大直径盾构管片质量通病与控制

刘娟

（中铁十四局集团房桥有限公司，北京102400）

1 工程简述

望京隧道设计为双单线，位于北京五环、六环之间，大致沿京承高速公路走行，隧道起讫里程DK18+550～DK26+550，隧道全长为8000m。盾构隧道采用直径为10.9m的泥水平衡盾构机，盾构隧道外径10.5m，内径9.5m，壁厚0.5m（C50），管片环宽2m，采用“8+1”的9分块设计。管片混凝土强度等级为C50，抗渗等级为P12。

2 管片质量通病及控制

影响管片质量的因素是多方面的，既有生产工艺的制约，也受施工人员的操作水平影响。通过京沈客专望京隧道的工程实践及对国内同行业的深入考察，目前，管片生产过程中存在的质量通病可以归为以下几类：（1）管片外观质量较差，表面存在气泡、麻面等；（2）管片外弧面收面不平整，表面龟裂；（3）管片吊运、拼装过程中边、角部破损；（4）管片修补质量不高，修补后色差明显。针对这些问题，逐一进行剖析，力求消除质量通病，实现管片内实外美。

2.1 管片表面气泡、麻面问题

管片脱模后，管片端部及两侧等部位容易出现气泡、麻面等，不仅直接影响管片外观，还有可能降低管片的耐久性。根据多年的经验积累，总结出气泡、麻面产生的原因有：（1）混凝土本身的原因。如原材料中水泥细度过细、河砂含泥量及细度、不合格的引气剂等，都会导致混凝土中含气量增加，如不能有效排出，会导致气泡、麻面的产生。（2）使用油性脱模剂，黏度较高，施工中如果涂刷不均，局部较厚影响气泡上升，会限制表面气泡的排出。（3）施工过程中为方便操作，使得混凝土的坍落度偏大，导致水分过多留置在混凝土中形成气泡；另一方面，附着式振捣器布置不合理或数量不足，导致少振或漏振，影响气泡的排出，亦是气泡、麻面产生的原因之一。

为从根本上解决这一问题，采取以下措施：（1）优化混凝土配合比，提高混凝土的工作性能。严格原材料质量检验，在相同品质原材料的情况下，通过对配合比的不断优化，严格控制混凝土坍落度，提高管片质量。（2）使用水性脱模剂，多试用不同类型，选出最适宜、质量最可靠的，加强使用过程控制，突出对重点部位的涂刷，减少气泡的产生。（3）优化振捣器布置方式，考虑振捣器的激震方向与模型内混凝土的流动方向一致，使振捣效率更高，排气效果更好。同时结合人工振捣棒辅助振捣，加强管片浇筑过程中端部两侧的振捣，合理控制振捣的频率和时间，使气泡彻底的排出。

2.2 管片外弧面收面不平整，表面龟裂

管片外弧面收面不平整，表面龟裂主要是由这几方面原因造成：（1）生产线设计与实际产能不匹配，管片入养护窑前，混凝土静养时间不足，收面质量不能保证；（2）工人操作质量不稳定，人员技术水平及责任意识不足，导致外弧面收面不平整；（3）管片混凝土水灰比过大，会导致混凝土表面抗拉能力变差或使混凝土的相对失水过快出现裂缝；（4）管片生产时的风速较大和空气相对湿度较低，均会使混凝土出现裂缝；（5）管片生产时，管片芯部与表面，表面与环境温差较大，会使管片出现温差裂缝。

针对上述原因，在管片生产的时候，应采取有效措施加以控制：（1）增加混凝土性能与生产线设计参数匹配度。在满足混凝土规范要求前提下，使混凝土的性能与生产线各工位时间参数高度匹配，实现在相对应的工位完成预定的操作，保证静停、养护时间。（2）提高机械化程度，采用收面机器臂，消除人为因素的影响。（3）混凝土在满足强度、抗渗、耐久性等指标前提下，优化混凝土配合比，提高混凝土的抗裂性能。（4）严格执行养护制度，避免管片出窑温度过高，出现早期温差裂纹。冬期施工时，必须做好管片出窑后的降温工作。在规划管片厂布局的时候，充分考虑管片降温空间，待管片温度与环境温度、水养池水温温差小于15℃时才能入池养护。合理安排生产，避免管片长时间存放，造成管片后期龟裂。

2.3 管片吊运、拼装过程中边、角部破损

管片在吊运、拼装过程中，边、角部容易造成不同程度的破损，通过破损产生的原因分析，可以这样避免：（1）在管片吊运过程中，采取必要的防护措施，如管片角部安装橡胶护角，吊具与管片之间采用橡胶隔离，避免硬接触等；（2）严格控制管片混凝土保护层。作为非预应力混凝土构件，保护层过大容易会造成混凝土开裂、破损等。通过提高钢筋笼成型精度、钢筋笼安放精度等措施可以实现保护层的准确控制。

2.4 管片修补质量差，修补后色差明显

管片出模后及出厂前，对管片严格检查，发现管片表面存在气泡等轻微缺陷，要及时修补。修补的原则是修补部位与管片能黏结在一起，同时修补部位强度不低于母体强度。图纸有明确规定的，按照规定实施。图纸中没有明确规定的，采用环氧树脂专用修补胶掺加水泥或ZV型混凝土修补胶掺加水泥进行修补，修补后用水泥进行色差修补。

3 管片质量防治措施

3.1 原材料选用严格化

原材料的质量是决定混凝土质量的第一要素。对原材料的选用，望京隧道工程管片生产项目部严格按照TB 10424—2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》、TB 10753—2010《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》等各专业验收规范的相关强制性规定进行招标采购。

3.2 人员配备标准化

配备人员的素质决定了施工生产的水平和效率。望京隧道工程管片生产项目部本着“以人为本”的管理理念，强化人员配备，设置组织机构，明确责任分工，细化工作流程，确保各管理层面、各环节配备人员的能力、素质满足岗位工作需要。

3.3 机械配备标准化

机械设备，尤其是模型的质量是保证管片生产质量的前提条件。为保证模具的强度、刚度和稳定性，望京隧道工程采用了国内顶尖的管片模具厂家制造的模具进行管片预制，并采用了自动化流水线的生产方式。模具按重型模具设计，以具备足够的刚度，对钢板厚度、硬度以及表面处理都应满足TB 10753—2010《高速铁路隧道施工质量验收规范》等规范中的精度要求，以形成光滑的混凝土表面，无不规整部位，无焊接瑕疵和混凝土蚀斑[1]。

3.4 过程控制标准化

对生产工艺和操作规程的严格落实是管片质量控制的关键所在。项目部把施工生产操作要求不断细化，制定《管片生产工艺细则》《管片生产季节性施工方案》等，并通过技术交底、作业指导书等形式充分落实，不定期召开技术培训会，使管片生产的要求和要领深入每位施工人员心中。

4 应用效果

通过不断完善各项措施、落实到人，京沈望京隧道工程管片生产项目的管片生产质量不断提升，从而使公司更好地开拓管片市场，不断铸造着精品。项目部成立了QC专题小组，通过对管片成品进行调查，对发现的问题不断研究、探索，并采取积极措施，使管片的气泡、裂缝现象都得到有效控制，外观质量显著改善。如认真研究管片泌水时间及泌水程度，确定合理、可行的收面时间，确保收面的成功率；进行多次刮面，克服混凝土泌水，使得管片外弧面平整度得到有效控制。

5 结语

随着经济的发展，技术的不断进步，发展城市地下交通已成为一种趋势，而盾构法施工因其独有的优势会在这一建设热潮中大有可为。通过望京隧道工程的实践，及时总结并不断地优化大直径盾构管片施工工艺，提高管片生产质量，为国内管片施工贡献一份力量。