地铁隧道混凝土管片的生产与裂缝控制研究

李旭

摘 要：地铁隧道的建设步伐不断加快，但在混凝土管片中出现裂缝容易导致安全性问题，给后续的修补工作也会带来很大的麻烦。该文结合笔者的研究工作经验，首先对地铁隧道混凝土管片裂缝的成因进行分析，然后详细论述混凝土管片的生产与裂缝控制措施。

关键词：地铁隧道 混凝土管片 裂缝 控制

中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0031-01

地铁隧道施工中，管片的生产和拼装是非常关键的工艺，如果出现孔洞或裂缝，会直接影响到隧道结构的安全性和耐久性。而在管片的生产中，表面易出现收缩裂缝和气泡孔洞，影响管片的抗渗强度和抗压强度，给维护工作带来了很大的挑战。管片的质量受多方面的因素影响，如材料、混凝土配合比设计、管片制作过程等，乃至后期的维护。

1 地铁隧道混凝土管片裂缝的成因分析

1.1 模具设备原因

管片钢模的精度要求非常高、密封性要求高，在管片制作时，混凝土入模后，会有大量的热产生，水蒸气外散，混凝土中的水分在捣振施工时向表面泌出，集中在管片侧面和侧板的结合处，产生了气泡，脱模后形成气泡孔洞。

1.2 混凝土材料原因

混凝土管片生产的基本材料为混凝土，当其中的水分含量过高或过低时都会产生消极影响，如果水分含量过低，混凝土会快速凝固造成捣振施工无法操作；如果水分含量过高，混凝土在模具中凝固时有大量的气泡集中在侧板上，脱模后产生很多气泡。但在混凝土管片的预制件中，对坍落度的要求非常严格，混凝土管片在凝固时，失水太快很容易造成干缩裂缝。混凝土管片受材料影响也会出现裂缝，材料特性造成裂缝的原因是多方面的，可以从几个方面进行论述。材料收缩，主要是水与水泥之间的化学反应导致的收缩；塑形收缩，当混凝土出现离析、水灰比过大、配合比不当时，容易导致在成型后出现塑形收缩，收缩量达到了其体积的1%左右；失水干缩，管片内部的物理化学结合水蒸发后，失水出现干缩；碳化收缩，主要是形成碳酸钙，导致混凝土碳化收缩与干缩的作用下产生表面开裂；沉降收缩，在粗骨料、石子下沉的过程中会引起收缩，因而浇筑的高度不宜过高；碱骨料反应收缩，当骨料中的碱含量超过指标，会产生破坏导致裂缝。

1.3 制作工艺原因

作为一种高精度钢模制作的混凝土预制件，其制作工艺包括钢模的设计制造，钢模的清理、就位、尺寸精度检查等制作过程，管片的养护（初期养护和脱模后的养护等）等操作，不同的时期管片裂缝出现的原因也不同。目前在国外的管片生产时大多采用振动台捣振的方式实现，国内则采用人工捣振。人工捣振的不确定性因素比较多，如操作时碰到钢筋笼或钢模具时，均匀性无法控制，气泡集中在混凝土内部结构造成较大的孔洞，同时自身重力的影响，混凝土凝固的速度不均匀，形成一定数量的小裂缝。采用振动台振捣速度和频率容易控制，均匀性较好，减少了气泡的含量。

1.4 环境因素

环境因素主要为湿度和温度影响，尤其是在夏季施工，当遇到强降温，会导致混凝土管片内外的凝固非常不均匀，产生温度应力，在温度应力的作用下出现裂缝。同样，在空气中湿度比较小时，混凝土表面失水过快导致裂缝收缩加速。

1.5 载荷作用下产生的裂缝

载荷作用包括变形载荷和外载荷两种形式，当混凝土管片在直接载荷的作用下，其应力超过强度时，混凝土结构出现开裂；另一方面，变形载荷与直接载荷不同，受各种外部条件和环境因素的影响，包括湿度变化、太阳辐射、冰冻、酸碱度、基础变形等都会使结构承受的应力超过规范值。据相关的研究分析得出，混凝土管片裂缝由直接载荷引起的比例在20%左右，而受变形载荷引起的裂缝占大多数，在80%左右。

2 混凝土管片的生产与裂缝控制措施

2.1 严格控制混凝土原材料的质量

混凝土管片生产的原材料主要有水泥、水、砂子、石子和一定的外加剂，在生产管片时宜采用425#硅酸盐水泥，此类水泥的各项指标稳定，质量优良，水化热低，可以防止因水化热过高导致温升开裂。为保证混凝土的和易性，细骨料中采用粗砂，骨料的粒径范围为5～25mm，方便混凝土的泵送和搅拌。外加剂选用高效的缓凝剂和减水剂，确保良好的粘聚性和和易性。掺合料采用需水量低、细度较细、活性高的粉煤灰。

2.2 重视混凝土的配置过程

混凝土的配置直接决定了管片成型的质量，也是控制裂缝的重要手段，可以从几个方面着手。（1）控制水泥的用量，满足抗渗性和强度的前提下，减少水泥的用量，降低水化热；（2）采用粉煤灰等活性掺合料，粉煤灰可以减少温度裂缝出现的几率，在混凝土中掺加水泥用量20%以下的粉煤灰，延长凝结时间，改善其强度耐久性和抗渗性；（3）严格控制水灰比，工程实践证明，水的用量每增加10%，管片的强度就会降低20%左右，粘着力降低10%左右，干缩增加25%左右。控制水灰比，适当的减少水的用量，可以有效的提升抗渗性，并且避免混凝土泌水干缩现象；（4）坍落度的控制，坍落度大，骨料沉降速度快，沉降趋于稳定后，阻碍数你砂浆继续沉降，形成外部泌水，这些多余的游离水逐渐蒸发，在混凝土中形成毛孔细道，导致缝隙出现，要控制坍落度在120mm左右，保持其均匀性，可以确保混凝土均匀的凝固，减少裂缝产生的几率。

2.3 改进施工的养护工艺

对施工人员加强操作培训，提高工人的操作熟练度，避免捣振不均匀产生的质量问题，施工改进需要分析各项工艺，如采用捣振台进行捣振，保证施工的均匀性。养护工艺包括在脱模之前采用蒸汽养护，确保混凝土快速硬化，确保管片的强度符合设计要求，防止管片出现收缩裂纹，当管片的强度达到设计要求后吊入水中养护一周。

2.4 减小环境因素的影响

减小环境因素的影响主要是针对温度和湿度两个方面，在混凝土中加入冰块，保持较低的温度，以免失水过快；尽量在气温较低的环境中施工，如上午10点之前或下午3点之后，保证管片较好的凝固。

2.5 裂缝的及时处理

即使采取了一系列的控制措施，也并不能确保裂缝不出现，当出现气泡孔洞或裂缝时，可以用修补材料，对裂缝进行修补，这些材料具有凝固快、强度高等特点，修补之后能满足管片的强度要求。

3 结语

地铁隧道是城市交通建设的重要组成部分，对于促进城市交通的发展具有重要的作用，对经济的发展也有积极的意义。该文结合笔者的研究工作经验，分析地铁隧道混凝土管片裂缝出现的原因，并提出相关的控制措施，为提升管片的质量，减少裂缝出现的几率提供参考性的建议，文中的相关观点有待进一步的深入探讨。

参考文献

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