TBM施工隧洞襯砌管片生產(chǎn)質(zhì)量控制

耿邱峰

（新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000）

鋼筋混凝土管片是TBM運(yùn)輸軌道的道床，又是隧洞永久襯砌結(jié)構(gòu)的一部分。其生產(chǎn)特點(diǎn)：一是生產(chǎn)精度和質(zhì)量要求高；二是機(jī)械化流水線生產(chǎn)。管片作為T(mén)BM施工隧洞的中間產(chǎn)品，其質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響隧洞的質(zhì)量與安全。高質(zhì)量的管片是TBM施工隧洞的前提與保障。

某隧洞工程為T(mén)BM施工，采用六邊形鋼筋混凝土管片襯砌，襯砌管片內(nèi)徑6 000mm，管片厚度為280mm，管片寬度為1 600mm，每環(huán)襯砌管片4塊，分別為1塊底管片，1塊頂管片和2塊側(cè)管片。每環(huán)管片的混凝土為9.02m3，每片管片重約5.6t。管片混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)：R28C40F50W8，出窯強(qiáng)度為20MPa，進(jìn)洞安裝的強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%。

1 生產(chǎn)準(zhǔn)備質(zhì)量控制

1.1 原材料

1.1.1 水泥

水泥的選擇是管片生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在符合國(guó)家和行業(yè)規(guī)范的前提下，選擇生產(chǎn)材料來(lái)源和產(chǎn)量穩(wěn)定，技術(shù)成熟的廠家產(chǎn)品，將為管片的生產(chǎn)節(jié)省大量的時(shí)間和財(cái)力。

每個(gè)出廠批號(hào)和每批到貨不超過(guò)400t水泥，應(yīng)按水泥取樣方法，至少采集一次樣品進(jìn)行包括水泥強(qiáng)度，初、終凝時(shí)間，體積安定等項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)。散裝水泥供貨時(shí)，其容器必須完全封閉，現(xiàn)場(chǎng)存料罐每月應(yīng)倒空一次。利用壓縮空氣進(jìn)行水泥裝卸時(shí)，與水泥接觸的空氣溫度在任何時(shí)候不得超過(guò)38℃，預(yù)計(jì)可能超過(guò)時(shí)，應(yīng)采用措施解決。

1.1.2 粉煤灰

粉煤灰應(yīng)符合《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ28-86）、《混凝土和砂漿用粒化高爐礦渣微粉》（DB31/T35-1998）、《粒化高爐礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-1999）的要求。

1.1.3 骨料

細(xì)骨料采用河砂（M x=2.4～3.0），含泥量不應(yīng)大于2.0%，泥塊含量不大于0.5%，每批進(jìn)料后需進(jìn)行復(fù)試，在產(chǎn)地進(jìn)行分篩水洗，儲(chǔ)存管片廠骨料堆場(chǎng)中。

粗骨料采用連續(xù)粒級(jí)5～20mm和20～40mm的卵石，要求質(zhì)地堅(jiān)硬，含泥量小于1%，泥塊含量不宜大于0.2%，針片含量小于5%。每批進(jìn)料后進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，合格后方可使用。

骨料的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)在拌合站每班檢測(cè)一次粗骨料的超遜徑、含泥量和砂子的細(xì)度模數(shù)、含泥量，檢查兩次砂和小石（5～20mm）的含水率。其含水率變化應(yīng)分別控制在±0.5%（砂）和±0.2%（小石）范圍內(nèi)。當(dāng)氣溫變化較大或雨后骨料水量突變的情況下，應(yīng)每2h檢查一次。

1.1.4 外加劑

外加劑（減水劑、引氣劑等）必須與水泥相適應(yīng)，且要適應(yīng)蒸養(yǎng)工藝，并保證不銹蝕鋼筋。各種外加劑均應(yīng)符合DL/T5100-999規(guī)定。減水劑以5t為一取樣單位，引氣劑以200kg為一取樣單位進(jìn)行檢測(cè)。

1.1.5 脫模劑

脫模劑有水溶性脫模劑和油性脫模劑，具體使用可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，以管片內(nèi)表面不產(chǎn)生麻面，方便脫模為優(yōu)，否則影響管片的外觀質(zhì)量。在使用脫模劑前應(yīng)做試驗(yàn)，檢驗(yàn)是否適合蒸養(yǎng)溫度要求。

1.2 模具

管片生產(chǎn)模具結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，并滿足管片的體型要求，此外還應(yīng)適應(yīng)高溫、溫度重復(fù)變化及抗疲勞的要求；滿足管片尺寸偏差要求，管片模具的設(shè)計(jì)應(yīng)能保持預(yù)制管片的形狀和尺寸在下述允許誤差范圍內(nèi)：

周邊長(zhǎng)度 ±2mm；

對(duì)角線長(zhǎng)度差 ±1mm；

厚度（以內(nèi)表面為±基準(zhǔn)的外表面變化）0～+3mm；

寬 度 ±1mm；

不圓度（特制量具或1/4圓弧樣板測(cè)量）±2.5mm；

翹 曲 不允許。

模具使用過(guò)程中要按每天不少于一套進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)。如果由于模具的磨損而不能保證允許誤差時(shí)，應(yīng)及時(shí)予以修復(fù)；無(wú)法修復(fù)應(yīng)更換新的模具。

混凝土的振搗宜采用附著式振搗器振搗，防止管片模具振動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生變形。

每生產(chǎn)襯砌3km用管片，必須進(jìn)行一次拼裝試驗(yàn)，檢驗(yàn)管片模具是否翹曲。模具檢查工具和方法見(jiàn)表1。

表1 模具檢查工具和方法

1.3 拌和站

拌和站應(yīng)高效、可靠，自動(dòng)或半自動(dòng)控制配料，并滿足混凝土管片生產(chǎn)強(qiáng)度的要求。計(jì)量設(shè)備必須經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量部門(mén)的定期檢驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)至少每月對(duì)每臺(tái)計(jì)量設(shè)備和全部計(jì)量系統(tǒng)校準(zhǔn)一次。

允許誤差：水泥±1%，粉煤灰±1%，骨料±2%，水及液態(tài)外加劑±1%

1.4 配合比

本工程生產(chǎn)管片配合比采用二級(jí)配，配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)圖紙要求的強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性和良好的施工特性。管片混凝土采用附著式振搗器振搗，外觀要求平整光潔，故配比試驗(yàn)的關(guān)鍵就是尋找混凝土蒸養(yǎng)強(qiáng)度與混凝土流動(dòng)性之間的最佳關(guān)系。首先要求混凝土蒸養(yǎng)強(qiáng)度要滿足設(shè)計(jì)要求，且有一定的富余度；其次所選水泥的混凝土拌和物不黏稠，合易性、流動(dòng)性要好，利于混凝土在模具中振搗下落；混凝土坍落度要嚴(yán)格控制：坍落度太小，①不利于混凝土下落、振搗，易產(chǎn)生蜂窩、麻面，甚至?xí)a(chǎn)生無(wú)法修復(fù)的缺陷，如管片空洞等，致使管片報(bào)廢；②導(dǎo)致振搗時(shí)間增長(zhǎng)，影響模具使用壽命；坍落度太大則不利于混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)。

1.5 止水條

采用TBM掘進(jìn)機(jī)施工的隧洞，管片襯砌止水至關(guān)重要。為防止外水內(nèi)滲和內(nèi)水外滲，所有管片縱、環(huán)向接縫均采用兩道粘貼在管片預(yù)留槽內(nèi)的止水條止水：821BF遇水膨脹橡膠止水條和GBW遇水膨脹止水條。止水條性能指標(biāo)見(jiàn)表2、表3。

表2 821BF遇水膨脹橡膠止水條主要性能指標(biāo)

表3 GBW遇水膨脹止水條主要性能指標(biāo)

止水條粘接均在洞外進(jìn)行，并應(yīng)盡量在管片進(jìn)洞安裝前一周在洞外粘好，這樣做可避免過(guò)早安裝止水條的老化失效問(wèn)題。止水條材料應(yīng)不含有害物質(zhì)，無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，止水條不能有坑、孔隙、氣泡和表面粗糙等其它缺陷，要用黏接劑將止水條固定在預(yù)留槽內(nèi)。黏接劑的黏接力應(yīng)不小于止水條扯斷強(qiáng)度的50%。

2 生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制

2.1 鋼筋加工及鋼筋籠的制安

加工后鋼筋允許偏差見(jiàn)表4。

表4 加工后鋼筋的允許偏差

鋼筋籠在提前預(yù)制好的臺(tái)車(chē)上進(jìn)行綁扎。綁線結(jié)呈梅花形布置，綁扎間距不能超過(guò)60cm，并保證澆混凝土?xí)r鋼筋固定不動(dòng)。綁扎的鋼絲應(yīng)彎向混凝土外表面的內(nèi)側(cè)。鋼筋安裝允許偏差見(jiàn)表5。

表5 鋼筋安裝允許偏差

鋼筋籠要依管片型號(hào)，對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)鋼筋的型號(hào)、根數(shù)、尺寸、鋼筋的間距進(jìn)行核對(duì)。

鋼筋籠入模前，要依規(guī)定位置綁扎好混凝土保護(hù)層墊塊，墊塊厚度2.5cm。預(yù)制墊塊時(shí)，應(yīng)在墊塊中預(yù)埋鐵線，墊塊混凝土要與管片混凝土同標(biāo)號(hào)。鋼筋籠入模后，要檢查墊塊有無(wú)脫落，鋼筋間距有否移動(dòng)，進(jìn)行正確調(diào)整后，方準(zhǔn)許蓋上上蓋。

2.2 模具清理

模具的清理關(guān)系到管片的外型質(zhì)量及模具使用壽命，因此在鋼筋籠入模前對(duì)模具的清理工作也是很重要的一環(huán)。模具打開(kāi)后，用鏟刀、壓縮空氣清除附著在鋼模上的水泥漿及雜物，清理好模具后用噴槍噴涂脫模劑，注意噴的不宜過(guò)厚，應(yīng)均勻，噴完后要將邊角處富余的脫模劑清除。模具未清理或未涂脫模劑嚴(yán)禁進(jìn)行下一道工序。

2.3 混凝土入倉(cāng)及振搗

混凝土從拌和機(jī)出料至終振搗完成的時(shí)間不能超過(guò)30min。自受料斗進(jìn)入模具的混凝土，應(yīng)能迅速流到模具的端部；在確認(rèn)混凝土料進(jìn)入模具后方可開(kāi)始振搗，振搗至混凝土表面不再顯著下沉，不出現(xiàn)氣泡，并開(kāi)始泛漿時(shí)為止；嚴(yán)禁空振損壞模具。要嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，不得隨意延長(zhǎng)或縮短振搗時(shí)間。

2.4 混凝土質(zhì)量檢測(cè)

混凝土的均勻性檢查每班至少2次，含氣量、坍落度每班檢查6次，檢查均在澆注現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行?；炷翉?qiáng)度檢測(cè)為每生產(chǎn)50塊管片取一組抗壓強(qiáng)度樣品，抗拉（3塊/組）、抗凍（3塊/組）、抗?jié)B（6塊/組）取樣組數(shù)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

2.5 管片養(yǎng)護(hù)

管片的前期養(yǎng)護(hù)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。管片蒸養(yǎng)必須嚴(yán)格分靜養(yǎng)升溫、恒溫、降溫三個(gè)階段進(jìn)行，混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)溫控和測(cè)定。升、降溫速率不得大于20℃/h。升、降溫階段每小時(shí)測(cè)溫不少于二次，穩(wěn)定期測(cè)溫每小時(shí)不少于一次?；炷翝仓肽Ｍ瓿珊螅瑢⒛＞咄迫腱o養(yǎng)升溫室，在35～40℃蒸汽環(huán)境中停放不少于30min，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)入溫度為65～75℃的主蒸養(yǎng)室，養(yǎng)護(hù)3h后，再將模具轉(zhuǎn)入溫度為40～50℃的降溫室養(yǎng)護(hù)1h，蒸汽養(yǎng)護(hù)的具體時(shí)間由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)再行調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)是使管片混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到20MPa，試驗(yàn)在蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土管片同樣處理的試件上進(jìn)行。

管片出蒸養(yǎng)室后的2天內(nèi)，應(yīng)采取措施減緩降溫梯度，并按規(guī)定保持管片表面濕潤(rùn)。管片在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)2天后在室外繼續(xù)停放養(yǎng)護(hù)，其混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的90%時(shí)，可允許進(jìn)行運(yùn)輸與安裝。檢測(cè)安裝強(qiáng)度的混凝土試塊隨混凝土管片在室外同條件放置，并以同條件試塊檢測(cè)值為準(zhǔn)。

2.6 管片外觀檢查

管片外觀檢查包括管片外型尺寸和外觀缺陷檢查。外型尺寸檢查包括：管片厚度、寬度、弦長(zhǎng)及對(duì)角線等；外觀缺陷檢查包括：露筋、蜂窩、裂縫和連接部位缺陷等。管片尺寸、外觀缺陷檢查要做好記錄，記錄內(nèi)容包括：缺陷部位、尺寸、產(chǎn)生時(shí)間、產(chǎn)生原因等，質(zhì)量要求及檢驗(yàn)方法見(jiàn)表6。

表6 管片外觀檢查質(zhì)量要求及檢驗(yàn)方法

2.7 缺陷修補(bǔ)

脫模時(shí)或者裝運(yùn)、存放過(guò)程中損壞斷裂或有裂縫的混凝土管片，如果認(rèn)為其損害程度影響了管片所應(yīng)達(dá)到的設(shè)計(jì)能力，則管片不得使用。如果管片的損壞程度不大，可以進(jìn)行修復(fù)，并做好詳細(xì)記錄。

（1）管片表面蜂窩、凹陷、掉角或其它損壞的缺陷修補(bǔ)：修補(bǔ)前必須用鋼絲刷或加壓水沖刷清除缺陷部分，或鑿去薄弱的混凝土表面，用水沖洗干凈，應(yīng)采用比原混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)的砂漿（M45）填補(bǔ)缺陷處，并壓實(shí)抹平，修整部位應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，確保修補(bǔ)材料牢固粘結(jié)，色澤一致，無(wú)明顯痕跡。

（2）管片表面裂縫的缺陷修補(bǔ)：對(duì)于小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹(shù)脂封堵；大于0.2mm的裂縫，鑿一條寬2cm的槽，深度大于裂縫深度，用水沖洗干凈，采用比原混凝土高一等級(jí)的砂漿填補(bǔ)缺陷處，并抹平，灑水養(yǎng)護(hù)。

（3）定位銷(xiāo)塑料襯套的缺陷（凹陷、凸出或傾斜）修補(bǔ)：鑿出塑料襯套，用水沖洗干凈鑿除部位，重新按正確位置安裝塑料襯套。

3 質(zhì)量保證

（1）各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格遵守國(guó)家或行業(yè)的強(qiáng)制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)置一套管片生產(chǎn)質(zhì)量檢查記錄表，對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有詳細(xì)記錄，不留質(zhì)量死角。

（2）每片管片上都表明生產(chǎn)時(shí)間、管片型號(hào)、管片生產(chǎn)編號(hào)和管片模具號(hào)，備案?jìng)洳椤?/p>

（3）建立質(zhì)量保證體系，開(kāi)展全面質(zhì)量管理活動(dòng)，由廠級(jí)領(lǐng)導(dǎo)帶班，技術(shù)人員跟班作業(yè)；對(duì)生產(chǎn)前、過(guò)程中以及管片使用前三步都要有專人負(fù)責(zé)。

5 結(jié)束語(yǔ)

管片預(yù)制是TBM隧洞施工的配套工程，是TBM系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。高質(zhì)量的管片對(duì)于TBM施工起著極為有力的支撐作用，是TBM施工隧洞的前提與保障。