地铁预制混凝土衬砌管片常见质量缺陷成因及防治措施

夏刚

西安中铁工程装备有限公司 陕西西安 710200

当前，地铁已成为城市轨道交通主流发展方向，为加快城市地铁建设速度提高施工效率，亦为提高隧道施工的安全可靠性，地铁隧道构造衬砌主体需提前预制生产，国内地铁隧道结构一般采用预制混凝土衬砌管片（以下简称：管片）衬砌。其作为地铁隧道结构衬砌主体，对隧道质量和使用寿命起着至关重要的作用，然其在生产、运输和衬砌过程中，产生不同质量缺陷，会明显降低管片耐久性，最终影响隧道耐久性及使用寿命[1]。

1 管片生产表面结构产生气泡、麻面、蜂窝的成因、危害及防治措施

1.1 气泡、麻面、蜂窝的成因

管片表面气泡、麻面、蜂窝的原因较多、也较复杂，经过归纳，在生产过程中产生的最主要原因是原材料使用不当和施作工艺方法不当所造成的[2]。

（1）材料使用不当． 根据骨料级配密实原理，施作中，若材料本身级配不合理，粗骨料偏多、细骨料较少，碎石材料中针片状颗料含量过多，以及施作中实际用砂率比试验砂率小，细粒料不足以填充粗集料间隙，致集料不密实，形成气泡自由空隙。另水泥用量和水灰比大小，亦是导致气泡产生的重要原因，试配混凝土时，考虑水泥用量主要是针对强度而言，若在满足混凝土强度前提下，一定限度内增加水泥用量，减少水用量，气泡会减少，若不减少用量水，会增加其粘度，影响气泡排出。在水泥用量太少的混凝土中，因水化反应耗水较少，致薄膜结合水、自由水相对较多，增加了水泡形成几率，此为用水量大、水灰比高混凝土易产生气泡的原因所在。

（2）生产工艺方法不当。①布料不间断且速度快，气泡不能及时排出。②因管片设计断面尺寸较小，截面变化多（手孔、止水槽道等凹凸处），同时混凝土坍落度相对较小，振捣工艺不当，致振捣不充分或时间不足，气泡则不易逸出，形成气泡、麻面、蜂窝。③浇注应分层振捣，然在实际施作中，往往浇注速度过快，造成气泡排气行程过长，即使振捣的时间达到要求，气泡也不能完全排出，如此亦会造成混凝土结构表面气泡麻面。④不合理使用脱模剂，新拌混凝土结构面层的气泡一旦接触到粘稠的脱模剂，即使合理的布料、振捣，气泡也很难沿模板上升排出，直接导致混凝土结构表面出现气泡、麻面、蜂窝。

1.2 气泡、麻面、蜂窝对管片的危害

（1）气泡及蜂窝会减少了混凝土的截面体积，致使混凝土内部不密实，影响混凝土强度，当混凝土表面呈现大量直径超过2mm 的气泡及蜂窝时，会直接影响混凝土结构的强度。

（2）大量气泡及蜂窝，会减少钢筋保护层有效厚度，会加速混凝土表面碳化进程、降低混凝土结构耐腐蚀性能。

1.3 气泡、麻面、蜂窝的防治措施

（1）从设计上控制水灰比和外加剂中引气剂的含量：在满足施工要求坍落度的情况下，尽量减小水灰比减少气泡，同时控制外加剂中引气剂的含量不得大于规范规定的范围。

（2）充分拌和的时间内有效引气：气泡在混凝土搅拌过程中就已经产生，如何控制是关键，尤其是管片生产所需混凝土的坍落度过小，必须保证混凝土的搅拌时间，同时保证在搅拌时间内使外加剂在混凝土中的均匀分布。

（3）从生产工艺方法上来控制减少气泡的产生

①脱模剂的涂刷要均匀适度便于引气排气，使用具有消泡化学成分的脱模剂，当气泡与模具表面消泡剂相遇，消泡剂会立即破灭或由大变小、由小变微消泡，使其表面更加平滑致密。②施作中注意分层布料、分层振动，同时严控振动频率及振动时间（避免过振影响混凝土性能），首次布料入模一半至三分之二时高频振动，振动一分钟至一分半钟再缓慢布料，边布料边低频振动，直至混凝土表面无大气泡排出，否则气泡不易排出，致产生气泡、麻面、蜂窝质量缺陷[3]。

2 管片生产表面结构产生裂纹的成因、危害及防治措施

2.1 裂纹的成因

①坍落度过大，成型后混凝土向模具两端下沉造成干缩裂纹。②蒸养时升温、降温快造成温度裂纹。③脱模管片表温、室温及水养温度温差大，未采取相应措施造成温度裂纹。④养护不规范。

2.2 裂纹的危害

裂纹若过深过宽会造成渗水，破坏锈蚀管片内部影响管片耐久性及使用寿命。

裂纹若过深过长会降低管片抗弯强度，亦会影响管片耐久性及使用寿命。

裂纹若达到一定程度会直接影响隧道质量及安全，甚至影响后续运营安全，提高维护成本。

2.3 裂纹的防治措施

①严控配合比水灰比，保证计量准确、坍落度合规。②加强压实收面、保证静停时间，规范蒸养升降温速度。③采取相应措施，严控温差。④规范各养护过程，保证养护环境适宜、时间充足。

3 管片生产表面结构缺棱掉角、啃边、手孔破损成因、危害及防治措

3.1 缺棱掉角、啃边、手孔破损的成因

①脱模时开模过快造成止水槽啃边。②清模不彻底、漏涂脱模剂造成粘模。③脱模、起吊、翻身、倒运、堆码、运输过程中操作不当。

3.2 缺棱掉角、啃边、手孔破损的危害

①超范围的破损露筋或产生裂纹/ 缝会致管片报废，增大成本。②范围内破损虽可修补，然修补或养护不当，致强度不达设计要求，不单影响施工、运营安全，且影响隧道整体耐久性和使用寿命。

3.3 缺棱掉角、啃边、手孔破损的防治措施

制定作业指导书、规范操作，规避因施作工艺方法操作不当造成的质量缺陷。

4 结语

管片凭借施工效率高、安全性能相对可靠成为隧道施工衬砌结构的主体，被广泛应用，对隧道质量和使用寿命作用重大。然其混凝土特性及自然因素影响，施作中以目前技术仍不能完全解决质量缺陷，因此只能通过人为控制、加强各个施作环节把控、最大程度防治，以稳定其耐久性，最终稳定隧道整体耐久性及使用寿命。