地铁盾构管片试验配置及工艺分析

刘建宁

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300000)

盾构管片是地铁工程施工的主要材料，盾构管片施工质量，直接关系到整个地铁工程的总体质量。盾构管片制作工艺复杂，影响质量的因素比较多，为保证施工质量，制备好盾构管片需要经试验检测合格后才能投入使用[1]。加强对试验配置和工艺的分析研究，能够提升地铁盾构管片试验效率和准确性，快速鉴别出地铁盾构管片是否达到地铁工程施工要求，获得更大的经济效益和社会效益。

1 工程概述

天津地铁6#线工程(梅林路站—咸水沽西站)全长14 km，设车站9座，区间9个，再加上一个电力区间和出入段线，共计11个盾构区间，管片数量约为17 795环，采用内径5.9 m及5.5 m、厚为0.35 m管片，按照盾构施工单位提供的施工计划，管片供应时间为2019年11月15日—2021年1月18日。管片内径5 900 mm及5 500 mm、管片环宽为1.5 m环宽和1.2 m环宽(在R≤450m半径区间的管片环宽采用1.2 m)两种、厚度350 mm，每环管片由1块封顶块，2块邻接块，3块标准块组成。管片混凝土采用强度C50，抗渗等级≥P12。混凝土56 d电通量≤1 000，氯离子扩散系数不宜大于3×10-12m2/s，混凝土最大氯离子含量0.06%，混凝土最大碱含量3.0 kg/m3，单位体积混凝土SO3最大含量不应超过胶凝材料总量的4%，抗裂等级指标为L—V。

2 地铁盾构管片试验配置分析

2.1 试验场地组织配置

在天津地铁6#线工程盾构管片试验中，选择在室内试验室中进行，试验室总面积为240 m2，图1为组织配置图。

图1 地铁盾构管片试验室组织配置图

2.2 试验设备配置

为对本工程盾构管片施工原材料质量和混凝土质量进行试验检测，采购了大量的试验设备，经专业部门鉴定，均达到地铁盾构管片试验检测的要求。在水泥室试验检测时，配置HYE-300B微机电液伺服压力试验机、NJ-160水泥净浆搅拌机、JJ-5水泥胶砂搅拌机、LD-50雷氏夹测定仪、FSY-150B负压筛析仪和FBT-9A全自动比表面积测定仪等设备各1台[2]。在集料室试验检测时用到的仪器包括ZBSX-92A震击式标准振筛机、规格为2.36～90 mm的国家新标准方孔石子筛和0.075～9.5 mm的国家新标准方孔砂石筛。在力学室试验中，涉及用到WAW-600B的电液伺服万能材料试验机和SYE-200的电液式压力试验机各1台[3]。在性能室试验检测中，需要1台HP-4.0的自动加压混凝土渗透仪。在热工室试验检测中，配置了101-2A的电热鼓风干燥箱和SX2-2.5-12的节能箱型电阻炉。在混凝土室试验检测过程中，则需要准备HZJ-A的混凝土振动台、HJW-60的单卧强制式混凝土搅拌机和HG-80的混凝土贯入阻力仪。在标养室试验检测中，配置FHBS-100标养室、TD20002C电子天平、游标卡尺和ZC3-A的回弹仪[4]。

3 地铁盾构管片试验工艺分析

3.1 抗渗漏试验工艺

地铁盾构管片抗渗漏判断标准是盾构管片外表在1.2 MPa的水压下，恒压2 h，如果渗水线不超过5 cm，则表示抗渗漏达标。为保证抗渗漏试验达标，每天、每台班、每生产1 000环随机抽取一块做抗渗漏试验，不足1 000环也抽取一块[5]。具体试验工艺为：将养护龄期大于28 d的盾构管片吊放在抗渗漏试验台上，接通水泵电源，打开排气阀门，排出盾构管片和抗渗漏试验平台之间的空气，然后关紧排气阀门，打开进水阀，按照0.05 MPa/min的加压速度，逐步加压到0.2 MPa，然后稳压10 min，检查盾构管片是否存在漏点和渗漏深度，并进行详细记录[6]。然后再加压到0.6 MPa和0.8 MPa，重复试验，当加压到1.2 MPa时，需要稳压2 h，检查盾构管片渗水高度，如果渗水高度不超过5 cm，则表示抗渗漏达标。在抗渗漏试验中，检漏检验仪器技术标准(见表1)。

表1 检漏检验仪器技术标准表

3.2 抗弯试验工艺

每1 000环盾构管片，抽取1块进行抗弯试验(见图2)。将养护龄期大于28 d的盾构管片加载设计荷载(见表2)，并持荷30 min，观测裂缝。如果裂缝的宽度小于0.2 mm，则表示此批裂缝抗弯性能达标[7]。

图2 抗弯性能试验图

表2 抗弯性能检验加载值表 %

在加载试验中，如果发现盾构管片出现裂缝，需要持荷10 min，观测裂缝是否继续开展，并取本级荷载值作为开裂荷载实际检测质量。当加载到设计荷载时，需要继续持荷30 min，并观测盾构管片裂缝情况，记录最大裂缝宽度，然后卸载，完成抗弯性能试验。

3.3 抗拔试验

本试验目的是对预埋在管片中央的灌浆孔螺栓套进行破坏性抗拔试验，检测其在外力作用下承受的最大抗拔力，为管片的吊装提供依据。

在盾构管片抗拔试验中，也是每1 000环抽检1块，不足1 000环，也抽取1块，将养护龄期不小于28 d的盾构管片，放在抗拔试验平台上，设计荷载下的最后三次所测位移，相邻两个位移差小于0.01 mm，才表示此批盾构管片的抗拔性能达标，可投入施工使用[8]。

为保证盾构管片抗拔试验的有效性，检验装置必须符合如下要求，盾构管片需要采取穿心式张拉千斤顶进行管片吊装孔的预埋受力构件抗拔性能试验。试验装置的承压钢板开孔直径要大于吊装孔直径5 mm，橡胶垫厚度和承压钢板厚度不能小于10 mm，管片内部弧面和橡胶垫之间的空隙需要填细砂进行找平处理。

抗拔性能是衡量盾构管片质量是否达标的主要性能，为保证抗拔试验的有效性，需要选择合理的抗拔性能检验方法。本工程盾构管片抗拔性能试验中[9]，采用分级加载法，综合考虑试验设备的重量、管片的自重等，第一次加荷载重要控制在30 kN左右，且每级加载的持荷实践不能小于5 min，详细记录每级荷载下螺栓的位移情况，如果抗拔试验加载到设计荷载，则要至少持荷30 min，每隔5 min测量一次位移，记录荷载的位移，终止试验并观察混凝土管片裂缝的开展情况(见图3)。表3为本工程盾构管片抗拔性能检验加载值。

图3 管片抗拔性能检验图

表3 抗拔性能检验加载值表 %

3.4 盾构管片出场性能试验

管片出厂前进行回弹推定混凝土抗压强度。按照科学合理的原则，选择标称动能为2.207 J的回弹仪。每环管片至少检1块，每块回弹不少于5个测区。如有必要，可逐块回弹，也可增加测区数量[10]。由于内弧面碎石富集，外弧面砂浆富集且不光滑，回弹应选择侧面光洁、无气泡处进行。混凝土回弹强度不合格，管片厂有异议的，钻取芯样测抗压强度，取芯应避开钢筋。

4 结 语

盾构管片是地铁盾构工程施工的主要材料，为保证地铁工程施工质量，就需要先保证盾构管片的质量。盾构管片试验检测是一项法非常复杂的工作，不同的检测内容，需要专门的试验室和检测设备仪器，试验检测的工艺的也大不相同。为更好地保证施工质量，需要做好试验配置工作，同时按照试验性能的不同，选择合理的试验工艺，实践证明，天津地铁6#线工程盾构管片试验及其配置工艺，保证了试验结构质量，保证施工品质，值得类似工程的借鉴。