盾构管片质量控制及检测技术
混凝土 《铁道建筑技术》蔡文胜 2014-07-07
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【摘要】盾构管片作为盾构隧道的支护结构，其质量直接影响到隧道的安全。介绍了管片生产过程中出现的主要质量问题，探讨了管片质量控制措施以及管片质量检测的技术手段，为同类工程提供了一些有益的建议。
【关键词】盾构管片质量控制检测技术
1、引言
随着城市化的发展，越来越多的隧道采用盾构法施工，作为盾构隧道的最主要部分的混凝土预制管片，其成型后的质量直接关系到隧道的安全。因此，在盾构管片施工过程要严格控制质量，保证满足隧道结构的自防水及结构安全。
2、影响管片质量的主要问题及原因分析
2.1管片裂缝类型及成因
2.1.1裂缝类型
通过对管片裂缝的观察，管片的裂缝主要分成以下4类。
(1)表面龟裂:密布在管片各个位置，裂纹短小而不规则。
(2)侧面裂缝:裂缝较规则，与管片外弧棱线垂直，裂缝宽度一般在0.15mm以下。
(3)外弧面裂缝:主要出现在管片脱模后，以塑性收缩裂缝为主，宽度一般在0.15mm以下，长度约10~40mm。
(4)内弧面裂缝:一般为结构性裂缝。
2.1.2裂缝原因分析
(1)表面龟裂:一般是由于管片脱模后，混凝土表面与空气接触，表面水分急速蒸发，形成混凝土内外湿度梯度，导致龟裂的产生。
(2)侧面裂缝:主要是由于管片表面浮浆缺乏骨料，抗拉强度较低，在应力作用下而发生开裂。
(3)外弧面裂缝:主要是由于外弧面游离水蒸发较快，面层收缩过大而造成。
(4)内弧面裂缝:主要是管片堆放、运输不当而造成的。
2.2管片气泡类型及成因
2.2.1气泡类型
(1)管片表面起泡，气泡孔径较小，以两侧出现较多。
(2)管片止水槽处气泡，孔径较大，分散出现。
2.2.2气泡产生原因
(1)钢模自身结构影响:钢模精度高，密封性能好，但模具表面光滑程度不一，不利于气泡的溢出。
(2)模具脱模剂具有憎水性时，则会排斥泥浆，不利于气泡的排出。
(3)人工操作不稳定及熟练程度不同，对质量产生一定影响，易产生气泡集中于局部而形成较大空洞。
3、管片质量控制措施
作为高精度的预制混凝土产品，其质量控制关系到管片结构及隧道的安全，因此必须建立完善的管理制度，使管片生产的全过程处于监控状态，确保管片自身的质量。
3.1原材料控制
管片生产的主要材料，钢筋、水泥、外加剂、脱模剂、石材必须采用信誉良好的厂家。材料进场后必须要要求进行取样检测，合格的产品才能用于管片的生产。
3.2生产流程控制
3.2.1管片钢模具
钢模具的质量直接影响着管片的尺寸精度、表面裂缝、气泡等问题。在进行管片生产前必须检测模具的宽度、高度、内外径、弧弦长、纵向环向芯棒孔径、中心距。其尺寸偏差必须满足要求。如不符合质量标准的不得用于管片生产。并定期按每生产100环管片的周期对钢模进行检验，按500环的周期进行强制大修。
3.2.2 钢筋骨架 在制作钢筋骨架时必须确保钢筋的品种、规格、数量和位置满足设计要求;钢筋表面不得有裂纹、明显的机械损伤等。钢筋骨架放入钢模中间，其保护层厚度必须满足要求。所有预埋构件必须与钢骨架焊接稳固，并准确就位。
3.2.3 混凝土浇筑 (1)严格控制混凝土坍落度，分层摊铺; (2)浇筑过程，对混凝土上下均匀振捣; (3)混凝土浇筑后，间隔一段时间才拆模并修补管片弧面; (4)管片抹面后，立即覆盖薄膜。
3.2.4 管片养护 管片修补后，在养护池中进行7 d浸水养护，管片出池后再进行7 d喷淋养护，最后进入自然养护。
4、管片质量检测技术
管片在出场前主要检测项目包括:外观质量、尺寸偏差、三环水平拼装、注浆孔抗拔检测、抗渗检漏检测、抗弯检测。
4.1 外观质量检测 管片外观质量检测主要采用目测及简易测量工作。
(1)管片应外光内实，外弧面平整，螺栓孔圆滑; (2)边棱无缺损，不允许有裂缝; (3)管片不得有缺角、掉边、蜂窝等缺损。
4.2 管片尺寸偏差 管片尺寸允许偏差、抽检频率及检测方法见表1。
4.3 三环水平拼装 管片三环拼装检验是对盾构管片组装成三环后尺寸精度和形位偏差进行的检验。其允许偏差、抽检频率及检测方法见表2。
[Page]
4.4 管片检漏试验 检漏试验是检验混凝土管片在设计水压力作用下，是否发生渗漏现象，以判断混凝土管片抗渗 性能是否满足设计要求，见图1。主要试验步骤主要包括:
(1)把管片放在试验台架上，做好密封措施。
(2)开动加压设备，按0. 2 MPa的级差逐级加压到0. 8 MPa。在0. 2~0. 6 MPa之间，每级保持 1 min，观察是否存在渗水现象;在0. 8 MPa状态下持续2 h，观察管片周边是否出现渗漏状况。
4.5 注浆孔抗拔试验 注浆孔抗拔试验是对管片中心注浆孔进行破坏性拉拔试验，以检测其在外力作用下承受的最大抗拔力，从而验证管片施工时的安全性，见图2。主要试验步骤包括:
(1)把螺栓旋进注浆孔，套上千斤顶并调平，装上百分表，记录相应初始值。
(2)利用千斤顶对螺栓进行分级加力(拔出力)，每级控制在20kN，并记录相应压力状态下的位移读数。
(3)加载至设计抗拔出力值，持续2min，注浆孔周边是否发生开裂破坏等现象。
4.6管片整体抗弯试验
管片整体抗弯试验是对管片进行的承载能力破坏性试验，以检测其在规定的试验方法下的最大承载力，从而验证管片的实际强度是否符合设计要求，见图3。其主要试验步骤包括:
(1)将管片吊放在试验台上，把试验加载系统安装好、把百分表安装在相应的位置、读取百分表的初始读数。
(2)采用分级加载的方式，每级加载为10kN。每次加载完，静载1min后，读取相应位置的百分表读数。
(3)每级加载后，观察管片是否出现裂缝，并记录管片的具体裂缝宽度及位置。
(4)当管片加载值设计荷载时，未出现0.2cm以上裂缝为满足设计要求。
(5)如设计要求进行极限承载力试验，则继续加载至管片破坏。
5、结束语
在盾构施工技术中作为支护结构的管片，其强度、精度、质量、抗渗性能和外观质量必须达到相关要求，它对盾构隧道的长期稳定、安全运营起着关键的作用。保障管片质量在于严格控制管片的生产每一个流程，并通过相应的技术手段检测管片的质量，对于不满足要求的管片一律不能应用于工程中。
参考文献
1张耀东，喻伟.大直径盾构管片裂纹成因分析[J].山西建筑，2008(4)
2池伟杰，何炳泉.地铁盾构管片检漏试验技术研究与应用[J].广东土木与建筑，2009(11)3黄继承.钢筋混凝土盾构管片预制技术[D].上海:同济大学硕士学位论文，2007
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