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盾构隧道混凝土管片表面裂纹成因及防治黄威然(广州市地下铁道设计研究院,广州510010)竺维彬(广州市地下铁道总公司,广州510030)摘要文章根据广州、南京地铁管片生产的经验,从介绍混凝土配合比、生产工艺和管片构造等方面入手,着重分析了裂纹产生的原因,并提出了相应的解决方法。关键词盾构隧道混凝土管片裂纹成因防治中图分类号:U457+.2文献标识码:A进入21世纪,我国城市的地铁交通迎来又一个建设高潮,盾构法施工技术由于其独特的优点得到广泛应用。预制混凝土管片(以下简称管片)不仅是盾构隧道的主要结构形式,也是隧道的防水、防火和耐久等综合性能的保证,所以对管片的质量提出了极高的要求。管片外表面裂纹问题不仅影响了管片的外观质量,也对管片的性能造成了潜在的危害。因此,管片表面裂纹的防治成为了管片生产质量控制的重点之一。1南京地铁盾构隧道管片表面裂纹问题图1广州地铁管片分块示意Fig.1SegmentblocksofGuangzhoumetro南京地处长江中下游,兼有南方的酷热和北方寒冷的气候特点。其管片生产分别吸收了广州和上海的生产经验,既有进口的附着式整体震动钢模,也有国产的人工震捣钢模,因此很有代表性。南京地铁盾构隧道共分三个施工标,谓盾一标、盾二标和盾三标,各标按总体设计采用了外径6200mm、内径5500mm、厚度350mm的管片。每环管片由B1、B2、B3、L1、L2、F共六块组成,其分块数与广州地铁相同(图1)。使用C50高性能混凝土,防水等级S10。管片生产采用了蒸汽养护、水池静养等工艺,但在试生产过程中发现管片表面较易产生裂纹、破碎等问题:(1)蒸汽养护结束后,打开养护罩即发现管片外弧面有沿宽度方向贯穿裂纹。(2)拆模后,管片止水条、凹凸榫槽等位置混凝土“啃边”(边角混凝土碎裂)。(3)冬季,开模时完好的管片在厂房里堆放30～60min后,表面出现裂纹。(4)肉眼检验无裂纹的管片,在整块管片抗渗试验时发现在手孔、吊装孔等处有水纹,证明这些特殊部位的混凝土中有微细裂缝。(5)管片露天堆放40～50d以后,发现外弧面有细长裂纹沿宽度方向扩展。裂纹的成因和防治方法问题总是由内因和外因共同作用引起的。对混凝土制品而言,内因主要是混凝土配合比、钢模设计及配筋和构造设计,外因则是施工工艺。2.1混凝土配合比与裂纹的关系及防治混凝土配合比主要由结构的设计强度、混凝土的耐久性(抗渗和抗腐蚀等)和预制构件所要求的2收稿日期:2002-08-29作者简介:黄威然,男,助理工程师.·47·现代隧道技术混凝土拌和物和易性等因素所决定。通过比较广州、南京地铁各标段的同标号混凝土配合比实例(见表1),可见各标段的水泥用量和砂石总量相近,但也不难看出一些差别:表1混凝土配合比对照表Table1Comparisonofconcretemixingratios(1)水灰比和塌落度的不同。水灰比普遍较小,尤其是南京三个标,但大体都在0.25～0.4范围内波动,在不同标段有细微差别。(2)粉煤灰取舍的差别。其原因分析如下所述。2.1.1区域性气候因素如前所述,混凝土配合比主要是满足强度、抗渗等级等使用性能要求,但实际选择时还需考虑区域性气候因素的影响。如广州与南京混凝土配合比的差异很大程度上受到气候因素的影响。气温高,混凝土的泌水量大,较低的用水量无法让混凝土充分水化。广州常年气温在20℃以上,低于10℃时间较少,年温差较小,可以采用较大的水灰比。南京年温差和日温差都较大,既号称“四大火炉”之一,又有冬季0℃以下天气。这就要求根据季节变化采用不同的配合比,如表中“南京盾一标”(以下简称一标、二标和三标,皆指南京各标)塌落度为30±10mm的配合比即为冬季试生产配比,而表中南京其他标为夏季配合比。生搬硬套配合比是不行的,如前述“一标”在2001年四、五月份引进上海单位的塌落度为30±10mm的配合比,生产时甚至无法正常浇筑混凝土“;三标”在3月份引进广州单位的塌落度为70±10mm的配合比,脱模后管片裂纹较多。管片配合比应实施动态控制,尤其要注意春秋之交、冷暖空气交替影响,如不能根据气候变化适时改变配合比,很可能造成裂纹产生。2.1.2粉煤灰取舍研究显示〔1〕,粉煤灰混凝土的塑性收缩和硬化早期收缩都比普通混凝土略小,而且在粉煤灰混凝土硬化过程中,粉煤灰能有效减少混凝土内部温升和硬化初期的收缩,从而有利于混凝土内部结构的·48·密实。粉煤灰的活性效应和微骨料效应使化学性质不稳定的Ca(OH)2形成水硬性的胶凝物质,既能“细化”孔隙和堵塞毛细孔通道又能提高混凝土抗拉应力。由此可见,粉煤灰混凝土有利于管片力学性能的提高。但有利就有弊,粉煤灰混凝土的早期强度偏低,而管片生产因模具少,管片量大,一般要求模具至少一天一翻。早期强度偏低的管片显然无法满足起吊的强度要求。