地铁盾构管片常见外观质量缺陷的控制研究

地铁盾构管片常见外观质量缺陷的控制研究

冯立

中国水利水电第七工程局有限公司   四川成都 610000

摘要：地铁盾构管片作为地铁隧道建设中的关键构件，其外观质量对管片性能和使用寿命具有重要影响。本文分析了地铁盾构管片常见的外观质量缺陷，包括蜂窝状结构、麻面、漏浆、裂纹和污斑等，并探讨了这些缺陷产生的原因，包括材料配合比、搅拌与运输过程、施工方法与环境、模具设计与使用以及养护条件与时间等因素。最后，提出了针对性的控制措施与建议，旨在提高地铁盾构管片的外观质量，进而提升其使用寿命和安全性。

关键词：地铁盾构；管片；外观质量缺陷；控制措施

引言

地铁盾构法施工是一种常用的地铁隧道施工方法，具有施工速度快、对周边环境影响小等优点。管片作为盾构法施工中的关键构件，承担着隧道结构的支撑和保护作用。因此，管片的外观质量对其性能和使用寿命具有重要影响。本文通过探讨地铁盾构管片常见的外观质量缺陷，分析其产生原因，并提出相应的控制措施与建议，以期提高管片的外观质量和使用性能。

1 地铁盾构管片常见外观质量缺陷

1.1 蜂窝状结构

蜂窝状结构表现为管片表面存在类似蜂窝状的不规则凹陷（图1）。这主要是由于混凝土浇筑过程中，振捣不均匀或不足，导致砂浆未能充分填充到模板的每个角落。此外，材料配合比的不合理、水分控制不当等也可能导致蜂窝状结构的出现。

图1 管片蜂窝缺陷

1.2 色差

色差是指管片表面颜色不一致的现象。这可能是由于原材料的颜色差异、砂浆配合比不当或施工过程中的环境因素导致的。色差不仅影响管片的整体美观性，还可能影响隧道的视觉效果。

1.3 裂纹

裂纹是管片表面或内部出现的裂缝。这可能是由于混凝土收缩、温度变化、外部荷载等因素引起的。此外，不合理的材料配合比、不规范的施工方法、养护不当等也可能导致裂纹的产生。裂纹对管片的结构性能和使用寿命具有严重影响，必须引起足够的重视。

图2 管片裂纹缺陷

1.4 崩边

崩边是指管片边缘出现的破损或剥落现象。这可能是由于模具设计不合理、施工操作不当或砂浆质量不佳导致的。崩边不仅影响管片的外观质量，还可能影响其密封性和承载能力。

2 地铁盾构管片外观质量缺陷产生原因分析

2.1 材料配合比

材料配合比是影响管片外观质量的关键因素之一。不合理的配合比会导致砂浆的流动性、和易性不佳，进而影响浇筑效果和密实度。例如，水灰比过大可能导致砂浆泌水、离析，形成蜂窝状结构；骨料粒径过大或级配不良则可能导致砂浆填充不充分，形成空洞或裂纹。

2.2 搅拌与运输过程

搅拌与运输过程中操作不当也会导致管片外观质量缺陷。例如，搅拌时间过短或过长，会导致砂浆不均匀；搅拌速度过快，会导致砂浆中空气含量过高，形成蜂窝；运输过程中颠簸过大或时间过长，导致砂浆离析、泌水，进而形成蜂窝状结构或裂纹。

2.3 施工方法与环境

施工方法与环境条件对管片外观质量也有重要影响。例如，混凝土浇筑速度过快或振捣不均匀，可能导致蜂窝状结构或裂纹；施工现场温度、湿度等环境条件的变化，可能影响砂浆的硬化和干燥过程，进而产生裂纹。

2.4 模具设计与使用

模具的设计和使用也是影响管片外观质量的重要因素。模具结构不合理、尺寸不准确，可能导致管片尺寸偏差、崩边等问题；模具表面不光滑、清洁不彻底，可能导致管片出现崩边、裂纹等缺陷。

2.5 养护条件与时间

养护条件与时间对管片外观质量同样至关重要。养护条件不当（如温度、湿度控制不佳），可能导致砂浆硬化不充分，产生裂纹；养护时间过短，可能导致砂浆未完全达到设计强度，也易产生裂纹。合理的养护措施是确保管片外观质量的关键环节。

3 地铁盾构管片外观质量缺陷的控制措施

地铁盾构管片外观质量缺陷会直接影响其结构性能及使用耐久性，因此在管片生产施工过程中，务必要严格把控管片的外观质量，确保其满足盾构管片外观质量标准要求，如表1所示。

3.1 蜂窝控制措施

（1）优化材料配合比。为了降低蜂窝缺陷的出现频率，优化混凝土的材料配合比至关重要。通过实验确定最佳的水泥、骨料和水的比例，确保混凝土的和易性和流动性，使砂浆能够充分填满骨料间的空隙。同时，适当提高水泥用量，或添加合适的外加剂，如减水剂、流化剂等，可以增加混凝土的流动性和自密实性，有助于减少蜂窝的产生。优化的材料配合比具体见表2所示。

表2 优化后的材料配合比

（2）严控振捣质量。振捣是混凝土施工过程中非常关键的一步，对于防止蜂窝缺陷的形成尤为重要，具体的控制要求和实施措施见表3所示。在振捣过程中，必须确保振捣器插入混凝土的深度、频率和持续时间合适，以充分排出混凝土中的气泡，并使砂浆充分填满骨料间的空隙。同时，应避免过振和欠振，过振可能导致混凝土表面出现砂浆富集层，而欠振则可能导致混凝土内部出现疏松和蜂窝。为了更好地控制振捣质量，振捣前，对振捣器进行检查和调试，确保其工作正常。同时，根据混凝土的坍落度、骨料的种类和粒径大小，合理确定振捣器的插入深度和振捣时间。在振捣过程中，注意观察混凝土表面的变化情况，以及是否有气泡冒出，及时调整振捣参数。对于较难振捣的部位，如边角、钢筋密集区等，可以采用小型振捣器或人工振捣的方式进行补充振捣。

表3 振捣质量控制要求及措施

3.2 色差控制措施

（1）严控原材料。选择高质量原材料，确保使用的水泥、骨料、颜料等原材料质量稳定，色泽均匀。同时，对原材料进行严格的批次管理，确保同一批次内的原材料色泽一致性。

（2）优化生产工艺。根据原材料的性能和色差要求，优化混凝土的配合比，确保色泽均匀性。同时，适当使用外加剂，如增色剂、匀色剂等，以改善混凝土的颜色和均匀性。

（3）监控拌合过程。在混凝土拌合期间，严格控制拌合时间，确保混凝土充分混合均匀。同时，定期对拌合设备进行维护和保养，确保设备正常运行，避免因设备故障导致的色差问题。

（4）改善养护条件。应保持管片表面的湿润状态，保持适宜的养护温度，避免因失水导致的色泽不均。还要对成品管片进行覆盖保护，避免阳光直射和雨水冲刷导致的色泽变化。

3.3 裂纹控制的措施

（1）加强原材料质量管控。首先，选择符合规范要求的优质水泥、骨料和其他添加剂，确保原材料的质量稳定。其次，对原材料进行适当的储存和管理，避免由于储存不当导致的材料性能退化。

（2）加强混凝土施工管控。首先，应根据工程要求和原材料性能，进行混凝土配合比的优化，水灰比应控制在0.45~0.55范围内，确保混凝土具有良好的工作性和强度。其次，在搅拌过程中，控制搅拌时间为2~3分钟，搅拌速度适中，确保混凝土搅拌均匀，无离析和泌水现象；浇筑过程中采用低冲击、低振动的浇筑方式，如使用溜槽或泵送，减少混凝土内部应力，降低裂纹风险；在混凝土浇筑前，对模板和基层进行预热或预冷，确保混凝土入模温度适宜，一般控制在5℃~30℃之间，避免由于温度变化过大导致的热裂纹。

（3）加强混凝土养护管理。应根据混凝土的硬化情况和温度条件，合理确定拆模时间，一般情况下，混凝土强度达到设计强度的70%以上时方可拆模，避免过早拆模导致的裂纹。同时，在混凝土养护期间，要保持管片表面的湿润状态，避免因失水过快导致的干缩裂纹。此外，定期对养护中的管片进行检查，发现裂纹及时修补。

3.4 崩边控制措施

（1）改进模具设计与维护。在模具设计阶段，要充分考虑管片的结构特点和生产过程中的受力情况，合理设计模具的结构和尺寸，减少应力集中和应力变形，从而减少崩边的产生。还应选择高强度、高耐磨、高韧性的模具材质，以提高模具的耐用性和抗冲击性能。此外，定期对模具进行检查、清理和修复，确保模具的精度和表面质量，避免因模具磨损或损坏导致的崩边。

（2）加强管片搬运、运输及吊装控制。制定详细的管片搬运和运输规范，使用专业的搬运工具和运输车辆，避免在搬运和运输过程中产生过大的冲击和振动；对吊装操作人员进行专业培训，提高他们的操作技能和安全意识，确保在吊装过程中能够准确、平稳地操作，避免管片在吊装过程中受到损坏；在吊装过程中，使用专门的吊装辅助工具，如吊装带、吊装网等，以保护管片的边角不受损。

（3）同步注浆与盾构姿态控制。在地铁盾构施工过程中，为确保注浆效果稳定可靠，严格控制浆液的稠度，保持在9~10秒的范围内，确保注浆能够均匀填充管片间隙；注浆压力也严格维持在0.2~0.3MPa，防止压力过低导致注浆不实，或过高引起浆液泄漏。每一环的浆液都经过严格测定，只有在各项指标均满足要求的情况下才允许使用；为保证良好的接触，避免线受力或点受力导致的应力集中，严格控制千斤顶撑靴的行程差，确保不超过3cm；为避免过大的压力差对管片造成损伤，上下、左右压力差被严格限制在5MPa以内。具体油压根据施工现场的实际情况进行灵活调整；注重选择合理的点位，避免粗暴纠偏带来的风险，应遵循勤纠、少纠的原则，每次纠偏量具有预见性，且单环纠偏量严格控制在3mm以内；在调整盾构机姿态的过程中，使盾尾间隙分布尽量均匀，保持在35mm左右。当发现单侧盾尾间隙小于15mm时，及时采取纠偏措施，确保盾构机姿态稳定，进一步降低崩边等外观质量缺陷的发生率。

4 结论

地铁盾构管片的外观质量对其性能和使用寿命具有重要影响。施工单位应高度重视管片外观质量的控制，采取有效的控制措施与建议，提高管片的外观质量和使用性能。同时，施工单位还应加强对管片外观质量的监测和检查，及时发现并处理外观质量缺陷，确保地铁盾构管片的安全性和耐久性。

参考文献：

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