地鐵暗挖隧道二襯拱墻混凝土施工質量的控制

趙志剛 董延昭 高東生 田偉光

（1.北京班諾混凝土有限公司；2.石家莊市軌道交通有限公司）

前言

地鐵暗挖隧道二襯拱墻（隧道側面和頂部）混凝土由于無法振搗（只能在鋼模外輔助振搗，效果微乎其微），向下泵送且泵管長度長（一般200mm～300m，極端可達400mm～500m），且拆模后隧道內壁不進行裝修，要求混凝土外觀要光潔、致密、顏色一致。因此，地鐵暗挖隧道二襯拱墻的混凝土施工質量控制是地鐵工程施工中一個難點之一。

目前，澆筑地鐵暗挖隧道二襯拱墻基本使用模板臺車的方法，澆筑一定寬度的拱墻后，臺車在軌道上向前平移（類似滑膜施工），混凝土從模板臺車的頂板中央注入，在頂板兩側留混凝土溢出孔，等到混凝土注滿模板從一側溢出孔流出時，將該側溢出孔封堵，等到另一側溢出孔也流出混凝土時，說明混凝土已注滿全部模板，封堵該側溢出孔和混凝土注入管口，輔助振搗后完成澆筑。

北京軌道交通昌平線二期線路北起澗頭村，沿京包高速路北側向南敷設，過八達嶺高速與京包高速匝道橋后，線路沿京銀路向南，至西關環島轉向東，沿政府街、府學路穿過昌平老城區，過東沙河后沿昌崔路進入昌平新城東擴區，在內環東路轉向南，接入一期工程起點南邵站，全長10.6公里，全部為地下線，設6座車站，分別為十三陵景區站、西關環島站、昌平站、亢山廣場站、水庫路站、昌平新區站，并在八達嶺高速以北、虎峪溝以西、農場路以東的位置設十三陵景區車輛段一座。該工程西關環島站～昌平站區間位于昌平老城區最繁華街道—政府街，采用暗挖法施工，于2013年年底開始澆筑二襯混凝土。

1 易出現問題原因分析

1.1 泵送困難甚至泵管堵塞

1）泵管布置不合理（向下泵管前面的水平泵管高長度不夠），泵管安裝不牢固，連接處不嚴密。

2）砂漿潤管時，如遇泵送管道較長，砂漿中的小砂粒和膠凝材料不斷被泵管壁粘附，最后砂漿中只剩較大砂粒，加之被泵管內的潤管水沖刷，在泵管末端的彎頭、軟管處易造成堵塞。

3）入泵混凝土離析或攪拌不均勻，混凝土流動性經時[1]和泵送后損失偏大。

4）停泵時間太長。

1.2 外觀不良

二襯拱墻外觀不良較常見的有蜂窩麻面、砂線、水線、反堿、起皮、氣泡、色差見圖3~圖6。

1）蜂窩麻面、氣泡。混凝土流動性偏小，澆筑不連續或間歇時間太長，模板上脫模劑涂刷不均勻或有未涂刷部位。

2）色差：不同車混凝土流動性差別大，澆筑不連續或間歇時間太長，模板上脫模劑涂刷不均勻或有未涂刷部位等。

3）起皮、砂線（或水線）及反堿：混凝土保水性不良，潤管水未排凈，輔助振搗局部時間太長。

1.2 裂縫

由于二襯仰拱和拱墻澆筑后成為一個整體隧道，長度至少1km以上（車站與車站距離），由于混凝土的收縮和溫度的變化，易產生環向裂縫。

1）混凝土收縮偏大[2]

2）混凝土早期強度增長太快

3）拆模偏早

4）拆模時混凝土與氣溫溫差大

5）養護不良

1.3 強度偏低

拱墻混凝土流動性大，澆筑振搗困難，控制不當，易造成實體結構混凝土的致密性不夠，進而造成強度偏低。

1）混凝土配制強度偏低或摻合料摻量偏大、用水量超標等

2）隧道內部溫度比較恒定

3）拆模早，早期失水嚴重

4）養護不良

2 控制措施

2.1 泵送困難甚至泵管堵塞

1）泵管合理布置并安裝牢固，連接嚴密。根據JGJ/T10-2011《混凝土泵送施工技術規程》5.2.4條，向下管道末端設彎管或水平管，折算長度不小于1.5倍高差。泵管在轉彎處采取可靠措施進行固定。泵管連接時要檢測密封圈的完好程度，多次使用的密封圈要進行更換。

圖1 混凝土和易性差造成泵管堵塞

圖2 混凝土流動性泵送損失大造成泵管堵塞

2）合理潤管。根據泵管長度確定比較足夠的潤泵砂漿量，防止砂漿量偏少，砂漿中水泥漿不夠覆蓋泵管內壁。泵管長度超過300m，要在砂漿潤管前用一定量的水泥凈漿潤管，以保證泵管被充分潤滑，防止砂漿堵管。潤管過程操作要規范。先用清水對料斗、活塞及泵管等直接與混凝土接觸部位進行濕潤并檢查泵和輸送管內是否有異物，清水泵送完畢，應清除泵內的積水；接著要泵送砂漿進行管道潤滑；等到砂漿連續泵出后，才可開始泵送混凝土。采用水泥凈漿進行管道潤滑時，在清水潤管并清除干凈后打入水泥凈漿，水泥凈漿泵完后，開始泵入砂漿潤管。

3）入泵混凝土質量控制。二襯拱墻要求混凝土具有較高的流動性和良好的和易性（到澆筑部位時混凝土坍落度200mm以上、擴展度500mm以上、含氣量在3%～4%之間、T500在3s～8s之間）。要對入泵的混凝土逐車進行質量檢查，入泵混凝土坍落度應≥220mm，擴展度≥550mm且和易性良好，不得離析、泌水。

4）混凝土流動性經時和泵送后損失控制。

① 施工過程中，要逐車監控混凝土流動性經時和泵送損失。流動性經時損失方面：2h坍落度損失≤30mm、擴展度損失≤100mm。流動性泵送損失方面：坍落度損失≤30mm、擴展度損失≤100mm。

② 為達到此要求，不但要控制混凝土的原材料質量，更要采用合理混凝土的配合比?；炷了褂玫乃鄳c外加劑具有良好的相容性，以達到滿足混凝土流動性經時損失的要求；所使用的砂石含泥量要符合規范要求，砂石均采用兩級配進行級配優化，石子最大公稱粒徑在25mm以下，為增加混凝土流動性并改善和易性，摻加20%～30%的5mm～16mm細石；選用優質Ⅰ級粉煤灰，采用Ⅱ級粉煤灰時，要控制其摻入量≤20%，以控制混凝土流動性經時損失；外加劑除了與水泥具有良好相容性外，還應具備降低混凝土流動性經時損失、改善混凝土和易性和降低混凝土流動性泵送損失等性能，應選用采用先進合成工藝生產的具有調節混凝土粘度、提高流動性、改善和易性、改善外觀、降低流動性經時和泵送損失等多方面功能的聚羧酸系高性能減水劑或防凍劑。

圖3 砂線

圖4 反堿

圖5 色差

圖6 大氣泡

③ 實際施工中，混凝土經過泵送后的流動性損失普遍存在，而且隨著泵送高度或長度的增加，呈現明顯增大的規律。目前，關于混凝土泵送后的流動性損失的研究較少，亦未形成比較一致、成熟的觀點，同時，能夠模擬或檢測泵送后混凝土流動性損失的專用儀器也沒有。本工程中嘗試采用壓力泌水儀進行模擬檢測。采用不同壓力對混凝土持壓3min，檢測混凝土流動性的變化。采用不同配合比（見表1）進行試驗，試驗結果見表2。不同泵送高度（長度）的泵送壓力估算見表3。

④ 從表2可看出，2#配合比的模擬試驗結果顯示其泵送損失明顯低于1#配合比。采用2#配合比進行實際施工，現場泵管長度210m，經泵送后，混凝土流動性泵送損失較小（坍落度≤20mm，擴展度≤50mm），與本模擬試驗方法的檢測結果比較接近。

5）泵送混凝土時，應先慢后快，逐步加速，并觀察混凝土泵的壓力和各系統工作狀態，待各系統運轉正常后，才可以正常速度泵送混凝土。

6）當混凝土泵出現壓力升高且不穩定、油溫升高、輸送管明顯振動等現象而泵送困難時，不得強行泵送，應立即查明原因，用敲擊的方法檢查易堵塞部位（比如管道最末端、彎管及變徑部位等），并及時疏通。

7）混凝土泵送需中斷時，時間不宜太長，超過20min應泵送一次。

2.2 外觀不良

1）控制混凝土的流動性、流動性經時損失和泵送損失以及和易性。

2）控制不同車次的混凝土流動性偏差。坍落度偏差應≤20mm，擴展度≤50mm。

3）防止混凝土在輸送過程中發生分離。向下卸料高度超過2m時，要設緩沖裝置，防止混凝土離析；采用接力泵時，要在混凝土第二次入泵前采取攪拌措施（采用小型攪拌罐車）。

4）嚴禁向混凝土內加水，混凝土流動性偏小時，用同型號外加劑調整。

表1 泵送損失試驗配合比

表2 泵送損失模擬試驗結果

表3 不同泵送高度（長度）的泵送壓力估算

圖7 泵送損失模擬試驗

5）泵送應連續進行，停泵時間不超過20min。

6）加快澆筑速度，每罐混凝土澆筑時間不超過30min。

7）在拱墻最低端兩頭設置溢流口，等潤泵水徹底排凈后，進行封堵。

8）檢查模板與已澆筑混凝土接縫，發現不嚴密處，用密封條進行封堵。

9）每次澆筑混凝土之前要檢查模板上脫模劑涂刷或模板漆完好情況，發現脫模劑涂刷不均或模板漆脫落情況，及時補刷脫模劑或模板漆。

10）控制每個點的輔助振搗時間不得超過50s。

11）封堵每個溢出孔時延遲2-3min，以提高混凝土的密實性。

圖8 1#配合比3M Pa加壓后情況

圖9 2#配合比3M Pa加壓后情況

圖10 1#配合比5M Pa加壓后情況

圖11 2#配合比5M Pa加壓后情況

12）根據隧道內溫度和混凝土的凝固情況確定合理的拆模時間，不得小于24h,以保證混凝土早期的水化反應，防止粘膜。

13）拆模后及時采取噴養護劑或噴水方式養護，持續時間不少于14d。

2.3 裂縫

1）控制混凝土的收縮。

① 混凝土各種原材料質量要要符合《軌道交通工程結構混凝土裂縫控制與耐久性技術規程》QGD-008-2014要求。水泥的比表面積≤350m2/kg、礦粉比表面積≤500m2/kg，粉煤灰的需水量比≤100%[3]。

② 配合比設計也應考慮盡可能降低混凝土收縮。混凝土中礦粉摻量不超過粉煤灰摻量，總摻合料摻量不超過50%[3]，水膠比不超過0.3，砂率不超過50%，水泥用量不超過500kg/m3，膠凝材料用量不超過600g/m3。

2）提高混凝土澆筑的密實性。控制混凝土的流動性在合理范圍之內，連續泵送澆筑，封堵每個溢出孔時延遲2min～3min。

3）拆模時間不小于24h，氣溫偏低時要延長50%以上。

4）延長每次拱墻澆筑的間隔時間，以盡可能釋放混凝土的收縮。采取左右線和兩端交替澆筑的方式，可使間隔時間達到3天～5天。

5）拆模后及時采取噴養護劑或噴水方式養護，持續時間不少于14d。

2.4 強度偏低

圖12 二襯拱墻混凝土入泵前狀態

圖13 拆模后的二襯拱墻混凝土表面

圖14 拆模后的二襯拱墻側墻外觀

圖15 拆模后的二襯拱墻全景

1）控制混凝土的原材料質量。重點控制：水泥強度、粉煤灰的需水量比、礦粉的活性指數，砂石的含泥量、外加劑的減水率等指標。

2）混凝土配合比設計時強度富余量達到1.645σ以上。

3）要嚴格按照配合比攪拌混凝土，用水量不得超出配合比設計值，每盤計量偏差：砂石±3%，膠凝材料、水、外加劑±2%；累計誤差：砂石±2%，膠凝材料、水、外加劑±1%[3]。

4）同樣控制好入泵混凝土的流動性和易性。嚴禁向混凝土內加水，混凝土流動性偏小時，用同型號外加劑調整。

5）潤泵水要充分排凈。

6）澆筑過程中，根據混凝土下料位置及時采取輔助振搗，每點振搗時間30s～50s。

7）拆模時間不小于24h，氣溫偏低時要延長50%以上。

8）拆模后及時采取噴養護劑或噴水方式養護，持續時間不少于14d。

3 工程效果

北京軌道交通昌平線二期工程西關環島站～昌平站區間暗挖二襯拱墻混凝土共澆筑12300m3，隧道長度1.53km（雙線），工期歷時6個月。在施工過程中，通過采取以上的一系列控制措施，混凝土流動性和和易性良好，泵送順暢，施工進度得到保障，隧道外觀良好，基本無裂縫，混凝土強度穩定且均符合設計要求，取得了良好的效果詳見見圖12~圖15。

4 經驗與討論

1）地鐵暗挖隧道二襯拱墻施工質量首先取決于混凝土的質量，混凝土要達到較高的流動性和優良的和易性，且流動性的經時和泵送損失要小。

2）合理的布管、規范的操作、快速連續的泵送也是保證地鐵暗挖隧道二襯拱墻施工質量的必備條件之一。

3）脫模劑及涂刷質量、拆模時機及養護等等，同樣對地鐵暗挖隧道二襯拱墻施工質量有著較大的影響。

[1] 韓志強。論泵送混凝土坍落度損失和控制?？茀f論壇,2009(3):43～44

[2] 馬昕,尹兆旭,師衛科,余成行。地鐵暗挖隧道滲漏原因分析及抗裂防水混凝土的質量控制。商品混凝土,2006(1):10～24

[3] QGD-008-2014.軌道交通工程結構混凝土裂縫控制與耐久性技術規程：2～22