盾構管片質量控制及檢測技術
【摘要】盾構管片作為盾構隧道的支護結構，其質量直接影響到隧道的安全。介紹了管片生產過程中出現的主要質量問題，探討了管片質量控制措施以及管片質量檢測的技術手段，為同類工程提供了一些有益的建議。
【關鍵詞】盾構管片質量控制檢測技術
1、引言
隨著城市化的發展，越來越多的隧道采用盾構法施工，作為盾構隧道的最主要部分的混凝土預制管片，其成型后的質量直接關系到隧道的安全。因此，在盾構管片施工過程要嚴格控制質量，保證滿足隧道結構的自防水及結構安全。
2、影響管片質量的主要問題及原因分析
2.1管片裂縫類型及成因
2.1.1裂縫類型
通過對管片裂縫的觀察，管片的裂縫主要分成以下4類。
(1)表面龜裂:密布在管片各個位置，裂紋短小而不規則。
(2)側面裂縫:裂縫較規則，與管片外弧棱線垂直，裂縫寬度一般在0.15mm以下。
(3)外弧面裂縫:主要出現在管片脫模后，以塑性收縮裂縫為主，寬度一般在0.15mm以下，長度約10~40mm。
(4)內弧面裂縫:一般為結構性裂縫。
2.1.2裂縫原因分析
(1)表面龜裂:一般是由于管片脫模后，混凝土表面與空氣接觸，表面水分急速蒸發，形成混凝土內外濕度梯度，導致龜裂的產生。
(2)側面裂縫:主要是由于管片表面浮漿缺乏骨料，抗拉強度較低，在應力作用下而發生開裂。
(3)外弧面裂縫:主要是由于外弧面游離水蒸發較快，面層收縮過大而造成。
(4)內弧面裂縫:主要是管片堆放、運輸不當而造成的。
2.2管片氣泡類型及成因
2.2.1氣泡類型
(1)管片表面起泡，氣泡孔徑較小，以兩側出現較多。
(2)管片止水槽處氣泡，孔徑較大，分散出現。
2.2.2氣泡產生原因
(1)鋼模自身結構影響:鋼模精度高，密封性能好，但模具表面光滑程度不一，不利于氣泡的溢出。
(2)模具脫模劑具有憎水性時，則會排斥泥漿，不利于氣泡的排出。
(3)人工操作不穩定及熟練程度不同，對質量產生一定影響，易產生氣泡集中于局部而形成較大空洞。
3、管片質量控制措施
作為高精度的預制混凝土產品，其質量控制關系到管片結構及隧道的安全，因此必須建立完善的管理制度，使管片生產的全過程處于監控狀態，確保管片自身的質量。
3.1原材料控制
管片生產的主要材料，鋼筋、水泥、外加劑、脫模劑、石材必須采用信譽良好的廠家。材料進場后必須要要求進行取樣檢測，合格的產品才能用于管片的生產。
3.2生產流程控制
3.2.1管片鋼模具
鋼模具的質量直接影響著管片的尺寸精度、表面裂縫、氣泡等問題。在進行管片生產前必須檢測模具的寬度、高度、內外徑、弧弦長、縱向環向芯棒孔徑、中心距。其尺寸偏差必須滿足要求。如不符合質量標準的不得用于管片生產。并定期按每生產100環管片的周期對鋼模進行檢驗，按500環的周期進行強制大修。
3.2.2 鋼筋骨架 在制作鋼筋骨架時必須確保鋼筋的品種、規格、數量和位置滿足設計要求;鋼筋表面不得有裂紋、明顯的機械損傷等。鋼筋骨架放入鋼模中間，其保護層厚度必須滿足要求。所有預埋構件必須與鋼骨架焊接穩固，并準確就位。
3.2.3 混凝土澆筑 (1)嚴格控制混凝土坍落度，分層攤鋪; (2)澆筑過程，對混凝土上下均勻振搗; (3)混凝土澆筑后，間隔一段時間才拆模并修補管片弧面; (4)管片抹面后，立即覆蓋薄膜。
3.2.4 管片養護 管片修補后，在養護池中進行7 d浸水養護，管片出池后再進行7 d噴淋養護，最后進入自然養護。
4、管片質量檢測技術
管片在出場前主要檢測項目包括:外觀質量、尺寸偏差、三環水平拼裝、注漿孔抗拔檢測、抗滲檢漏檢測、抗彎檢測。
4.1 外觀質量檢測 管片外觀質量檢測主要采用目測及簡易測量工作。
(1)管片應外光內實，外弧面平整，螺栓孔圓滑; (2)邊棱無缺損，不允許有裂縫; (3)管片不得有缺角、掉邊、蜂窩等缺損。
4.2 管片尺寸偏差 管片尺寸允許偏差、抽檢頻率及檢測方法見表1。
4.3 三環水平拼裝 管片三環拼裝檢驗是對盾構管片組裝成三環后尺寸精度和形位偏差進行的檢驗。其允許偏差、抽檢頻率及檢測方法見表2。
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4.4 管片檢漏試驗 檢漏試驗是檢驗混凝土管片在設計水壓力作用下，是否發生滲漏現象，以判斷混凝土管片抗滲 性能是否滿足設計要求，見圖1。主要試驗步驟主要包括:
(1)把管片放在試驗臺架上，做好密封措施。
(2)開動加壓設備，按0. 2 MPa的級差逐級加壓到0. 8 MPa。在0. 2~0. 6 MPa之間，每級保持 1 min，觀察是否存在滲水現象;在0. 8 MPa狀態下持續2 h，觀察管片周邊是否出現滲漏狀況。
4.5 注漿孔抗拔試驗 注漿孔抗拔試驗是對管片中心注漿孔進行破壞性拉拔試驗，以檢測其在外力作用下承受的最大抗拔力，從而驗證管片施工時的安全性，見圖2。主要試驗步驟包括:
(1)把螺栓旋進注漿孔，套上千斤頂并調平，裝上百分表，記錄相應初始值。
(2)利用千斤頂對螺栓進行分級加力(拔出力)，每級控制在20kN，并記錄相應壓力狀態下的位移讀數。
(3)加載至設計抗拔出力值，持續2min，注漿孔周邊是否發生開裂破壞等現象。
4.6管片整體抗彎試驗
管片整體抗彎試驗是對管片進行的承載能力破壞性試驗，以檢測其在規定的試驗方法下的最大承載力，從而驗證管片的實際強度是否符合設計要求，見圖3。其主要試驗步驟包括:
(1)將管片吊放在試驗臺上，把試驗加載系統安裝好、把百分表安裝在相應的位置、讀取百分表的初始讀數。
(2)采用分級加載的方式，每級加載為10kN。每次加載完，靜載1min后，讀取相應位置的百分表讀數。
(3)每級加載后，觀察管片是否出現裂縫，并記錄管片的具體裂縫寬度及位置。
(4)當管片加載值設計荷載時，未出現0.2cm以上裂縫為滿足設計要求。
(5)如設計要求進行極限承載力試驗，則繼續加載至管片破壞。
5、結束語
在盾構施工技術中作為支護結構的管片，其強度、精度、質量、抗滲性能和外觀質量必須達到相關要求，它對盾構隧道的長期穩定、安全運營起著關鍵的作用。保障管片質量在于嚴格控制管片的生產每一個流程，并通過相應的技術手段檢測管片的質量，對于不滿足要求的管片一律不能應用于工程中。
參考文獻
1張耀東，喻偉.大直徑盾構管片裂紋成因分析[J].山西建筑，2008(4)
2池偉杰，何炳泉.地鐵盾構管片檢漏試驗技術研究與應用[J].廣東土木與建筑，2009(11)3黃繼承.鋼筋混凝土盾構管片預制技術[D].上海:同濟大學碩士學位論文，2007
編輯：王欣欣
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