盾构管片生产中气泡研究

1 盾构法施工和管片的组成
1.1 盾构法施工

地下工程是一个复杂的地下施工系统工程，它有多种施工力．法，而盾构掘进法是从国外引进的目前最先进的施工方法。目前在中国的上海、广州、深圳等大城市的地铁施工中已有越来越多的标段开始使用盾构法施工。管片是盾构法隧道中最主要的衬砌工艺，它的质量直接影响到整个隧道的质量。管片生产中的一大难题就是脱模后管片表面存在较多的气泡和收缩裂缝，不但影响管片的抗压和抗渗强度，而且也造成大量的修补工作。因此在管片的脱模期就应该尽量防治气泡和裂缝的产生。

1．2 管片的组成

盾构法施工的隧道断面是圆形的，一般来说，净断面直径足5．6m，整个衬砌环由6块管片组成3个标准块，2个邻接块和1个封顶块。每环管片的宽度一般是1．2m(也有1.5m的）。管片的制作工艺和气泡、裂缝形成的原因

2．1 管片的制作工艺

管片是一种混凝土预制件，它的制作过程主要是：钢筋笼的制作；钢筋笼装入钢模具；浇注混凝土(振捣)；管片的初期养护；脱模；喷水养护。

2．2 气泡和裂缝形成的原因

2．2．1 气泡形成的原因

(1)钢模自身结构的影响。制作管片的钢模具精度要求是非常高的，误差只有0．4mm，密封性很高。混凝土在里面凝固时要产生热量，而原来混凝土里面的水分受振捣棒的挤压作用也要排出来，这些水分就集中在模具的侧板和管片侧面的结合处，结果气泡就占据了本来应该是混凝土所占据的位置，脱模后就形成了气泡孔。

(2)混凝土坍落度的影响。混凝土的坍落度反映出混凝土的配合比。如果坍落度大的话，则混凝土中水的含量就多，反之就少。水的含量大了小了都不行，如果水多的话，混凝土在模具中凝固时就会有较多的气泡集中在模具的侧板上，脱模后就会在管片的侧面上形成较多的气泡；而如果坍落度较小的话，在振捣过程中，则混凝土将凝固得很快而无法振捣。所以在混凝土预制件中，对混凝土的坍落度都有很严格的要求。

(3)人工操作的影响。目前在国外管片的生产过程中，一般都采用振动台振捣，国内也有部分单位使用，振动台容易控制振动的速度和频率，使混凝土变得均匀，也就减少了气泡的含量。在采用人工振捣生产过程中，由于人工操作的不稳定因素和工人操作的技术熟练程度的不同，对质量有一定的影响。工人操作时容易使振动棒碰到钢模具和钢筋笼，也不容易控制振捣的均匀性，也就容易使气泡集中于局部位而形成较大的空洞。

2．2．2 裂缝形成的原因

(1)混凝土分布的影响。由于混凝土凝固、坍落度、自身重力和振捣等多种因素的影响，混凝土在模具内总不可能分布的那么均匀，而在不均匀的地方凝固速度就不可能相同，就会形成一定数量的小裂缝。

(1)大气温度的影响。由于白天和晚上的温差较大(尤其在夏天)，而温度对混凝土的凝固有很大影响。较大的温差也会使混凝土的凝固很不均匀，也就很容易形成裂缝。

(3)混凝土自身特性的影响。混凝土自身在凝固的时候，在内部也要产生一系列的物理化学变化，在这个过程中要释放出—定的热量，如果热量快速地从管片的表面散发出来就容易产生裂缝。

3 消除气泡、裂缝所采用的措施

针对以上对气泡、裂缝产生原因的分析，就可以采取一系列的措施来尽量地减少气泡和裂缝的产生。

3．1 气泡的防治

由于钢模自身的结构是无法改变的，所以只有从坍落度和人工操作两方面考虑。

3．1．1 严格控制坍落度

混凝土的成分主要有水、水泥、砂子、石子和一定量的外加剂。由于坍落度对混凝土凝固后的强度和气泡的产生都有影响，所以在配制混凝土时要严洛控制坍落度。尤其在夏天时，混凝土从搅拌站运输到管片生产场地要花费一定的时间，而在此过程中，混凝土要一定程度的凝固，造成坍落度的损失。因此要在混凝土配合时加入一定数量的缓凝剂，目前比较好的缓凝剂是Sikament NN/R (是—种缓凝高效减水剂)。它具有下列优点：

(1)在不增加用水量的情况下能够极大地改善混凝土的工作性；
(2)在夏天可增加缓凝、改善工作性；
(3)可在终凝后加速固化；
(4)极大地增加早期和后期强度；
(5)可在温度较高时用作商品混凝土泵送剂；
(6)降低收缩，减少徐变性能；
(7)不含氯离子。

由于Sikament NN／R具有以上性能，所以它能有效地防止混凝土坍落度的损失和改善混凝土的凝固，不但能在一定程度上减少气泡，也能减少裂缝的产生。

3．1．2 加强人工操作

混凝土在钢模内的振捣有振动台振捣和人工振捣两种。振动台振捣的效果要好—些，可以使混凝土更均匀。但振动台的成本高，还是有一些预制厂采用人工振捣的方法。人工振捣时振动棒容易碰到钢模具和钢筋笼，而且靠近管片外弧的地方不容易振到，所以工人的操作熟练程度是一个很重要的因素。这就只能靠加强工人的操作培训，提高他们的技术熟练程度来改善振动效果。

3．2 裂缝的防治

3．2．1 严格控制坍落度

如上所述，坍落度是混凝土的一个很重要的技术指标，因此应严格控制坍落度。而适当地添加一些添加剂是控制坍落度的有效方法(见3．1．1节)。在整个振捣过程中保持均匀的坍落度是很重要的，可以使各个部位的混凝土分布均匀，则混凝土就可以均匀地凝固，相应地就减少了裂缝的产生。

3．2．2 尽量地减少大气温度的影响

由于在夏天施工时大气的温度很高，混凝土坍落度的损失就大，为了消除气温所带来的不良影响，可以采取如下措施：

(1)在混凝土中加冰，可以在一定的时间内使混凝土保持较低的温度，不致使坍落度损失较多；

(2)在一天中气温较低的时间内浇注，如上午10：30以前或下午3：00以后，在这个时间段内气温不是很高。可以使混凝土较好地凝固；

(3)加强管片的初期养护，管片浇注完毕后到脱模之前的养护属于初期养护。在这个阶段内混凝土凝固时要放出大量的热，因此必须要洒水养护，以确保混凝土均匀地凝固，也就不致出现较多的裂缝。

3．2．3 蒸汽养护