浅析蒸汽养护对TBM混凝土预制管片质量的影响

钟瑞喜

（山西省水利建筑工程局，山西太原 030006）



浅析蒸汽养护对TBM混凝土预制管片质量的影响

钟瑞喜

（山西省水利建筑工程局，山西太原 030006）

【摘 要】TBM隧洞施工二次衬砌采用混凝土预制管片代替现浇混凝土支撑围岩和隧洞防渗。在预制管片加工过程中蒸汽养护对管片质量的影响主要由各阶段的养护温度、养护时间及其升降温速度决定，本文通过实例介绍了蒸汽养护的时间、温度及升降温速度要求，并提出了合理化建议。

【关键词】TBM；蒸汽养护；混凝土预制管片；预养；升温；恒温和降温

1　引 言

随着国民经济和科学技术不断向前发展，一些跨流域调水工程相继开工修建，其中许多调水工程输水线路以隧洞为主，例如：山西万家寨引黄入晋工程隧洞工程占整个输水线路的80%以上。一些距离长、埋深大的隧洞仅仅依靠传统钻爆法施工已远远不能满足工程建设要求。20世纪90年代以来，TBM双护盾硬岩掘进机在我国调水工程中得到广泛的应用。

TBM双护盾硬岩掘进机是集所有传统隧洞施工功能于一体的大型隧洞施工设备，适合埋深大、距离长的隧洞施工。不仅实现了隧洞施工各个工序平行作业，而且统筹了各个传统隧洞施工环节的衔接，从而大大提高了施工速度，日平均进尺约54. 7m，月平均进尺约1334m，最高日进尺约113. 21m，最高月进尺约1637. 5m。

二次衬砌采用混凝土预制管片代替现浇混凝土支撑围岩和隧洞防渗。为了适应TBM掘进速度快的特点，混凝土管片生产一般设有专门的预制厂房，且配备自动化生产线，采用蒸汽养护。混凝土预制管片一般为蜂窝状六边形或梯形，厚度不小于200mm且不小于衬砌外径的0. 05倍。宽度根据隧洞的具体情况而定，一般为1200mm或1600mm。每四片拼装为一环，根据位置分为底管片、顶管片和侧管片，其中底管片和顶管片各一片，侧管片两片。预制管片混凝土强度等级为C40～C45。

蒸汽养护是利用外部热源加热混凝土，加速水泥水化反应使混凝土内部结构快速硬化的方法，其目的是缩短模具周转期，提高产量。隧洞混凝土衬砌管片在定型模具内浇筑，并随模具一起进入养护窑进行蒸养，蒸养共分四个阶段：预养阶段、升温阶段、恒温阶段和降温阶段，其中恒温阶段的温度是蒸养的最高温度。

2　混凝土预制管片生产工艺流程

TBM混凝土预制管片生产一般设有专门的预制厂房，厂房的规模根据工程实际施工情况而定，地点一般选在施工现场附近。为了与TBM快速掘进相匹配，配备自动生产线和一定数量的管片模具，模具根据设计要求由专业厂家生产。

自动化生产线主要工艺流程为：脱模→清理→涂刷脱模剂→钢筋笼入模→合模→混凝土浇筑→压面收光→入窑养护（蒸汽养护）→出窑→进入下一流程。

脱模主要工作内容为：松动模具上的螺栓，拆除定位销和安装孔模型，打开模具，用真空吸盘将混凝土管片调离模具并卸至管片翻转台上，然后用5t行车吊至厂房内静养48h。

钢筋笼加工制作在厂房内设有专门的区域，钢筋采用机械下料，人工绑扎和焊接，加工成型后采用3t行车吊入模具。

混凝土采用强制式50拌和站拌和，拌和后卸入搬运小车，通过混凝土搬运小车运至模具上方，卸料入模，同时开启振动台进行振捣，直至完成整个管片的浇筑。

入模后的混凝土通过运输小车进入养护窑，开始蒸养。蒸汽养护一般有两种模式，一种是移动工位集中蒸养模式；另一种是固定工位分散蒸养模式。移动工位集中蒸养是指养护窑各区段温度不同，通过移动模具来实现预养、升温、恒温和降温；而固定工位分散蒸养是在蒸养期间模具不动，通过调节养护窑的温度来实现预养、升温、恒温和降温。模具内的混凝土在养护窑分为四个阶段养护：第一阶段为预养阶段，温度在35℃左右；第二阶段为升温阶段，温度由35℃升至75℃左右，最高温度不得超过80℃；第三阶段为恒温阶段，温度在75℃左右；第四阶段为降温阶段，温度从恒温降至45℃左右后，出窑并在厂房内静养48h。下面将结合TBM预制厂一些工程实际经验分析蒸汽养护对混凝土管片质量的影响。

3　蒸汽养护对预制管片质量的影响

3. 1预养阶段对管片混凝土质量的影响

预养阶段是指混凝土浇筑入模后在车间内静停的时间，其温度与车间温度一样或比车间温度略高，约35℃左右。预养是为了使混凝土管片具有一定的初始强度，以防升温时混凝土管片产生裂缝等不良现象而影响混凝土管片质量。根据一些工程的实践经验可知，在升温、恒温和降温养护条件相同的情况下，静养时间的长短会影响管片混凝土的出窑强度。下面以山西东山供水工程9号隧洞为例说明静养时间对管片混凝土出窑强度的影响。东山供水工程9号隧洞采用TBM双护盾掘进机掘进，混凝土预制管片衬砌，其管片蒸养采用固定工位分散蒸养模式。管片混凝土强度等级为C45，抗冻等级为F150，抗渗等级为W8，施工配合比如表1所列。

表1　管片混凝土配合比

在不同预养时间分别取四组混凝土试块进行同条件养护，其结果如表2所列。

表2　不同预养时间混凝土出窑强度试验结果

从上述试验结果可以看出，预养时间越长混凝土出窑的强度就越高，且外观质量也就越好。但在实际施工实践中，需考虑生产进度和工程成本等因素影响，预养时间不可太长，一般预养时间确定在60～90min之间为宜。

3. 2升温阶段对管片混凝土质量的影响

升温阶段是指从预养温度上升到蒸汽养护的最高温度的时间段。升温方式有直线升温、变速升温、分阶段升温等多种形式。直线升温速度与混凝土预制管片的预养时间、混凝土的干硬度、模板情况及混凝土预制管片的表面系数（表面积与体积比值）有关。预养时间较长，混凝土坍落度较小且带模养护时升温速度可适当提高，但一般不超过20℃／h。

以东山供水工程9号隧洞为例说明直线升温对混凝土预制管片质量的影响，预养时间为90min，预养温度为35℃，恒温温度为75℃，采用不同的升温速度进行试验，试验结果见表3。

从上述试验结果可以看出，升温速度快可提高管片混凝土的出窑强度，但是相应的28d混凝土强度有所降低，混凝土的外观质量会受到影响。升温速度慢虽然使混凝土出窑强度低，但后期强度高，且混凝土外观质量较好。因此，混凝土预制管片在升温阶段升温速度不宜超过20℃／h，但也不能过低，若升温时间过长，则影响生产进度。

表3　升温试验结果

直线升温需要的时间过长，是一种消极的升温方式，根据相关经验，变速升温和分阶段升温也是一种可供选择的升温方式。这两种升温方式可在较低的温度下使管片混凝土强度逐渐增长，在混凝土达到能承受湿热破坏作用后，再快速升温到最高温度。此方式可大大减弱混凝土预制管片的破坏，减少预养时间，从而减少蒸养时间。

3. 3恒温阶段对管片混凝土质量的影响

恒温阶段是混凝土预制管片蒸汽养护温度最高的阶段，恒温温度及恒温时间的确定，主要取决于水泥品种、水灰比和脱模强度的要求。混凝土预制管片主要采用普通硅酸盐水泥，水灰比一般小于0. 4，脱模强度能满足其吊运要求即可，一般为20MPa。因此，只要恒温温度不超过80℃，养护时间不超过3h，恒温阶段对混凝土质量的影响就不大。

3. 4降温阶段对管片混凝土质量的影响

混凝土预制管片温度由恒温降至出窑温度这段时间称为降温阶段。降温阶段混凝土预制管片内部水分蒸发，同时混凝土产生收缩和拉应力。

若降温速度过快，混凝土预制管片产生过大的收缩应力，将导致管片表面出现龟裂及酥松等结构损伤现象，甚至造成质量事故，因此，合理选择降温速度也是混凝土预制管片养护的关键之一。

降温期混凝土预制管片的损伤与降温速度、混凝土强度、混凝土管片的表面系数以及配筋情况有关。强度低、表面系数数小、配筋少的混凝土管片宜慢速降温。相反混凝土强度较高，混凝土管片的表面系数较大，配筋率高的混凝土管片降温速度可适当提高。

根据多个工程的经验，降温时间最好不要低于1. 5h，否则混凝土管片可能出现裂缝、掉皮等质量问题，严重时可能因管片质量问题报废。

4　结 语

蒸汽养护对混凝土预制管片质量的影响主要由各阶段的养护温度、养护时间及其升降温速度决定。在具体实践中一定要理论和实践经验相结合才能制定出合理养护标准，减少蒸汽养护对混凝土的负面影响，生产出优质的混凝土预制管片，推进混凝土预制管片衬砌隧洞的技术向前发展。本文所用试验数据仅来自施工现场，条件有限，因此可能存在一定的局限性，希望日后对蒸汽养护的理论进一步完善，进而有效地指导施工生产。■

参考文献

［1］ 山西省万家寨引黄工程管理局.双护盾TBM的应用与研究［M］.北京：中国水利水电出版社，2011.

［2］ 山西省东山工程9号隧洞工地试验室.试验资料［Z］.

［3］ 李玉波.护坡混凝土板预制工程质量控制［J］.中国水能及电气化，2014（2）：21-23.

［4］ 赵盛忠.高温地区碾压混凝土坝温度控制施工技术研究［J］.中国水能及电气化，2015（5）：9-12.

施工技术

运行管理

Analysis on the influence of steam curing on the quality of TBM concrete Pre-cast segments

ZHONG Ruixi
（Shanxi Water Vonservancy Vonstruction Engineering Bureau，Taiyuan 030006，Vhina）

Abstract：Concrete pre-cast segments are adopted in TBM tunnel construction secondary lining for replacing cast-in-situ concrete support surrounding rock and tunnel seepage resistance. In the process of pre-cast segments，the influence of steam curing on segment quality is mainly determined by curing temperature，curing time，warming and cooling rate at all stages. In the paper，the requirements of steam curing time，temperature，warming and cooling rate are introduced through examples，and rational suggestions are proposed.

Key Words：TBM；steam curing；concrete pre-cast segment；precuring；warming；constant temperature and cooling

DOI：10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.02.008

中图分类号：TV53

文献标识码：B

文章编号：1673-8241（2016）02-0025-03