盾構管片生產中氣泡和裂縫的防治

【摘 要】 在地下工程盾構法施工中管片是最主要的襯砌工藝。但管片在生產過程中，尤其在脫模后表面存在較多的氣泡和收縮裂縫，不但影響管片的抗壓和抗滲強度，也對后續的修補工作帶來很大的麻煩，因此盡量地杜絕氣泡和裂縫，把它減少到最低限度是一項很重要的工作。本人根據自己的實際經驗，總結了一些方法，并且在施工中收到了良好的效果，供大家參考。
【關鍵詞】 盾構 管片氣袍 裂縫

1 盾構法施工和管片的組成
1.1盾構法施工
地下工程是一個復雜的地下施工系統工程，它有多種施工力．法，而盾構掘進法是從國外引進的目前最先進的施工方法。目前在中國的上海、廣州、深圳等大城市的地鐵施工中已有越來越多的標段開始使用盾構法施工。管片是盾構法隧道中最主要的襯砌工藝，它的質量直接影響到整個隧道的質量。管片生產中的一大難題就是脫模后管片表面存在較多的氣泡和收縮裂縫，不但影響管片的抗壓和抗滲強度，而且也造成大量的修補工作。因此在管片的脫模期就應該盡量防治氣泡和裂縫的產生。
1．2管片的組成
盾構法施工的隧道斷面是圓形的，一般來說，凈斷面直徑足5．6m，整個襯砌環由6塊管片組成3個標準塊，2個鄰接塊和1個封頂塊。每環管片的寬度一般是1．2m(也有1.5m的）。管片的制作工藝和氣泡、裂縫形成的原因
2．1管片的制作工藝
管片是一種混凝土預制件，它的制作過程主要是：鋼筋籠的制作；鋼筋籠裝入鋼模具；澆注混凝土(振搗)；管片的初期養護；脫模；噴水養護。
2．2氣泡和裂縫形成的原因
2．2．1 氣泡形成的原因
(1)鋼模自身結構的影響。制作管片的鋼模具精度要求是非常高的，誤差只有0．4mm，密封性很高。混凝土在里面凝固時要產生熱量，而原來混凝土里面的水分受振搗棒的擠壓作用也要排出來，這些水分就集中在模具的側板和管片側面的結合處，結果氣泡就占據了本來應該是混凝土所占據的位置，脫模后就形成了氣泡孔。
(2)混凝土坍落度的影響。混凝土的坍落度反映出混凝土的配合比。如果坍落度大的話，則混凝土中水的含量就多，反之就少。水的含量大了小了都不行，如果水多的話，混凝土在模具中凝固時就會有較多的氣泡集中在模具的側板上，脫模后就會在管片的側面上形成較多的氣泡；而如果坍落度較小的話，在振搗過程中，則混凝土將凝固得很快而無法振搗。所以在混凝土預制件中，對混凝土的坍落度都有很嚴格的要求。
(3)人工操作的影響。目前在國外管片的生產過程中，一般都采用振動臺振搗，國內也有部分單位使用，振動臺容易控制振動的速度和頻率，使混凝土變得均勻，也就減少了氣泡的含量。在采用人工振搗生產過程中，由于人工操作的不穩定因素和工人操作的技術熟練程度的不同，對質量有一定的影響。工人操作時容易使振動棒碰到鋼模具和鋼筋籠，也不容易控制振搗的均勻性，也就容易使氣泡集中于局部位而形成較大的空洞。
2．2．2裂縫形成的原因
(1)混凝土分布的影響。由于混凝土凝固、坍落度、自身重力和振搗等多種因素的影響，混凝土在模具內總不可能分布的那么均勻，而在不均勻的地方凝固速度就不可能相同，就會形成一定數量的小裂縫。
(1)大氣溫度的影響。由于白天和晚上的溫差較大(尤其在夏天)，而溫度對混凝土的凝固有很大影響。較大的溫差也會使混凝土的凝固很不均勻，也就很容易形成裂縫。
(3)混凝土自身特性的影響。混凝土自身在凝固的時候，在內部也要產生一系列的物理化學變化，在這個過程中要釋放出—定的熱量，如果熱量快速地從管片的表面散發出來就容易產生裂縫。
3 消除氣泡、裂縫所采用的措施
針對以上對氣泡、裂縫產生原因的分析，就可以采取一系列的措施來盡量地減少氣泡和裂縫的產生。
3．1 氣泡的防治
由于鋼模自身的結構是無法改變的，所以只有從坍落度和人工操作兩方面考慮。
3．1．1嚴格控制坍落度
混凝土的成分主要有水、水泥、砂子、石子和一定量的外加劑。由于坍落度對混凝土凝固后的強度和氣泡的產生都有影響，所以在配制混凝土時要嚴洛控制坍落度。尤其在夏天時，混凝土從攪拌站運輸到管片生產場地要花費一定的時間，而在此過程中，混凝土要一定程度的凝固，造成坍落度的損失。因此要在混凝土配合時加入一定數量的緩凝劑，目前比較好的緩凝劑是Sikament NN/R (是—種緩凝高效減水劑)。它具有下列優點：
(1)在不增加用水量的情況下能夠極大地改善混凝土的工作性；
(2)在夏天可增加緩凝、改善工作性；
(3)可在終凝后加速固化；
(4)極大地增加早期和后期強度；
(5)可在溫度較高時用作商品混凝土泵送劑；
(6)降低收縮，減少徐變性能；
(7)不含氯離子。
由于Sikament NN／R具有以上性能，所以它能有效地防止混凝土坍落度的損失和改善混凝土的凝固，不但能在一定程度上減少氣泡，也能減少裂縫的產生。
3．1．2加強人工操作
混凝土在鋼模內的振搗有振動臺振搗和人工振搗兩種。振動臺振搗的效果要好—些，可以使混凝土更均勻。但振動臺的成本高，還是有一些預制廠采用人工振搗的方法。人工振搗時振動棒容易碰到鋼模具和鋼筋籠，而且靠近管片外弧的地方不容易振到，所以工人的操作熟練程度是一個很重要的因素。這就只能靠加強工人的操作培訓，提高他們的技術熟練程度來改善振動效果。
3．2 裂縫的防治
3．2．1嚴格控制坍落度
如上所述，坍落度是混凝土的一個很重要的技術指標，因此應嚴格控制坍落度。而適當地添加一些添加劑是控制坍落度的有效方法(見3．1．1節)。在整個振搗過程中保持均勻的坍落度是很重要的，可以使各個部位的混凝土分布均勻，則混凝土就可以均勻地凝固，相應地就減少了裂縫的產生。
3．2．2 盡量地減少大氣溫度的影響
由于在夏天施工時大氣的溫度很高，混凝土坍落度的損失就大，為了消除氣溫所帶來的不良影響，可以采取如下措施：
(1)在混凝土中加冰，可以在一定的時間內使混凝土保持較低的溫度，不致使坍落度損失較多；
(2)在一天中氣溫較低的時間內澆注，如上午10：30以前或下午3：00以后，在這個時間段內氣溫不是很高。可以使混凝土較好地凝固；
(3)加強管片的初期養護，管片澆注完畢后到脫模之前的養護屬于初期養護。在這個階段內混凝土凝固時要放出大量的熱，因此必須要灑水養護，以確保混凝土均勻地凝固，也就不致出現較多的裂縫。
3．2．3蒸汽養護
一些單位脫模之前采用蒸汽養護。蒸汽養護能夠加快混凝土硬化，確保水泥充分水化，使管片的強度能盡早達到脫模時的設計要求強度，防止管片出現收縮裂紋。混凝土振動成型2小時后，將用于蒸汽養護的帆布套在模具上，下部同地面接觸的地方用力木壓實，在帆布套上預留的小孔中插入溫度計。通入蒸汽，因布置于模具底部的蒸汽管路布滿小孔，蒸汽會從每個小孔中均勻地噴出來，使整個模具均勻地升高溫度，升溫時升溫速度在每小時15度~20度，最高養護溫度50度-60度，恒溫3-4小時。
經過以上的措施處理后，管片上的裂縫和氣泡得到了較大的控制。
4 氣泡、裂縫缺陷的處理
雖然采取了一定的措施，但也不能保證管片上絕對地沒有氣泡和裂縫，總還是有少量的氣泡和裂縫存在，必須采取一定的修補措施。
4．1 氣泡缺陷的修補
氣泡的存在直接影響管片的防水性能，因此必須加以修補。實踐證明采用Sikadur 121這種材料較好，它具有強度高、凝固快的特點。
4．2 裂縫、缺角和掉邊缺陷的修補
裂縫、缺角和掉邊屬于混凝土制件中較大的缺陷，直接影響管片的強度。實踐證明采用Sikadur752
和Baramorta L這兩種材料較好。它們修補后的強度很高，完全能滿足管片的強度要求。