大直径盾构衬砌管片生产中气泡的防治

地下工程是一个复杂的地下施工系统工程, 它有多种施工力、法, 而盾构掘进法是从国外引进的目前最先进的施工方法。近年来在中国的上海、广州、深圳等大城市的地铁施工中已普遍开始使用盾构法施工, 目前铁路客运专线和公路隧道建设也逐渐尝试采用盾构法施工, 且一般来说成洞直径较大。管片是盾构法隧道中最主要的衬砌工艺, 它的质量直接影响到整个隧道的质量。大直径衬砌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, 不但影响管片的抗压和抗渗强度, 而且也造成大量的修补工作, 因此在管片的脱模期就应该尽量防治气泡的产生。

1 管片的组成

广深港客运专线SDⅢ标工程采用盾构法施工, 采用单层钢筋混凝土衬砌管片结构。盾构隧道段结构内径9.8m, 外径10.8m, 采用“7+1”分块方式的钢筋混凝土单层管片衬砌, 施工共需管片4588环, 钢筋混凝土总立方量约为15万m3。分块形式为5B (49.09°) +2L (49.09°) +F (16.37°) , 每环由封顶块 (F) 、邻接块 (L1) 、邻接块 (L2) 、标准块 (B1) ~ (B5) 等八块构成。本衬砌环为双面楔形通用环, 环宽2000mm。衬砌环楔形量24mm。管片环一般采用错缝拼装。封顶块采用“搭接1.4m, 径向推入后再纵向插入”的方式拼装。管片接缝采用双道弹性密封垫防水。一般来说, 大直径盾构隧道净断面直径足9m~14m, 整个衬砌环由8~9块管片组成。每环管片的宽度一般是1.5m~2.0m。因此, 对本工程管片气泡防治的研究具有较为普遍的代表性意义。

2 管片的制作工艺和气泡形成的原因

2.1 管片的制作工艺

管片是一种混凝土预制件, 它的制作过程主要是:管片钢筋笼的加工制作;钢筋笼装入钢模具;浇注混凝土 (振捣) ;管片混凝土收面;管片的初期养护 (蒸养) ;管片脱模;管片的二次养护 (水养) 等。

2.2 气泡形成的原因

(1) 钢模自身结构的影响。制作管片的钢模具精度要求非常高, 密封性也很高。混凝土在里面凝固时要产生热量, 而原来混凝土里面的水分受振捣棒的挤压作用也要排出来, 这些水分就集中在模具的侧板和管片侧面的结合处, 结果气泡就占据了本来应该是混凝土所占据的位置, 脱模后就形成了气泡孔。

(2) 混凝土坍落度的影响。混凝土的坍落度反映出混凝土的配合比。如果坍落度大的话, 则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, 如果水多的话, 混凝土在模具中凝固时就会有较多的气泡集中在模具的侧板上, 脱模后就会在管片的侧面上形成较多的气泡;而如果坍落度较小的话, 在振捣过程中, 则混凝土将凝固得很快而无法振捣。所以在混凝土预制件中, 对混凝土的坍落度都有很严格的要求。

(3) 人工操作的影响。目前在国外管片的生产过程中, 一般都采用振动台振捣, 国内也有部分单位使用, 振动台容易控制振动的速度和频率, 使混凝土变得均匀, 也就减少了气泡的含量。在采用人工振捣生产过程中, 由于人工操作的不稳定因素和工人操作的技术熟练程度的不同, 对质量有一定的影响。工人操作时容易使振动棒碰到钢模具和钢筋笼, 也不容易控制振捣的均匀性, 也就容易使气泡集中于局部位而形成较大的空洞。

3 消除气泡所采用的措施

针对以上对气泡、裂缝产生原因的分析, 就可以采取一系列的措施来尽量地减少气泡和裂缝的产生。

3.1 气泡的防治

(1) 严格控制坍落度。由于坍落度对混凝土凝固后的强度和气泡的产生都有影响, 所以在配制混凝土时要严洛控制坍落度。尤其在夏天时, 混凝土从搅拌站运输到管片生产场地要花费一定的时间, 而在此过程中, 混凝土要一定程度的凝固, 造成坍落度的损失。因此要在混凝土配合时加入一定数量的缓凝剂, 目前比较好的缓凝剂是Sikament NN/R (是—种缓凝高效减水剂) 。它能有效地防止混凝土坍落度的损失和改善混凝土的凝固, 不但能在一定程度上减少气泡, 也能减少裂缝的产生。

(2) 加强人工操作。混凝土在钢模内的振捣有管片模具自带附着式振捣器振捣、振动台振捣和人工振捣三种方式。亦有将两种方式结合施工的方法。振动台振捣的效果要好—些, 可以使混凝土更均匀。但振动台的成本高, 且增加作业工序, 还是有一些预制厂采用人工振捣的方法。人工振捣时振动棒容易碰到钢模具和钢筋笼, 造成管片模具损伤, 而且因管片钢筋笼与管片模具之间间隙很小, 振捣棒很难插入;靠近管片外弧的地方不容易振捣到, 所以工人的操作熟练程度是一个很重要的因素。这就只能靠加强工人的操作培训, 提高他们的技术熟练程度来改善振动效果。

(3) 混凝土振捣采用模具自带附着式振捣器振捣和人工振捣两种方法结合, 以附着式振捣为主, 以人工振捣为辅的方式可对管片气泡防治起到最好的效果。

3.2 气泡的处理与修补

气泡的存在直接影响管片的防水性能, 因此必须加以修补。具体修补方法有以下几种。

(1) 用钢丝刷刷除表面油污及泥土。

(2) 清水洗净需修补面, 且充分湿润。

(3) 配置纯水泥浆 (现场以水泥浆抹上去不往下塌、流为宜) 。

(4) 待需修补面开始干燥, 采用光抹子将浆液抹上麻面部位。

(5) 等强后用打磨机磨光, 平整度要求不超过0.5mm。

4 结语

经本工程的实践证明, 通过一系列有针对性措施的实施, 本标段大直径盾构施工大直径管片生产高质、高效的顺利进行。在管片施工中, 重点是找出气泡的成因, 严格控制混凝土塌落度和蒸养升降温梯度, 加强现场作业人员责任心和工序控制, 对管片气泡产生的防治起到了良好的效果, 也为其他大直径盾构衬砌管片施工提供了借鉴经验。

摘要：在地下工程盾构法施工中管片是最主要的衬砌工艺。但管片在生产过程中, 尤其在脱模后表面 (集中在管片侧面和外弧面) 存在较多的气泡, 不但影响管片的抗压和抗渗强度, 也对后续的修补工作带来很大的不便, 杜绝气泡的产生或把它减少到最低限度是一项很重要的工作。本人以广深港客运专线SDⅢ标管片施工为例, 根据自己的实际经验, 总结了一些大直径盾构衬砌管片生产中气泡的防治方法, 并且在施工中收到了良好的效果, 供大家参考。

关键词：盾构法,大直径,管片,气泡防治