地鐵免蒸養(yǎng)盾構(gòu)隧道管片砼的設(shè)計(jì)與制備

1、地鐵免蒸養(yǎng)盾構(gòu)隧道管片砼 的設(shè)計(jì)與制備中國電力建設(shè)股份有限公司軌道交通質(zhì)量培訓(xùn)班2022/8/252管片是盾構(gòu)隧道的關(guān)鍵構(gòu)件材料。我國大多數(shù)管片生產(chǎn)企業(yè)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)來提高砼早期脫模強(qiáng)度,蒸汽養(yǎng)護(hù)會(huì)給管片砼的體積穩(wěn)定性和耐久性能帶來不良影響,而且蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)耗能巨大。今后20年內(nèi)地鐵隧道工程對(duì)管片的需求將持續(xù)增長,從我國節(jié)能環(huán)保的長期戰(zhàn)略角度,以及管片砼耐久性改善等問題來看,有必要開發(fā)免蒸汽養(yǎng)護(hù)管片高性能砼來替代原有的蒸汽養(yǎng)護(hù)管片砼。2022/8/2531 課題研究背景1.1 前言隨著我國機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增長,地面交通已難以滿足人們的出行要求,城市交通必然向地鐵建設(shè)發(fā)展。我國地鐵工程建設(shè)起步晚,未來幾

2、十年將是地鐵發(fā)展的高峰期。地鐵施工重點(diǎn)是盾構(gòu)隧道的施工,管片作為盾構(gòu)隧道的主體結(jié)構(gòu)之一,它具有承載土體壓力,地下水壓力和其他載荷的作用。盾構(gòu)管片的質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)地鐵工程的整體質(zhì)量和安全,影響隧道的防水及耐久性能。管片作為大型預(yù)制構(gòu)件,同樣存在加快模具周轉(zhuǎn),提高生產(chǎn)效率的問題。目前國內(nèi)大部分砼管片都采用蒸汽養(yǎng)護(hù),利用蒸汽加速砼的硬化過程,提高砼早期強(qiáng)度,使管片砼迅速達(dá)到起吊脫模強(qiáng)度,加快模具周 轉(zhuǎn),提高管片生產(chǎn)效2022/8/254率。但是蒸汽養(yǎng)護(hù)在提高了砼早期硬化速度的前提下,會(huì)對(duì)砼產(chǎn)生一定的負(fù)面影響降,而且蒸汽養(yǎng)護(hù)的能耗較大。采用蒸養(yǎng)工藝可以促使水泥石結(jié)構(gòu)的快速形成,但由于濕熱膨脹易導(dǎo)致

3、砼內(nèi)部產(chǎn)生破壞,所以生產(chǎn)過程中應(yīng)兼顧強(qiáng)度與耐久性之間的矛盾。目前,砼加速硬化工藝除了蒸養(yǎng)法還有化學(xué)促凝法。高效減水劑是配制高性能砼必不可少的組分,采用早強(qiáng)型高效減水劑制備高性能免蒸養(yǎng)管片替代傳統(tǒng)蒸養(yǎng)工藝可從根本上解決強(qiáng)度與耐久性之間的矛盾。2022/8/2551.2 預(yù)制砼預(yù)制砼可通過提高機(jī)械化自動(dòng)化生產(chǎn)水平,大幅度提高生產(chǎn)效率,節(jié)省人力,減少施工工地人海戰(zhàn)術(shù)的建筑模式,減少管理環(huán)節(jié),降低人員技術(shù)水平對(duì)工程質(zhì)量的影響,降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展,因此發(fā)展預(yù)制砼技術(shù)是促進(jìn)建筑行業(yè)進(jìn)步的有效途徑。預(yù)制砼生產(chǎn)過程中提高模具的利用率是提升生產(chǎn)效率的關(guān)鍵,而模具的周轉(zhuǎn)受到砼早強(qiáng)發(fā)展的影響。預(yù)制砼

4、生產(chǎn)單位為了提高工作效率,加快模具的周轉(zhuǎn)速度，通常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)來提高砼的早強(qiáng),以提早砼的脫模時(shí)間。一般要求砼能在12 h內(nèi)到達(dá)脫模強(qiáng)度。但是使用蒸汽養(yǎng)護(hù)需要使用燃煤或者燃?xì)?為了達(dá)到60以上的蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度,能源消耗一般占到每立方米砼成本的50-100元左右。2022/8/256而且由于保溫問題,蒸汽損耗也大大浪費(fèi)了能源。所以采用一種適應(yīng)常溫或者低溫養(yǎng)護(hù)的超早強(qiáng)砼,來制作鋼筋砼和預(yù)應(yīng)力鋼筋砼十分必要。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)來提高模具的周轉(zhuǎn)速度的同時(shí),還會(huì)對(duì)預(yù)制砼制品帶來一些負(fù)面影響。研究表明，在蒸養(yǎng)條件下會(huì)降低砼對(duì)氯離子滲透的抵抗力,蒸養(yǎng)會(huì)使砼內(nèi)部孔洞增大；降低水灰比并不能有效地改善蒸養(yǎng)砼的耐久性能,而采

5、用礦物摻合料可有效解決這一問題。采用不正確的蒸養(yǎng)制度也會(huì)對(duì)砼的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響,砼澆筑成型后延長砼的靜養(yǎng)時(shí)間有利于砼早期強(qiáng)度的提高,靜養(yǎng)時(shí)間過短會(huì)引起蒸養(yǎng)砼的表面產(chǎn)生水平裂縫。2022/8/257研究認(rèn)為確定靜置時(shí)間的前提條件是蒸養(yǎng)的工序不能使砼構(gòu)件產(chǎn)生體積膨脹,并認(rèn)為應(yīng)將砼構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.65-0.75 MPa時(shí)所需要的時(shí)間作為蒸養(yǎng)前的靜置時(shí)間。還有研究表明，當(dāng)靜養(yǎng)時(shí)間為4-7 h時(shí),可忽略由于蒸養(yǎng)引起的體積膨脹,并且后期強(qiáng)度發(fā)展沒有損失。根據(jù)此觀點(diǎn),短的靜置時(shí)間引起砼試件質(zhì)量下降是因?yàn)轫艃?nèi)部孔壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力引起構(gòu)件開裂和孔隙率增大。因此認(rèn)為砼構(gòu)件在進(jìn)行蒸養(yǎng)工序前應(yīng)達(dá)到臨界抗拉強(qiáng)

6、度,在砼強(qiáng)度發(fā)展的后期進(jìn)行蒸養(yǎng)對(duì)砼的性能是不利的。2022/8/258有學(xué)者研究了后繼鈣礬石形成（Delayed Ettringite Formation，簡稱DEF）對(duì)高溫（大于75）蒸養(yǎng)砼預(yù)制件后期強(qiáng)度衰退的不利影響。通過常溫霧養(yǎng)后,在強(qiáng)度發(fā)展后期用蒸汽養(yǎng)護(hù),砼中有后繼鈣礬石的膨脹發(fā)生。這是由于亞穩(wěn)態(tài)的單硫型水化硫酸鹽向鈣磯石轉(zhuǎn)化的結(jié)果。在這種條件下,砼可能表現(xiàn)出不正常的膨脹和產(chǎn)生相連的微裂縫,長期作用下去,可能導(dǎo)致構(gòu)件破壞。2022/8/2591.3 超早強(qiáng)聚羧酸減水劑聚羧酸減水劑作為第三代減水劑在我國的工程中使用越來越廣泛。摻入聚羧酸減水劑后,可使砼擁有良好的工作性能以及力學(xué)性能,其在

7、高速鐵路等結(jié)構(gòu)耐久性要求高的工程中優(yōu)勢尤為突出。其優(yōu)良的性能來源于其特殊的梳形分子結(jié)構(gòu),主鏈吸附于水泥顆粒表面,形成牢固的吸附層,由聚氧乙烯側(cè)鏈呈絨毛狀伸展在水溶液中,形成強(qiáng)烈的空間位阻作用,使水泥顆粒得到顯著的分散作用。相對(duì)磺酸鹽類的減水劑蔡系、氨基磺酸鹽和三聚氰胺等來說,其分散作用效果好,保持時(shí)間長,可使砼具有良好的工作性能。2022/8/2510聚羧酸系減水劑具有優(yōu)良分散性能的同時(shí),還具有延緩水泥水化的作用。在低溫環(huán)境下,令砼早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢,故限制了聚羧酸系減水劑在冬季施工和寒冷環(huán)境下的使用。在預(yù)制構(gòu)件中應(yīng)用時(shí),緩凝作用令生產(chǎn)周期加長,延長蒸養(yǎng)時(shí)間。聚羧酸系減水劑梳形分子結(jié)構(gòu)上的不同對(duì)

8、水泥分散作用的機(jī)理也有所差別。對(duì)水泥水化的作用產(chǎn)生的差異,可以通過調(diào)整分子結(jié)構(gòu)形式和官能團(tuán)的密度和種類來改變聚羧酸系減水劑對(duì)水泥的水化影響,降低對(duì)水泥水化緩凝的作用。2022/8/2511有研究者采用聚羧酸鹽減水劑為主體,充分利用其減水率高和收縮小的特點(diǎn)。復(fù)合以各種優(yōu)質(zhì)早強(qiáng)組分以及其他輔助材料,成功研制了特別適用于冬季施工的液體低溫超早強(qiáng)減水劑。但使用其配制的砼1 d強(qiáng)度僅為15.5 MPa,仍然難于滿足在非蒸養(yǎng)條件下,砼12 h到達(dá)脫模強(qiáng)度。還有人增加側(cè)鏈長度可以減少超塑化劑對(duì)砼凝結(jié)時(shí)間的影響,并合成出一種早強(qiáng)型砼超塑化劑，其摻量為0.2%?？梢允箻?biāo)養(yǎng)條件下砼抗壓強(qiáng)度提高65%,蒸汽養(yǎng)護(hù)條件

9、下砼12 h抗壓強(qiáng)度提高25%。2022/8/2512在超早強(qiáng)型聚羧酸中需要復(fù)配早強(qiáng)劑,而早強(qiáng)劑種類很多,各種性能不一,應(yīng)根據(jù)不同的砼性能要求選用合適的砼早強(qiáng)劑,若選用不當(dāng),不但不能到達(dá)預(yù)期效果,而且甚至有可能引起工程事故。我國砼早強(qiáng)劑的品種大致有3大類：氯鹽類、硫酸鹽類、有機(jī)胺類。氯鹽類砼早強(qiáng)劑會(huì)對(duì)砼鋼筋產(chǎn)生銹蝕,因此在國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此類砼早強(qiáng)劑有嚴(yán)格的限制。硫酸鹽類早強(qiáng)劑在國內(nèi)使用比較普遍。2022/8/25131.4 我國砼管片生產(chǎn)現(xiàn)狀我國從1965年開始修建地下鐵道,目前我國的地鐵建設(shè)已步入快速發(fā)展階段。為加快模具周轉(zhuǎn),絕大部分企業(yè)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。管片養(yǎng)護(hù)方式基本采用蒸汽養(yǎng)護(hù)加浸水養(yǎng)護(hù)、噴

10、淋養(yǎng)護(hù)或噴涂養(yǎng)護(hù)劑的方式。在南方地區(qū),以蒸汽養(yǎng)護(hù)加水養(yǎng)護(hù)居多。北方地區(qū)由于冬季施工時(shí),無法進(jìn)行水養(yǎng)護(hù),大部分企業(yè)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)加噴涂養(yǎng)護(hù)劑。從調(diào)研到的企業(yè)實(shí)際情況看,100%的企業(yè)均采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。從環(huán)境保護(hù)和能源短缺方面來看,在未來20年內(nèi),地鐵隧道的施工仍然會(huì)加大力度進(jìn)行,對(duì)于管片的需求量將持續(xù)增長,因此,對(duì)于免蒸養(yǎng)管片的研究就顯得更加的緊迫。2022/8/25142 免蒸養(yǎng)超早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的復(fù)配超早強(qiáng)型聚羧酸減水劑必須滿足以下復(fù)合配制原則：（1）組成超早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的各組分之間都不能與水泥水化后發(fā)生破壞硬化水泥結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)。（2）組成超早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的所有組分物理相容和化學(xué)相容

11、,不應(yīng)出現(xiàn)各種不同形式的分解、沉淀、結(jié)團(tuán)、分層。（3）超早強(qiáng)型聚羧酸減水劑必須是水溶性的或易溶于水的。2022/8/2515根據(jù)免蒸養(yǎng)管片的生產(chǎn)工藝特點(diǎn),這種外加劑應(yīng)具有功能：（1）早強(qiáng)發(fā)展快,重點(diǎn)考察12 h、1 d、28 d的力學(xué)性能。（2）后強(qiáng)不會(huì)倒縮,仍有增長。（3）有較高的減水效率,采用其配制的免蒸養(yǎng)管片砼在低水灰比時(shí)有較好的可塑性,以利于成型。（4）堿含量要低,以最大程度地避免由減水劑引入堿而導(dǎo)致堿集料反應(yīng)的發(fā)生，盡可能避免Cl-的引入導(dǎo)致鋼筋銹蝕從而降低地鐵管片耐久性。具體指標(biāo)應(yīng)完全符合砼外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的規(guī)定：Cl-摻量限值0.6%,堿含量摻量限值 1kg/m3。2022/8

12、/25162.1 超早強(qiáng)聚羧酸減水劑復(fù)配優(yōu)化方案所有的聚羧酸類超塑化劑共聚物主鏈上都含有聚羧酸基吸附基團(tuán),支鏈上有大量的聚醚側(cè)鏈提供空間位阻。側(cè)鏈上的聚醚引氣性能非常強(qiáng),會(huì)導(dǎo)致新拌砼含氣量太大。含氣量太大會(huì)造成砼澆筑振搗時(shí),大量的氣泡富集與砼表面形成蜂窩麻面,砼的表觀不良。另外氣泡也會(huì)在硬化后的水泥漿體中留下孔洞,這些孔洞會(huì)降低砼的強(qiáng)度,如果這些孔洞是連通的還給外界的有害雜質(zhì)進(jìn)入砼內(nèi)部提供通道,降低砼的耐久性,減少砼建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此在配制適用于免蒸養(yǎng)環(huán)境的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑時(shí)應(yīng)適當(dāng)摻入消泡劑來減少管片砼的含氣量。優(yōu)化后的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑的復(fù)配方案見表2-1,對(duì)水泥漿體的流動(dòng)度、凝結(jié)時(shí)

13、間、減水率以及早期強(qiáng)度等的影響見表2-2。2022/8/2517表2-1 減水劑配比表2-2 超早強(qiáng)聚羧酸減水劑性能的影響2022/8/25182.1.1 超早強(qiáng)聚羧酸母液的優(yōu)選為了篩選出超早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的基礎(chǔ)母液,首先對(duì)三類聚羧酸系高效減水劑的基本性能進(jìn)行試驗(yàn)。表2-3 不同類型減水劑的凈漿流動(dòng)度及凝結(jié)時(shí)間2022/8/2519由實(shí)驗(yàn)可知,在水灰比相同的條件下,丙烯酸類（PCE-A）減水劑對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度略有提高,隨著摻量的增加,強(qiáng)度也隨之增加,但烯丙基聚醚系(PCE-B)和丙烯酸系(PCE-C)由于具有緩凝效果,摻入兩種減水劑后會(huì)使水泥膠砂早期強(qiáng)度降低,并且摻量增大,強(qiáng)度隨之降低。選擇了

14、丙烯酸類(PCE-A)減水劑為超早強(qiáng)聚羧酸母液,其摻量初步定為0.5%。2.1.2 超早強(qiáng)聚羧酸減水劑組分早強(qiáng)組分EPSA-1為不含氯離子的無機(jī)鹽類早強(qiáng)劑,與丙烯酸類(PCE-A)減水劑有良好的相溶性。早強(qiáng)組分EPSA-2為有機(jī)早強(qiáng)劑,具有一定的減水效果,與丙烯酸類(PCE-A)減水劑具有良好的相溶性,但其成本較高。2022/8/25202.2 免蒸養(yǎng)超早強(qiáng)聚羧酸水化熱測試了配制的免蒸養(yǎng)超早強(qiáng)聚羧酸水泥漿體的早期水化熱,并與空白樣的水化熱做對(duì)比。從圖2-1的試驗(yàn)結(jié)果可知，配制的免蒸養(yǎng)超早強(qiáng)聚羧酸使得水泥水化放熱峰提前,放熱量增大。這是由于丙烯酸類（PCE-A）的早強(qiáng)效果和早強(qiáng)組EPSA-1的早

15、強(qiáng)效果疊加的緣故。圖2-1 不同結(jié)構(gòu)聚羧酸對(duì)砼水化熱的影響2022/8/25212.3 免蒸養(yǎng)超早強(qiáng)聚羧酸X射線衍射結(jié)果測試了配制的免蒸養(yǎng)超早強(qiáng)聚羧酸水泥漿體的X射線衍射,并與空白樣的水化熱做對(duì)比。由圖可知,免蒸養(yǎng)超早強(qiáng)聚羧酸漿體中AFt早期開始出現(xiàn),說明水化早期水化速率提高,有利于提高C3S十C2S的水化速率,AFt的大量生成,有助于提高砼的早期強(qiáng)度。圖2-2 免蒸養(yǎng)超早強(qiáng)聚羧酸1d, 28dX射線衍射2022/8/25223 免蒸養(yǎng)管片高性能砼配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)及其性能預(yù)制盾構(gòu)管片作為地鐵隧道的襯砌,其服役環(huán)境極其復(fù)雜,要承受土層壓力、地下水的靜水壓力及抵抗各種有害雜質(zhì)的侵襲,而且作為永久性結(jié)

16、構(gòu)其破壞后無法更換,管片砼的使用壽命決定了地鐵隧道的使用壽命,因此對(duì)預(yù)制盾構(gòu)管片的耐久性提出了較高的要求。針對(duì)免蒸養(yǎng)預(yù)制盾構(gòu)管片的收光抹面時(shí)間、脫模強(qiáng)度、抗?jié)B性能、收縮性能以及尺寸精度及外觀具有嚴(yán)格的要求,在滿足規(guī)范和強(qiáng)度要求的情況下,確定以下技術(shù)指標(biāo)：在非蒸養(yǎng)狀態(tài)下滿足12h一次模具周轉(zhuǎn)；采用早強(qiáng)型聚羧酸減水劑,控制管片砼收光抹面時(shí)間為12h，終凝時(shí)間為910h，強(qiáng)度為1020MPa，氯離子擴(kuò)散系數(shù)小于1.510-12m2/s。2022/8/25233.1 免蒸養(yǎng)管片砼配合比優(yōu)化免蒸養(yǎng)管片高性能砼的最佳配合比如表3-1所示。國內(nèi)外高性能砼的研究表明,純水泥體系的砼不利于管片砼的耐久性,為提高

17、免蒸養(yǎng)管片的使用壽命,需在配制的免蒸養(yǎng)管片高性能砼中摻入礦物摻合料。將表3-1最佳配合比作為基準(zhǔn)砼配合比,在其中摻入礦物摻合料能最大限度地減少水泥用量,降低水泥水化熱,減少體積收縮保證砼的體積穩(wěn)定性,使砼實(shí)現(xiàn)密實(shí)堆積,提高砼的抗?jié)B性能以及砼的耐久性能。表3-1 免蒸養(yǎng)管片高性能砼最佳配合比（kg/m3）2022/8/2524通過綜合比較混凝土的12h脫模強(qiáng)度和28d強(qiáng)度,確定了配合比F2為最佳配合比。表3-2 粉煤灰摻量對(duì)免蒸養(yǎng)混凝土力學(xué)性能的影響（kg/m3）2022/8/2525圖3-1 混凝土坍落度圖3-2 混凝土收光時(shí)間圖3-3 混凝土12h脫模強(qiáng)度圖3-4 混凝土28d強(qiáng)度2022/

18、8/25263.2 免蒸養(yǎng)管片高性能混凝土水化熱在混凝土中粉煤灰取代部分水泥能改善混凝土的工作性能和耐久性能,粉煤灰需要在水泥水化產(chǎn)物的激發(fā)下進(jìn)行二次水化反應(yīng),粉煤灰的摻入降低了水泥的用量,因此混凝土早期強(qiáng)度明顯降低。粉煤灰的摻量對(duì)混凝土早期水化熱的影響規(guī)律見圖3-5。圖3-5 粉煤灰摻量對(duì)混凝土早期水化熱的影響2022/8/25273.3 免蒸養(yǎng)管片高性能混凝土X射線衍射結(jié)果測試表3-2中純水泥體系F1、F2、F3漿體12h、28d的X射線衍射, 其結(jié)果可以看出,相對(duì)于純水泥體系,隨著粉煤灰的摻量的提高，水泥石中CH、AFt對(duì)應(yīng)的CPS(X射線衍射峰的強(qiáng)度)降低,且F3降低相對(duì)明顯。由于有超

19、早強(qiáng)減水劑的作用,水泥水化速率提高,這也促進(jìn)了粉煤灰的早期參與水化。2022/8/25284 免蒸養(yǎng)管片混凝土體積穩(wěn)定性及耐久性能免蒸養(yǎng)管片混凝土摻入100kg/m3粉煤灰后,提高了混凝土耐久性能,免蒸養(yǎng)混凝土和蒸養(yǎng)混凝土的90d碳化深度分別為1.51mm和1.84mm;標(biāo)養(yǎng)的28d的300次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率,分別為0.32%和1.03%,相對(duì)動(dòng)彈性模量分別為97.1%和92.4%；經(jīng)硫酸鹽侵蝕溶液180d質(zhì)量損失率分別為0%和3.12%,抗壓強(qiáng)度抗侵蝕系數(shù)Kc分別為105.5%和95.2%,與蒸養(yǎng)管片混凝土相比,免蒸養(yǎng)管片高性能混凝土其體積穩(wěn)定性及耐久性能優(yōu)于蒸養(yǎng)管片混凝土。2022/8

20、/25295 免蒸養(yǎng)砼管片的制備項(xiàng)目依托武漢科技攻關(guān)項(xiàng)目和武漢地鐵隧道工程。根據(jù)武漢市城市規(guī)劃,地鐵2號(hào)線一期工程,起點(diǎn)為常青花園北側(cè)的馬池路站,終點(diǎn)為魯巷站。線路貫穿武漢市西北一東南,一期工程線路全長27.98km,設(shè)站21座,均為地下車站。過江盾構(gòu)隧道長3206m,在常青花園與中山北路站分別設(shè)車輛段和車場各一座。2號(hào)線一期工程投資估算為149.12億元,平均公里造價(jià)5.5億。地鐵4號(hào)線一期工程全長15km,全線共設(shè)13個(gè)車站。線路起自武昌火車站,經(jīng)紫陽東路一中南路一中北路一岳家嘴,沿武青四干道至武漢火車站,在岳家嘴設(shè)車輛段,全部為地下車站。4號(hào)線一期工程投資估算為77.18億元,平均公里造

21、價(jià)5.14億。2022/8/25305.1 C50砼管片技術(shù)要求和特點(diǎn)武漢地鐵隧道工程對(duì)管片的防水、抗?jié)B等性能要求極高（強(qiáng)度達(dá)到C50、抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P15、使用壽命達(dá)100年以上）,且施工技術(shù)難度也大。管片內(nèi)徑為5.4m,外徑為6m,每個(gè)寬1.5m、厚0.3m,每6個(gè)管片就可拼成一個(gè)圓形的隧道壁,2010年武漢地鐵建設(shè)共需要管片38050環(huán)。鋼筋砼管片襯砌需在高精度鋼模內(nèi)制作成型,每環(huán)由封頂塊、標(biāo)準(zhǔn)塊等六塊構(gòu)成,結(jié)構(gòu)示意圖見圖5-1。管片在環(huán)縱向均設(shè)凹凸榫槽,管片環(huán)向采用彎螺栓連接,縱向采用直螺栓連接。2022/8/2531圖5-1 6塊等分管片襯砌結(jié)構(gòu)布置圖2022/8/2532隧道盾構(gòu)管片

22、預(yù)制構(gòu)件,其管片的尺寸精度影響整個(gè)隧道襯砌施工。為保證隧道整體工程的線性準(zhǔn)確以及整體結(jié)構(gòu)的無縫,其尺寸精度技術(shù)指標(biāo)控制嚴(yán)格,見表5-1。管片作為永久性襯砌深埋土層內(nèi),土層內(nèi)含有大量侵蝕性有害物質(zhì),嚴(yán)重影響砼管片的使用壽命。故對(duì)其防水、抗?jié)B等性能要求極高,對(duì)砼氯離子擴(kuò)散系數(shù)、堿含量和氯離子含量也有較高要求,其設(shè)計(jì)耐久性指標(biāo)見表5-2。管片拼裝要滿足成環(huán)后管片內(nèi)徑誤差范圍2.0mm,外徑誤差范圍6.0mm一-2.0mm之間,環(huán)向和縱向縫間隙小于2.0mm。另外砼表面不得出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫,表面裂縫寬度應(yīng)小于0.2mm,管片表面應(yīng)平整光滑。2022/8/25332022/8/25345.2 免蒸養(yǎng)管片成

23、型工藝5.2.1 工藝流程與蒸養(yǎng)管片生產(chǎn)相比,免蒸養(yǎng)管片的生產(chǎn)取消了蒸汽養(yǎng)護(hù)的施工環(huán)節(jié),其工藝流程分為兩部分：鋼筋籠的制作和管片的生產(chǎn)。鋼筋籠的制作：原材料進(jìn)場檢驗(yàn)斷料鋼筋彎弧鋼筋骨架焊接鋼筋籠檢查。管片的生產(chǎn)：清理模具脫模劑模具組轉(zhuǎn)、調(diào)校安裝鋼筋骨架砼澆筑砼第一次表面收光砼第二次表面收光脫模管片驗(yàn)收。2022/8/25355.2.2 管片生產(chǎn)配合比原材料為：（1）水泥：華新P.O 42.5水泥；（2）砂：巴河河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量小于0.8，泥塊含量小于0.5%；（3）碎石：5-25 mm連續(xù)級(jí)配石灰石碎石，壓碎值5.7%，針片狀含量6.9%；（4）粉煤灰:選用I級(jí)粉煤灰，需水量比90

24、%;（5）減水劑:研究配制的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑。表5-3 管片砼生產(chǎn)配合比2022/8/25365.2.3 生產(chǎn)質(zhì)量管理控制生產(chǎn)質(zhì)量管理控制是生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),其管理質(zhì)量直接影響管片的質(zhì)量,進(jìn)而影響整體隧道工程的施工質(zhì)量。1.原材料控制砼砂、石、水泥等原材料進(jìn)場立即抽樣檢驗(yàn),檢驗(yàn)合格后方可使用。砂石集料的表面應(yīng)該是清潔的,不應(yīng)被粉塵、泥土等污染,含泥量控制在1%以下。水泥等粉料應(yīng)注意防潮,水泥使用溫度不得超過50,否則須采取措施降低水泥溫度,如溫度過高可存放5-7d后再使用。應(yīng)提前做好物質(zhì)準(zhǔn)備工作,保證施工生產(chǎn)中水泥貨源穩(wěn)定。水泥應(yīng)分批檢驗(yàn),質(zhì)量應(yīng)穩(wěn)定。若存放期超過個(gè)3月應(yīng)重新檢驗(yàn)。2022/8

25、/25372.管片澆筑施工砼拌合時(shí)采用自動(dòng)機(jī)械,應(yīng)保證電子稱料系統(tǒng)稱量準(zhǔn)確,尤其免蒸養(yǎng)砼對(duì)減水劑的摻量較敏感,所以減水劑的稱量要保證在誤差許可范圍內(nèi)。為使減水劑分散均勻,應(yīng)保證砼攪拌時(shí)間為150 s,最佳加水方式是先加入一半水量,砼攪拌50 s后,再將水和減水劑加入攪拌機(jī),再攪拌100s，保證砼的勻質(zhì)性。澆筑前應(yīng)保證模具清潔干凈,無脫模后殘留物,脫模劑的涂抹應(yīng)均勻涂抹至整個(gè)模具,尤其應(yīng)注意模具的邊角,保證管片脫模時(shí)無缺棱掉角。2022/8/2538砼澆筑時(shí)應(yīng)分層澆筑,砼入模后先采用高頻振動(dòng),澆筑第一層結(jié)束后調(diào)整為中頻振動(dòng),澆筑完畢后采用低頻振動(dòng),振動(dòng)時(shí)間不應(yīng)過久,防止砼分層離析,表面出現(xiàn)蜂窩麻面。砼初凝后,打開模具面板進(jìn)行抹面。使用硬質(zhì)平直尺進(jìn)行粗抹面,刮掉多余的砼,抹平表面；等砼收水后使用灰匙進(jìn)行光面,使管片外弧面平整、光滑；最后用灰匙精工抹平,力求管片表面光滑無灰匙印。應(yīng)嚴(yán)格控制砼的收光抹面時(shí)間,在成型時(shí)應(yīng)在澆筑同時(shí)取樣,參照砼試樣進(jìn)行收光抹面時(shí)間的確定。2022/8/25393.管片養(yǎng)護(hù)管片養(yǎng)護(hù)可分為脫模前靜養(yǎng)和脫模后水養(yǎng),砼收光抹面結(jié)束后,應(yīng)立即蓋上吸水性強(qiáng)的不脫色的纖維織物加水進(jìn)行潤濕養(yǎng)護(hù),然后將模具面板合上并蓋上緊致不透氣的帆布,防止砼水分散失。脫模時(shí)應(yīng)注意脫模時(shí)間,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場留樣測試砼脫模時(shí)