地鐵管片常見質量缺陷成因及防治措施

宋軍超

（深圳港創建材股份有限公司）

0 引言

鋼筋混凝土管片作為地鐵隧道工程結構的主體是一種高精密度的預制構件，

長期遭受著外界土層壓力、地下水壓力及隧道內各種動荷載的沖擊力，是地下隧道安全運行的重要保護屏障，其質量問題直接影響到隧道的整體運營安全［1］。在地鐵管片的生產制作、運輸轉運及拼裝施工過程中，時常出現諸如管片破損、開裂、錯臺、表面氣泡及缺棱掉角等質量缺陷問題，進而造成一些地鐵長期存在隧道內管片開裂滲水、漏水等安全隱患。因此，研究地鐵盾構管片的常見質量缺陷、原因分析及防治措施具有重要意義，為業界內管片的生產應用提供一定指導。

1 生產過程中管片質量控制

1.1 管片鋼筋籠骨架焊接咬肉、燒傷及脫焊缺陷

作為地鐵隧道工程中主要承力構件的管片，其鋼筋籠骨架及配筋對管片承載力大小起主導作用，所以鋼筋籠骨架的焊接制作尤其重要。因此，鋼筋籠骨架生產制作需從鋼筋斷料、部件彎曲安放及焊接等各個過程嚴格把控。其中，因人為因素影響，焊接往往是影響鋼筋籠質量缺陷的重要環節，其常見的質量缺陷就是咬肉、燒傷及脫焊，如圖1所示。

圖1 鋼筋籠骨架焊接燒傷脫焊

此質量缺陷的主要成因有以下兩個方面：一方面由于焊接過程中二氧化碳焊機的焊接電流過大，焊接操作時間過長，造成鋼筋籠主筋咬傷；另一方面由于焊接時速度過快或槍頭對位不準確，未能在兩根需焊接鋼筋結合處形成有效焊點，從而導致虛焊或假焊等缺陷，鋼筋籠一旦受力便發生了脫焊問題。

采取的通用防治措施有以下幾點：采用二氧化碳保護焊機進行作業時，焊機工作電流不許超過該設備的額定工作電流，以防燒傷主筋；焊機工作電流不得大于300A，電弧壓力控制在30～50V 之間，焊絲盤的送絲速度控制10～11mm/s 范圍內；焊接時槍頭對準焊點位置，不得漏焊、假焊和虛焊，把控好焊接時間，以鋼筋籠焊接牢固卻不傷鋼筋為準。

1.2 管片澆筑成型后側弧面蜂窩、麻面、氣泡及孔洞缺陷

作為混凝土預制構件的地鐵管片，其混凝土質量優劣直接決定著管片成型后的各種性能，是管片性能的重要保證屏障。管片成型質量控制需根據管片生產成型的工藝從混凝土生產質量源頭環節控制。管片生產時混凝土應連續澆筑成型，根據生產條件選擇適當的振搗方式，目前普遍采用附著式高頻振動器振動成型：振搗以混凝土表面停止沉落、表面不再顯著產生氣泡，管片模具邊角部位混凝土已充實至其表面有輕微泛漿為準，不應過振或漏振，否則，易出現澆筑成型后側弧面蜂窩、麻面、氣泡及孔洞缺陷，如圖2所示。

圖2 管片側弧面氣泡及孔洞

此質量缺陷主要由以下幾點原因造成：模具內腔表面存在損傷、毛刺、表面清理不干凈問題，混凝土容易粘結，進而影響到成型管片表面光潔，形成蜂窩、麻面；混凝土和易性及流動性不足，影響氣泡排出及密實，造成管片成型后表面氣泡多，出現孔洞及麻面；脫模油產品選擇不適當，影響混凝土澆筑時氣體排出，造成成品側面氣泡多；澆筑時振動力不足、澆筑速度過快、振動時間不足，造成成品氣泡多。

采取的通用防治措施有如下幾點：保證管片內腔表面光潔，清理干凈；優化混凝土生產配比，提高混凝土的工作性能（和易性、流動性及排氣性），保證混凝土密實，減少氣泡，杜絕孔洞和麻面；選擇優質脫模油，利于排出氣泡；選擇附著式振搗方式，振動力充足，澆筑時下料量均勻、勻速。在模具澆筑到80%時暫停下料，振動20～30 秒再把模具澆筑滿，再持續振動。保證單個模具下料振動時間達到5～6分鐘。

1.3 管片成型后外弧面龜裂、淺表微裂紋缺陷

管片生產過程中當混凝土澆筑完成后，應漿管片模具外弧面多余的混凝土刮除干凈，保證外弧面沿鋼模的弧度平整后再壓實壓光。完成管片混凝土的收水抹面后應及時覆蓋薄膜鎖水，在管片覆膜至混凝土發生水化反應養護至達到脫膜強度前不可將揭開薄膜，特別是溫濕差大和風大的地方更加應該注意防范，以保證混凝土表面溫濕度，避免管片出現失水龜裂及溫濕度下降太快造成的淺表微裂紋等缺陷，如圖3所示。

圖3 管片成品外弧面龜裂、淺表微裂紋

此質量缺陷主要由以下原因造成：混凝土生產配比中水泥摻量較大，使得水泥水化反應產生巨大熱量，從而導致混凝土在凝結過程中收縮量大大增加；早期混凝土表面的游離水蒸發速度過快及浮漿層不利因素作用，進而造成最終的管片面層混凝土干縮較大產生龜裂或淺裂紋［2］；混凝土剛澆筑成型時，管片上表面未覆蓋塑料薄膜或過早掀開薄膜、管片外弧面混凝土粗骨料少，漿體過多泛漿、管片養護措施不足、外部天氣溫差大和風大等、收面次數少于2 次或收面時間過早，這些都將導致管片產生龜裂及淺裂紋。

采取的通用防治措施有如下幾點：優化調整設計混凝土生產配比；及時有效覆膜保濕鎖水，不提前揭膜；嚴格控制混凝土入模塌落度、振搗力及振搗時間，防止過振造成骨料下沉，管片外弧面泛漿，形成收縮裂紋；脫模后嚴格按規范要求浸水養護7 天；根據實際情況選擇適當的管片養護方式，做好保溫保濕措施；控制好光面時間和次數。

2 運輸轉運過程中管片質量控制

管片澆筑成型覆膜養護至脫模、水養期期滿出池轉運及28d 齡期期滿發貨運輸至工地時，由于混凝土早期強度偏低，起吊、行走、下落等操作不當，都將會造成一定程度磕碰導致管片出現破損、缺棱掉角等質量缺陷，如圖4所示。

圖4 轉運及運輸過程中管片的破損、缺棱掉角

此質量缺陷主要由以下幾點原因造成：脫模起吊強度低于了規范要求，采用吸盤脫模應不低于15MPa，其它脫模方式應不低于20MPa；起吊運輸行走過程中與其他管片或器具察碰損傷；模具邊角處脫模油漏刷，從而導致混凝土粘模、掉邊；入水養護、出水運輸、堆碼存儲及翻片出貨過程中，發生管片間的磕碰碰撞；

采取的通用防治措施有以下幾點：嚴格按規范要求，混凝土強度高于脫模起吊強度后才能起吊脫模；模具邊角脫模油涂刷均勻，不漏刷和過刷；管片的起吊、行走、下落操作應保證平穩，尤其是管片下落至管片翻片機上的過程應緩慢，且翻片機上應加緩沖墊；管片的養護、存儲及出貨運輸過程中，采用墊塊、隔木的保護措施，防止管片與硬物及管片間形成磕碰接觸。

3 拼裝施工過程中管片質量控制

地鐵管片雖然是成品構件，但地鐵管片與其他預制構件有所不同，其他預制構件的安裝一般相對比較簡單，基本屬于達積木式的安放型安裝，安裝時受力比偏小，但地鐵管片不一樣，在盾構機對管片進行拼裝施工時，盾構機油缸推力達到1000～2000 噸，平均分配至每根液壓油缸也有上百噸的受力，盾構機姿態不正確或管片受力位置不在平行縱軸方向，將導致其受力遠遠大于管片能承受的受力極限。同時，盾構機在掘進時必須根據預設的線路調整管片來實現隧道的轉彎、坡度的升降，所以掘進施工時地鐵管片的拼裝控制尤其重要，直接關系隧道成型質量，稍有偏差就可能造成管片破損、裂縫、滲水等缺陷［3］，如圖5所示。

圖5 拼裝施工中管片裂紋及滲水

此質量缺陷主要由以下原因造成：隧道掘進施工時管片受力不均等原因造成管片背面裂縫導致管片結構相對薄弱面的滑槽處滲水；管片的拼裝施工速度過快，無法保證管片拼裝施工質量，管片拼裝時發生管片錯臺、受損、止水條脫落等情況的幾率較高；掘進施工速度太快，但管片同步壁后注漿跟不上，從而導致管片后壁注漿量嚴重偏少，不滿足設計要求。

采取的通用防治措施有以下幾點：保證盾構現場的盾構姿態與拼裝施工控制，保持管片環面平整及千斤頂撐靴中心位置無偏移，進而確保掘進拼裝過程中管片受力均勻；嚴格控制管片的掘進拼裝速度；保證管片壁后注漿量達到施工設計要求。

4 結語

隨著“雙碳”戰略目標提出及推進，國內經濟建設和科技技術的蓬勃發展，對于低碳公共交通出行的需求急劇上升，城市地下空間軌道交通建設是未來城市發展的必然選擇，做為一種低能耗、低污染、低成本、低土地占用的低碳交通出行方式，軌道交通是體現“以人為本”原則且對環境友好的“綠色交通”。為嚴格保證地鐵安全運營一百年的高質量設計要求，管片的質量安全發揮著決定性作用，必須從嚴管控管片生產、運輸轉運及拼裝施工等過程中的每一個細節。