。

2.2 外观不良

1）控制混凝土的流动性、流动性经时损失和泵送损失以及和易性。

2）控制不同车次的混凝土流动性偏差。坍落度偏差应≤20mm，扩展度≤50mm。

3）防止混凝土在输送过程中发生分离。向下卸料高度超过2m时，要设缓冲装置，防止混凝土离析；采用接力泵时，要在混凝土第二次入泵前采取搅拌措施（采用小型搅拌罐车）。

4）严禁向混凝土内加水，混凝土流动性偏小时，用同型号外加剂调整。

表1 泵送损失试验配合比

表2 泵送损失模拟试验结果

表3 不同泵送高度（长度）的泵送压力估算

图7 泵送损失模拟试验

5）泵送应连续进行，停泵时间不超过20min。

6）加快浇筑速度，每罐混凝土浇筑时间不超过30min。

7）在拱墙最低端两头设置溢流口，等润泵水彻底排净后，进行封堵。

8）检查模板与已浇筑混凝土接缝，发现不严密处，用密封条进行封堵。

9）每次浇筑混凝土之前要检查模板上脱模剂涂刷或模板漆完好情况，发现脱模剂涂刷不均或模板漆脱落情况，及时补刷脱模剂或模板漆。

10）控制每个点的辅助振捣时间不得超过50s。

11）封堵每个溢出孔时延迟2-3min，以提高混凝土的密实性。

图8 1#配合比3M Pa加压后情况

图9 2#配合比3M Pa加压后情况

图10 1#配合比5M Pa加压后情况

图11 2#配合比5M Pa加压后情况

12）根据隧道内温度和混凝土的凝固情况确定合理的拆模时间，不得小于24h,以保证混凝土早期的水化反应，防止粘膜。

13）拆模后及时采取喷养护剂或喷水方式养护，持续时间不少于14d。

2.3 裂缝

1）控制混凝土的收缩。

① 混凝土各种原材料质量要要符合《轨道交通工程结构混凝土裂缝控制与耐久性技术规程》QGD-008-2014要求。水泥的比表面积≤350m2/kg、矿粉比表面积≤500m2/kg，粉煤灰的需水量比≤100%[3]。

② 配合比设计也应考虑尽可能降低混凝土收缩。混凝土中矿粉掺量不超过粉煤灰掺量，总掺合料掺量不超过50%[3]，水胶比不超过0.3，砂率不超过50%，水泥用量不超过500kg/m3，胶凝材料用量不超过600g/m3。

2）提高混凝土浇筑的密实性。控制混凝土的流动性在合理范围之内，连续泵送浇筑，封堵每个溢出孔时延迟2min～3min。

3）拆模时间不小于24h，气温偏低时要延长50%以上。

4）延长每次拱墙浇筑的间隔时间，以尽可能释放混凝土的收缩。采取左右线和两端交替浇筑的方式，可使间隔时间达到3天～5天。

5）拆模后及时采取喷养护剂或喷水方式养护，持续时间不少于14d。

2.4 强度偏低

图12 二衬拱墙混凝土入泵前状态

图13 拆模后的二衬拱墙混凝土表面

图14 拆模后的二衬拱墙侧墙外观

图15 拆模后的二衬拱墙全景

1）控制混凝土的原材料质量。重点控制：水泥强度、粉煤灰的需水量比、矿粉的活性指数，砂石的含泥量、外加剂的减水率等指标。

2）混凝土配合比设计时强度富余量达到1.645σ以上。

3）要严格按照配合比搅拌混凝土，用水量不得超出配合比设计值，每盘计量偏差：砂石±3%，胶凝材料、水、外加剂±2%；累计误差：砂石±2%，胶凝材料、水、外加剂±1%[3]。

4）同样控制好入泵混凝土的流动性和易性。严禁向混凝土内加水，混凝土流动性偏小时，用同型号外加剂调整。

5）润泵水要充分排净。

6）浇筑过程中，根据混凝土下料位置及时采取辅助振捣，每点振捣时间30s～50s。

7）拆模时间不小于24h，气温偏低时要延长50%以上。

8）拆模后及时采取喷养护剂或喷水方式养护，持续时间不少于14d。

3 工程效果

北京轨道交通昌平线二期工程西关环岛站～昌平站区间暗挖二衬拱墙混凝土共浇筑12300m3，隧道长度1.53km（双线），工期历时6个月。在施工过程中，通过采取以上的一系列控制措施，混凝土流动性和和易性良好，泵送顺畅，施工进度得到保障，隧道外观良好，基本无裂缝，混凝土强度稳定且均符合设计要求，取得了良好的效果详见见图12~图15。