蔡亞寧，劉振豐

（1.北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司工程總承包部，北京 100088；2.陜西凝遠(yuǎn)新材料科技股份有限公司，陜西 西安 712034）

0 引 言

根據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)第二屆理事會(huì)會(huì)議發(fā)布的《城市軌道交通 2018 年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告》：“截至 2018 年底，中國(guó)內(nèi)地共有 35 個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度 5 761.4 km”。而在城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中，盾構(gòu)法以其安全、高效和對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，越來(lái)越多的越江道路、電力、引水和綜合管廊等工程中也采用盾構(gòu)法施工。

在盾構(gòu)施工中，管環(huán)要承受盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的巨大頂推力、壁后注漿壓力、結(jié)構(gòu)周圍土體或水壓等多重力的作用而不變形或破裂；在隧道成型后，管環(huán)還要承受周圍的水壓力、土壓力和相關(guān)結(jié)構(gòu)受力載荷而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定［1］。

管環(huán)是由管片按照設(shè)計(jì)要求拼裝后形成，是管片進(jìn)入隧道的形式。根據(jù)隧道直徑大小，管環(huán)可分為 5～9 片或更多片的管片。

管片按材質(zhì)分為：鋼筋混凝土管片、鋼纖維混凝土管片、鋼管片、鑄鐵管片和復(fù)合管片等。其中，鑄鐵管片一般作為負(fù)環(huán)管片使用，但由于其制造成本較高，現(xiàn)已很少采用。鋼管片一般在盾構(gòu)機(jī)整體過(guò)站或始發(fā)負(fù)環(huán)時(shí)使用；鋼纖維混凝土管片在國(guó)外已有使用，在北京地鐵十號(hào)線已完成試驗(yàn)研究，并有 80 環(huán)的應(yīng)用實(shí)例［2］。鋼筋混凝土管片是目前在隧道襯砌結(jié)構(gòu)中最常使用的類型。因此，本文的內(nèi)容僅針對(duì)鋼筋混凝土管片（以下簡(jiǎn)稱“管片”）而言。

1 與管片有關(guān)的規(guī)范

管片是盾構(gòu)法施工的隧道的最小受力單元，其質(zhì)量直接關(guān)系隧道整體安全和壽命。這就要求管片不僅自身需要極高的強(qiáng)度和抗?jié)B要求，而且還要求其具有極高的尺寸精度和預(yù)埋件質(zhì)量，以保證拼裝后管環(huán)接縫嚴(yán)密、結(jié)構(gòu)受力及其它功能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，因此，隨著我國(guó)隧道建設(shè)事業(yè)的發(fā)展和盾構(gòu)法的不斷推廣，我國(guó)與管片相關(guān)的規(guī)范以及規(guī)范制訂工作不斷得到完善。

1.1 與管片直接有關(guān)的國(guó)家和行業(yè)規(guī)范

在我國(guó)涉及管片的規(guī)范十分廣泛，分別從盾構(gòu)法施工、地下防水、管片生產(chǎn)工藝、檢測(cè)和模具制造等有關(guān)方面對(duì)管片的要求和質(zhì)量進(jìn)行了規(guī)范。較宏觀地規(guī)定管片質(zhì)量的規(guī)范有 GB 50157－2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］、GB 50108－2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（2013 版）［4］和 GB/T 50299－2018《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》［5］。GB 50446－2008《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》［6］是我國(guó)首部真正對(duì)盾構(gòu)法施工和管片生產(chǎn)以及隧道驗(yàn)收進(jìn)行了全面和系統(tǒng)性要求的規(guī)范，曾獲得 2009 年度華夏二等獎(jiǎng)；其中在第 6 章中從模具、鋼筋骨架、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)、成品質(zhì)量和檢驗(yàn)等對(duì)管片生產(chǎn)各關(guān)鍵工序系統(tǒng)地提出了要求，在第 16 章對(duì)管片的驗(yàn)收做出了規(guī)定，很好地指導(dǎo)和規(guī)范了尚在發(fā)展中的盾構(gòu)法的施工。其后的 GB/T 22082－2017《預(yù)制混凝土襯砌管片》［7］和其他與管片相關(guān)的行業(yè)規(guī)范可以理解為是對(duì) GB 50446－2017《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》中與管片有關(guān)條款的進(jìn)一步明確和細(xì)化。表1給出了目前與管片相關(guān)的國(guó)家和行業(yè)規(guī)范的大致情況。

在表1 的規(guī)范中，有的規(guī)范對(duì)于錯(cuò)縫拼裝管片的寬度允許偏差僅為 0.5 mm，這在實(shí)際中幾乎是不能實(shí)現(xiàn)的；關(guān)于管片生產(chǎn)的內(nèi)容有關(guān)規(guī)范大體一致，但在有關(guān)成品檢驗(yàn)還存在不一致的內(nèi)容，需管片企業(yè)在生產(chǎn)前一定與管片采購(gòu)或使用方協(xié)商好規(guī)范，避免不必要的麻煩。

表1 與管片有關(guān)的國(guó)家和行業(yè)規(guī)范簡(jiǎn)況

續(xù)表1

1.2 與管片直接有關(guān)的地方規(guī)范

在 GB 50446－2008《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》（現(xiàn)已作廢）和 GB/T 22082－2008《預(yù)制混凝土襯砌管片》（現(xiàn)已作廢）實(shí)施之前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一的盾構(gòu)法施工和管片產(chǎn)品規(guī)范以指導(dǎo)和規(guī)范生產(chǎn)企業(yè)，有些城市因此根據(jù)實(shí)際需要制定了自己的地方規(guī)范，也有的城市依據(jù)國(guó)標(biāo)結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r制定了自己的地方規(guī)范，目前能檢索到的與管片相關(guān)的地方規(guī)范如表2 所示。

表2 與管片有關(guān)的地方規(guī)范

1.3 與管片直接有關(guān)的企業(yè)規(guī)范

在我國(guó)進(jìn)行地鐵建設(shè)的城市，多成立一個(gè)專門的地鐵建設(shè)公司，由其負(fù)責(zé)全市范圍內(nèi)的有關(guān)建設(shè)管理工作，所以企業(yè)規(guī)范分為兩類，一類是由地鐵建設(shè)管理公司組織編制，如北京和深圳；還有一類是由管片生產(chǎn)企業(yè)編制，如上海、沈陽(yáng)、西安及其他地方。

2 管片質(zhì)量管理要點(diǎn)

管片生產(chǎn)工藝按其流水特點(diǎn)，一般可分為固定臺(tái)座法、機(jī)組流水法及流水傳送法 3 種方式，固定臺(tái)坐法是操作工人在動(dòng)，機(jī)組流水法和流水傳送法都是模具在動(dòng)，其不同點(diǎn)是傳送法的模具是在流水線上自動(dòng)行走。在新建和改建管片廠時(shí)，建議企業(yè)最好綜合考慮投資規(guī)模、地區(qū)特色、市場(chǎng)特點(diǎn)、產(chǎn)能需求及現(xiàn)有設(shè)施的充分利用等因素，并結(jié)合各種生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，選用最適合自己的生產(chǎn)工藝。

在選定生產(chǎn)工藝后，管片生產(chǎn)就應(yīng)按照上文有關(guān)的或在合同中約定的規(guī)范生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)既能保證管片質(zhì)量又能提高生產(chǎn)效率、成本較低的目的。

2.1 工藝流程

實(shí)際生產(chǎn)中，不論采用哪種生產(chǎn)方式，管片生產(chǎn)工藝流程基本一致，其流程圖如圖1 所示。

圖1 管片工藝流程圖

2.2 工序質(zhì)量控制流程

在管片的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，工序質(zhì)量控制是保證管片最終質(zhì)量的基礎(chǔ)，其主要包括模具的清理與組裝、混凝土原材料選擇和配合比設(shè)計(jì)、鋼筋原材加工和骨架成型、混凝土澆筑成型及養(yǎng)護(hù)、成品檢驗(yàn)與一般缺陷修補(bǔ)等。模具的組裝質(zhì)量直接決定管片的尺寸和成品質(zhì)量，清理是否到位直接決定管片的外觀，需要按照有關(guān)規(guī)范要求加強(qiáng)模具的清理并確保模具組裝后的尺寸符合質(zhì)量要求。因管片用混凝土強(qiáng)度等級(jí)通常不低于 C50，以及使用不同減水劑或外加劑配制的混凝土成型后的浮漿厚度會(huì)有明顯不同，因此需要對(duì)外加劑以及砂石等原材進(jìn)行優(yōu)選?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)需要以設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B等級(jí)為依據(jù)，并要留有適當(dāng)?shù)母挥喽?；一般需要通過(guò)試拌確定新拌混凝土的工作性，過(guò)于黏稠的混凝土不利于澆筑、振搗和成型；保水性不好的混凝土經(jīng)振搗會(huì)在表層產(chǎn)生太厚的浮漿，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致成品管片澆筑面的開(kāi)裂。鋼筋骨架的制作成型也是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，鋼筋加工前應(yīng)保證表面無(wú)銹斑、灰塵、油脂及其他有害物質(zhì)；鋼筋骨架組裝要滿足成品精度控制的要求，特別是骨架入模后要適當(dāng)調(diào)整墊塊的數(shù)量和位置以確保鋼筋保護(hù)層滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范要求，并應(yīng)避免接觸脫模劑；各種預(yù)留預(yù)埋要精確定位和固定。在混凝土澆筑成型工序中，在嚴(yán)格實(shí)施振搗程序的同時(shí)，需要觀察振搗效果，一旦發(fā)現(xiàn)振搗設(shè)備的振搗力不足時(shí)可通過(guò)采取比如延長(zhǎng)振搗時(shí)間、減小混凝土澆筑厚度或插入式振搗等措施，要確保混凝土既不漏振、也不過(guò)振。無(wú)論何種原因?qū)е禄炷廖茨苓B續(xù)澆筑且澆筑上層混凝土?xí)r下層混凝土已經(jīng)初凝的情況，所澆搗的管片均應(yīng)報(bào)廢，并需及時(shí)清理模具，以避免后期因清理混凝土給模具表面造成缺陷。混凝土養(yǎng)護(hù)需要嚴(yán)格按照養(yǎng)護(hù)制度及規(guī)范進(jìn)行，過(guò)高的恒溫溫度、升降溫速率以及管片表面與環(huán)境的溫差都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性的裂縫。在完成養(yǎng)護(hù)及管片出模后，需要對(duì)每塊管片進(jìn)行觀感和尺寸質(zhì)量檢驗(yàn)。當(dāng)管片出現(xiàn)的缺陷屬于規(guī)范規(guī)定的一般時(shí)，需要及時(shí)修飾并進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)，屬于嚴(yán)重缺陷的管片應(yīng)進(jìn)行標(biāo)識(shí)并報(bào)廢。具體的管片生產(chǎn)工序質(zhì)量控制流程圖如圖2 所示 。

圖2 管片工序質(zhì)量控制流程圖

2.3 管片生產(chǎn)關(guān)鍵工序的質(zhì)量操作要點(diǎn)

關(guān)鍵工序是指關(guān)鍵部件的加工制造工序和關(guān)鍵部位的裝配調(diào)整工序。關(guān)鍵工序確定的原則為：①產(chǎn)品質(zhì)量特性為 A 級(jí)的項(xiàng)目或關(guān)鍵部位；②對(duì)工藝上有特殊要求或?qū)ο碌拦ば蛴休^大影響的工序、或工藝難度大、質(zhì)量較易波動(dòng)或問(wèn)題發(fā)生較多的工序。對(duì)于管片生產(chǎn)，作者總結(jié)的其關(guān)鍵工序和質(zhì)量操作要求如表3 所示［12-13］。

3 盾構(gòu)管片生產(chǎn)常見(jiàn)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)

在管片生產(chǎn)中，要按照上文所述某一部或某幾部規(guī)范生產(chǎn)并把控其生產(chǎn)關(guān)鍵工序的質(zhì)量操作。但在筆者與管片企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)駐廠監(jiān)理的溝通中，發(fā)現(xiàn)大家在有關(guān)管片生產(chǎn)中容易形成以下幾個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，現(xiàn)將其列舉出來(lái)，以糾正不正確的認(rèn)識(shí)和觀念，提升管片的內(nèi)在和表觀質(zhì)量。

表3 關(guān)鍵工序的質(zhì)量操作要點(diǎn)表

圖3 模具清理

圖4 涂刷隔離劑

圖5 鋼筋骨架檢查

圖6 鋼筋保護(hù)層檢查

圖7 鋼架骨架入模

圖8 混凝土澆筑

圖9 管片出模（吊架）

圖10 管片出模（吸盤）

3.1 生產(chǎn)管片的混凝土水泥用量越多越好

水泥用量是混凝土強(qiáng)度發(fā)展的保證，單方水泥用量越多，同等條件下混凝土強(qiáng)度發(fā)展越快，這對(duì)提高預(yù)制管片生產(chǎn)效率、縮短模具周轉(zhuǎn)時(shí)間有利。但是，由于水泥用量增多帶來(lái)的水泥水化熱增長(zhǎng)加快將會(huì)增加混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫的幾率，對(duì)管片結(jié)構(gòu)耐久性不利。

3.2 生產(chǎn)混凝土?xí)r的坍落度越大越好

縱然是保證混凝土和易性前提下混凝土坍落度增大對(duì)管片來(lái)說(shuō)也不是好事，較大坍落度雖然能夠提高混凝土澆筑速度，但黏聚性會(huì)隨著坍落度增大而降低。由于管片模具振搗力一般較強(qiáng)，遇大坍落度混凝土振搗后容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，不利于均勻密實(shí)成型。另外，大坍落度意味著混凝土中絕對(duì)含水量增加，會(huì)相應(yīng)增加混凝土干縮。當(dāng)有可靠的技術(shù)做保證時(shí)，并不排除使用自密實(shí)等高性能的大坍落度混凝土的使用。

3.3 澆筑混凝土?xí)r振搗時(shí)間越長(zhǎng)越好

振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易產(chǎn)生過(guò)振現(xiàn)象，雖然管片混凝土一般為低坍落度混凝土，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的振搗即過(guò)振也會(huì)導(dǎo)致混凝土分層，故管片混凝土澆筑時(shí)應(yīng)合理控制混凝土振搗時(shí)間。

3.4 管片試件的強(qiáng)度增長(zhǎng)越快越好

為了提高生產(chǎn)進(jìn)度，管片預(yù)制廠家可能會(huì)想盡辦法提高混凝土早期強(qiáng)度。如果采用過(guò)分依賴使用早強(qiáng)劑或提高蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度的錯(cuò)誤做法來(lái)提高早期強(qiáng)度，則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)管片 14 d 強(qiáng)度＞28 d 強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度倒縮的不利現(xiàn)象。

3.5 管片試件的強(qiáng)度越高越好

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求即可，超出強(qiáng)度規(guī)范太多的混凝土至少會(huì)帶來(lái)兩點(diǎn)危害，高強(qiáng)度混凝土其膠凝材料特別是水泥用量相應(yīng)也較多，一方面會(huì)造成材料浪費(fèi)，另一方面如果對(duì)水化反應(yīng)控制不力，會(huì)不利于混凝土的結(jié)構(gòu)耐久。特別是當(dāng)混凝土試件強(qiáng)度的離散性較大時(shí)，意味著混凝土質(zhì)量的控制有待改進(jìn)。

3.6 管片出模后立即水養(yǎng)好

采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的管片，出模后其管片內(nèi)部混凝土溫度一般高達(dá)在 70 ℃ 以上。而采取水中養(yǎng)護(hù)方式因水溫大多在 20～30 ℃，如果出模后立即放入水中，相當(dāng)于對(duì)管片內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次淬冷，顯然不利于混凝土內(nèi)在結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3.7 水養(yǎng)時(shí)加的石灰乳越多越好

管片后期水中養(yǎng)護(hù)時(shí)適量添加石灰乳使水成弱堿性，有利于促進(jìn)水泥水化，使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密。但如果水中石灰乳過(guò)量會(huì)使管片成品表面附著一層氫氧化鈣，當(dāng)遇到北方常見(jiàn)的酸性雨水時(shí)，就會(huì)在管片表面生成一層疏松的鈣鹽類物質(zhì)，從而影響管片表觀質(zhì)量。

4 結(jié) 語(yǔ)

有關(guān)管片的規(guī)范目前已經(jīng)形成了國(guó)家、行業(yè)、地方和企業(yè)的系統(tǒng)體系，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)基于文中的規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn)，通過(guò)對(duì)原材料的優(yōu)選、模具精度的保持、鋼筋籠骨架的加工和安裝以及混凝土施工等各個(gè)關(guān)鍵工序的質(zhì)量把控，并在生產(chǎn)實(shí)踐中避免文中所提到的常見(jiàn)錯(cuò)誤觀念，以確保管片成品的質(zhì)量，切實(shí)為盾構(gòu)工程提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。