江苏丰和隧道设备有限公司 江苏省扬州市 225000
摘要：中国是世界大国，城市人口的数量也是不断增加，这也促进了地铁工程的发展越来越好，盾构法在地铁施工中的应用越来越广泛。盾构管段作为隧道预制衬圈的基本构件，其质量与隧道施工质量密切相关。在盾管件的生产过程中，最常见的问题是表面起泡和收缩裂缝，这将严重影响盾管件的抗渗性和抗压强度，也增加了后期的修复工作。
关键词：盾构管片生产；气泡和裂缝；防治措施
引言
目前在全国各大城市的地铁施工中已有越来越多的标段开始使用盾构法施工。管片是隧道预制衬砌环的基本单元，它的质量直接影响到整个隧道的质量。管片生产中的一大难题就是脱模后管片表面存在较多的气泡和收缩裂缝，不但影响管片的抗压和抗渗强度，而且也造成了大量的修补工作。因此在管片的混凝土配比、搅拌、浇捣、养护过程中就应该尽量防治气泡和裂缝的产生。
1盾构管片气泡与裂缝的形成原因分析
1.1气泡的形成原因
（1）在搅拌混凝土过程中会自然而然地形成气泡，在振捣棒的挤压下，气泡逐渐聚集、变大，其中一部分气泡会经混凝土的表面排出，而还有一部分气泡没有随着振捣而排出，主要存在于混凝土的切割端面或者构件靠模的侧面。（2）混凝土的配合比与坍落度密切相关，坍落度大，说明混凝土的含水量较多；坍落度小，则说明混凝土中的水分较少。气温、生产工艺等因素均会对混凝土的坍落度产生影响，原则上，除了结合水之外，混凝土中的水分越少越好。但常温下，混凝土管片有着比较严格地坍落度要求，最好保持3cm~5cm的坍落度。如果坍落度太小，混凝土会因为快速凝固而无法充分有效地振捣，最终会形成空洞与蜂窝。（3）制作盾构管片的钢模必须有较高的精准度与良好的密封性，误差不超过0.4mm。大部分的模具侧模都有凹凸榫，凝固过程中，混凝土会产生热量，在振捣棒的挤压作用下，混凝土中的水分与气泡会排出来，而排出的水分、气泡通常会集中在模具与管片侧面的凹凸榫位置。原本混凝土所在的位置被气泡占据，脱模后，凹凸榫处的气泡数量最多。模具侧模没有凹凸榫的管片上，气泡的数量很少，而且气泡的分布比较均匀，管片内部的气泡同样少而均匀。
1.2裂缝形成的原因
管片裂缝产生的机理同大多数钢筋混凝土构件一样，主要有：（1）混凝土干燥收缩引起的裂缝。如：混凝土早期的干缩裂缝等。（2）温度变化引起的裂缝。如：管片升温降温速率过快。（3）混凝土中钢筋锈蚀引起的裂缝。由于混凝土的碳化作用，使钢筋发生锈蚀，引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋发生锈蚀，对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥落，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。（4）使用不当。如管片长时间堆放处于不合理的受力状态而开裂等。（5）原材料质量不合格。如使用安定性不合格水泥和含泥量大的砂石等均会出现早期不规则的网状裂缝；骨料中含有酸性硅化物质与水泥、粉灰中的碱性物质发生水硅反应生成膨胀的胶质，吸水后造成局部膨胀产生拉应力，构件就会出现爆裂状裂缝；拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时引起钢筋锈蚀，从而产生裂缝。（6）施工工艺不当引起的裂缝。如混凝土振捣不密实，出现蜂窝，麻面或空洞，导致钢筋锈蚀或形成其它荷载裂缝的起源点，管片手孔部位易出现裂纹，主要是由于芯棒阻挡，局部混凝土振捣不密实；混凝土浇捣前留置时间过长，水分蒸发过多，引起混凝土坍落度损失，使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝，由于混凝土坍落度过大，表面出现水泥浮浆而产生龟裂。
2防治盾构管片出现气泡与裂缝的有效措施
2.1空洞和蜂窝的防治措施
混凝土配合比以及振捣不合理是管片产生空洞、蜂窝的重要原因。在配合比方面，主要表现为混凝土的湿度不够，过于干硬，掺砂率太低。盾构管片混凝土采用的不是挤压工艺，而是振捣密实工艺。干硬性的混凝土由于流动性欠佳，所以很难振捣密实，因此更容易形成空洞、蜂窝。管片模具的中间是混凝土布料口，要想通过不了口均匀的分层混凝土，要求混凝土要有良好的流动性。因此干硬性混凝土并不适合管片生产，成型时管片多为弧形拱状，入模时混凝土的坍落度如果太大就无法成型。
2.2裂缝防治措施
（1）合理控制混凝土配合比。在进行混凝土时，如果混凝土的强度和工作性可以满足实际需求，则要适量降低水泥的使用量、水灰比、砂率等，都可以抑制裂缝的产生。（2）减少温度对混凝土的影响。在夏季气温比较高，如果不采取相应的控制措施，则会导致混凝土坍落度的损失更加严重，因此，为降低气温所造成的不良影响，可以采取下列措施：第一，在夏季混凝土浇筑时要尽量选择在上午10点前或者下午3点后进行浇筑，这两个时间段气温相对比较低，可以为混凝土凝固营造良好的环境。第二，在冬季浇筑时，要采用蒸汽加热砂石和拌合水的方法来保证温度对混凝土质量的影响，同时还要尽量避开夜间最低气温施工。第三，采用科学合理的方法来加强管片的初期养护。当混凝土浇筑完成后，在凝固时会释放出大量热量，需要通过一系列方法措施来保证混凝土能均匀凝固。可以采用蒸汽养护的方法来减少裂缝的产生。当管片开模后，要第一时间进行保温养护，确保管片能持续缓慢的降温，避免降温过快引发温度裂缝。（3）吊装和堆放环节的裂缝控制。和盾构管片相互接触的吊具、脱模架、堆放垫块要附加相应的保护材料，避免发生磕碰损坏，存放的管片的场地必须压实、平整、硬化，避免外力引发管片裂缝。
2.3气泡的防治
（1）调整混凝土生产温度。施工过程中混凝土温度在22℃~36℃时管片的外观气泡比较利于排出，当混凝土温度过高或过低时，混凝土气泡易在模具表面产生聚集。故在生产过程中通过调节水温进行混凝土生产温度控制生产，冬天加热水夏天加冰水来保证混凝土温度，让气泡比较利于排出。（2）分层填筑混凝土，进一步明确辅助振捣的位置及振捣时间。生产过程中分层填筑混凝土，分三层填筑，每层间隔30s，振捣30s后再填筑混凝土。明确振动棒的插入位置及插入深度，通过试验确定了辅助振捣插入点在距离模具边缘20cm的位置，插入深度为110cm，辅助振捣时间为120s，严格执行快插慢拔的振捣工艺，对管片止水槽位置聚集的气泡排出较有利。（3）脱模剂的使用。脱模剂分水性脱模剂油性脱模剂。管片生产过程中对比实验发现，油性脱模剂对气泡具有极强的吸附性，混凝土内存在的气泡一经与之接触，便会吸附在模具上形成型于混凝土结构的表面，影响外观质量。水性脱模剂能够克服这些不足，施工过程中脱模剂的均匀图抹也有利气泡的排出。（4）脱模剂的使用。脱模剂分水性脱模剂油性脱模剂。管片生产过程中对比实验发现，油性脱模剂对气泡具有极强的吸附性，混凝土内存在的气泡一经与之接触，便会吸附在模具上形成型于混凝土结构的表面，影响外观质量。水性脱模剂能够克服这些不足，施工过程中脱模剂的均匀图抹也有利气泡的排出。
结语
综上所述，地铁盾构管片的生产质量与隧道工程质量密切相关，采取有效措施控制气泡数量、减少裂缝，能够提升隧道工程的稳定性与安全性。
参考文献：
[1]闫文德.盾构管片施工中气泡和裂缝的防治研究[J].工程技术：全文版，2020（12）：242.
[2]张强强，闫占，李雷.盾构管片质量缺陷分析与控制[J].云南水力发电，2019（6）：95-99.
[3]赖金星，邱军领，刘炽，等.盾构隧道管片裂缝开展规律数值试验[J].现代隧道技术，2020，54（1）：138-144.
[4]段长利，陈立国，肖立宝.地铁盾构管片关键生产技术管理思路构建[J].装饰装修天地，2020（12）：243.