地鐵預制混凝土襯砌管片常見質量缺陷成因及防治措施

夏剛

西安中鐵工程裝備有限公司 陜西西安 710200

當前，地鐵已成為城市軌道交通主流發展方向，為加快城市地鐵建設速度提高施工效率，亦為提高隧道施工的安全可靠性，地鐵隧道構造襯砌主體需提前預制生產，國內地鐵隧道結構一般采用預制混凝土襯砌管片（以下簡稱：管片）襯砌。其作為地鐵隧道結構襯砌主體，對隧道質量和使用壽命起著至關重要的作用，然其在生產、運輸和襯砌過程中，產生不同質量缺陷，會明顯降低管片耐久性，最終影響隧道耐久性及使用壽命[1]。

1 管片生產表面結構產生氣泡、麻面、蜂窩的成因、危害及防治措施

1.1 氣泡、麻面、蜂窩的成因

管片表面氣泡、麻面、蜂窩的原因較多、也較復雜，經過歸納，在生產過程中產生的最主要原因是原材料使用不當和施作工藝方法不當所造成的[2]。

（1）材料使用不當． 根據骨料級配密實原理，施作中，若材料本身級配不合理，粗骨料偏多、細骨料較少，碎石材料中針片狀顆料含量過多，以及施作中實際用砂率比試驗砂率小，細粒料不足以填充粗集料間隙，致集料不密實，形成氣泡自由空隙。另水泥用量和水灰比大小，亦是導致氣泡產生的重要原因，試配混凝土時，考慮水泥用量主要是針對強度而言，若在滿足混凝土強度前提下，一定限度內增加水泥用量，減少水用量，氣泡會減少，若不減少用量水，會增加其粘度，影響氣泡排出。在水泥用量太少的混凝土中，因水化反應耗水較少，致薄膜結合水、自由水相對較多，增加了水泡形成幾率，此為用水量大、水灰比高混凝土易產生氣泡的原因所在。

（2）生產工藝方法不當。①布料不間斷且速度快，氣泡不能及時排出。②因管片設計斷面尺寸較小，截面變化多（手孔、止水槽道等凹凸處），同時混凝土坍落度相對較小，振搗工藝不當，致振搗不充分或時間不足，氣泡則不易逸出，形成氣泡、麻面、蜂窩。③澆注應分層振搗，然在實際施作中，往往澆注速度過快，造成氣泡排氣行程過長，即使振搗的時間達到要求，氣泡也不能完全排出，如此亦會造成混凝土結構表面氣泡麻面。④不合理使用脫模劑，新拌混凝土結構面層的氣泡一旦接觸到粘稠的脫模劑，即使合理的布料、振搗，氣泡也很難沿模板上升排出，直接導致混凝土結構表面出現氣泡、麻面、蜂窩。

1.2 氣泡、麻面、蜂窩對管片的危害

（1）氣泡及蜂窩會減少了混凝土的截面體積，致使混凝土內部不密實，影響混凝土強度，當混凝土表面呈現大量直徑超過2mm 的氣泡及蜂窩時，會直接影響混凝土結構的強度。

（2）大量氣泡及蜂窩，會減少鋼筋保護層有效厚度，會加速混凝土表面碳化進程、降低混凝土結構耐腐蝕性能。

1.3 氣泡、麻面、蜂窩的防治措施

（1）從設計上控制水灰比和外加劑中引氣劑的含量：在滿足施工要求坍落度的情況下，盡量減小水灰比減少氣泡，同時控制外加劑中引氣劑的含量不得大于規范規定的范圍。

（2）充分拌和的時間內有效引氣：氣泡在混凝土攪拌過程中就已經產生，如何控制是關鍵，尤其是管片生產所需混凝土的坍落度過小，必須保證混凝土的攪拌時間，同時保證在攪拌時間內使外加劑在混凝土中的均勻分布。

（3）從生產工藝方法上來控制減少氣泡的產生

①脫模劑的涂刷要均勻適度便于引氣排氣，使用具有消泡化學成分的脫模劑，當氣泡與模具表面消泡劑相遇，消泡劑會立即破滅或由大變小、由小變微消泡，使其表面更加平滑致密。②施作中注意分層布料、分層振動，同時嚴控振動頻率及振動時間（避免過振影響混凝土性能），首次布料入模一半至三分之二時高頻振動，振動一分鐘至一分半鐘再緩慢布料，邊布料邊低頻振動，直至混凝土表面無大氣泡排出，否則氣泡不易排出，致產生氣泡、麻面、蜂窩質量缺陷[3]。

2 管片生產表面結構產生裂紋的成因、危害及防治措施

2.1 裂紋的成因

①坍落度過大，成型后混凝土向模具兩端下沉造成干縮裂紋。②蒸養時升溫、降溫快造成溫度裂紋。③脫模管片表溫、室溫及水養溫度溫差大，未采取相應措施造成溫度裂紋。④養護不規范。

2.2 裂紋的危害

裂紋若過深過寬會造成滲水，破壞銹蝕管片內部影響管片耐久性及使用壽命。

裂紋若過深過長會降低管片抗彎強度，亦會影響管片耐久性及使用壽命。

裂紋若達到一定程度會直接影響隧道質量及安全，甚至影響后續運營安全，提高維護成本。

2.3 裂紋的防治措施

①嚴控配合比水灰比，保證計量準確、坍落度合規。②加強壓實收面、保證靜停時間，規范蒸養升降溫速度。③采取相應措施，嚴控溫差。④規范各養護過程，保證養護環境適宜、時間充足。

3 管片生產表面結構缺棱掉角、啃邊、手孔破損成因、危害及防治措

3.1 缺棱掉角、啃邊、手孔破損的成因

①脫模時開模過快造成止水槽啃邊。②清模不徹底、漏涂脫模劑造成粘模。③脫模、起吊、翻身、倒運、堆碼、運輸過程中操作不當。

3.2 缺棱掉角、啃邊、手孔破損的危害

①超范圍的破損露筋或產生裂紋/ 縫會致管片報廢，增大成本。②范圍內破損雖可修補，然修補或養護不當，致強度不達設計要求，不單影響施工、運營安全，且影響隧道整體耐久性和使用壽命。

3.3 缺棱掉角、啃邊、手孔破損的防治措施

制定作業指導書、規范操作，規避因施作工藝方法操作不當造成的質量缺陷。

4 結語

管片憑借施工效率高、安全性能相對可靠成為隧道施工襯砌結構的主體，被廣泛應用，對隧道質量和使用壽命作用重大。然其混凝土特性及自然因素影響，施作中以目前技術仍不能完全解決質量缺陷，因此只能通過人為控制、加強各個施作環節把控、最大程度防治，以穩定其耐久性，最終穩定隧道整體耐久性及使用壽命。