淺析蒸汽養護對TBM混凝土預制管片質量的影響

鐘瑞喜

（山西省水利建筑工程局，山西太原 030006）

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淺析蒸汽養護對TBM混凝土預制管片質量的影響

鐘瑞喜

（山西省水利建筑工程局，山西太原 030006）

【摘 要】TBM隧洞施工二次襯砌采用混凝土預制管片代替現澆混凝土支撐圍巖和隧洞防滲。在預制管片加工過程中蒸汽養護對管片質量的影響主要由各階段的養護溫度、養護時間及其升降溫速度決定，本文通過實例介紹了蒸汽養護的時間、溫度及升降溫速度要求，并提出了合理化建議。

【關鍵詞】TBM；蒸汽養護；混凝土預制管片；預養；升溫；恒溫和降溫

1　引 言

隨著國民經濟和科學技術不斷向前發展，一些跨流域調水工程相繼開工修建，其中許多調水工程輸水線路以隧洞為主，例如：山西萬家寨引黃入晉工程隧洞工程占整個輸水線路的80%以上。一些距離長、埋深大的隧洞僅僅依靠傳統鉆爆法施工已遠遠不能滿足工程建設要求。20世紀90年代以來，TBM雙護盾硬巖掘進機在我國調水工程中得到廣泛的應用。

TBM雙護盾硬巖掘進機是集所有傳統隧洞施工功能于一體的大型隧洞施工設備，適合埋深大、距離長的隧洞施工。不僅實現了隧洞施工各個工序平行作業，而且統籌了各個傳統隧洞施工環節的銜接，從而大大提高了施工速度，日平均進尺約54. 7m，月平均進尺約1334m，最高日進尺約113. 21m，最高月進尺約1637. 5m。

二次襯砌采用混凝土預制管片代替現澆混凝土支撐圍巖和隧洞防滲。為了適應TBM掘進速度快的特點，混凝土管片生產一般設有專門的預制廠房，且配備自動化生產線，采用蒸汽養護。混凝土預制管片一般為蜂窩狀六邊形或梯形，厚度不小于200mm且不小于襯砌外徑的0. 05倍。寬度根據隧洞的具體情況而定，一般為1200mm或1600mm。每四片拼裝為一環，根據位置分為底管片、頂管片和側管片，其中底管片和頂管片各一片，側管片兩片。預制管片混凝土強度等級為C40～C45。

蒸汽養護是利用外部熱源加熱混凝土，加速水泥水化反應使混凝土內部結構快速硬化的方法，其目的是縮短模具周轉期，提高產量。隧洞混凝土襯砌管片在定型模具內澆筑，并隨模具一起進入養護窯進行蒸養，蒸養共分四個階段：預養階段、升溫階段、恒溫階段和降溫階段，其中恒溫階段的溫度是蒸養的最高溫度。

2　混凝土預制管片生產工藝流程

TBM混凝土預制管片生產一般設有專門的預制廠房，廠房的規模根據工程實際施工情況而定，地點一般選在施工現場附近。為了與TBM快速掘進相匹配，配備自動生產線和一定數量的管片模具，模具根據設計要求由專業廠家生產。

自動化生產線主要工藝流程為：脫模→清理→涂刷脫模劑→鋼筋籠入模→合模→混凝土澆筑→壓面收光→入窯養護（蒸汽養護）→出窯→進入下一流程。

脫模主要工作內容為：松動模具上的螺栓，拆除定位銷和安裝孔模型，打開模具，用真空吸盤將混凝土管片調離模具并卸至管片翻轉臺上，然后用5t行車吊至廠房內靜養48h。

鋼筋籠加工制作在廠房內設有專門的區域，鋼筋采用機械下料，人工綁扎和焊接，加工成型后采用3t行車吊入模具。

混凝土采用強制式50拌和站拌和，拌和后卸入搬運小車，通過混凝土搬運小車運至模具上方，卸料入模，同時開啟振動臺進行振搗，直至完成整個管片的澆筑。

入模后的混凝土通過運輸小車進入養護窯，開始蒸養。蒸汽養護一般有兩種模式，一種是移動工位集中蒸養模式；另一種是固定工位分散蒸養模式。移動工位集中蒸養是指養護窯各區段溫度不同，通過移動模具來實現預養、升溫、恒溫和降溫；而固定工位分散蒸養是在蒸養期間模具不動，通過調節養護窯的溫度來實現預養、升溫、恒溫和降溫。模具內的混凝土在養護窯分為四個階段養護：第一階段為預養階段，溫度在35℃左右；第二階段為升溫階段，溫度由35℃升至75℃左右，最高溫度不得超過80℃；第三階段為恒溫階段，溫度在75℃左右；第四階段為降溫階段，溫度從恒溫降至45℃左右后，出窯并在廠房內靜養48h。下面將結合TBM預制廠一些工程實際經驗分析蒸汽養護對混凝土管片質量的影響。

3　蒸汽養護對預制管片質量的影響

3. 1預養階段對管片混凝土質量的影響

預養階段是指混凝土澆筑入模后在車間內靜停的時間，其溫度與車間溫度一樣或比車間溫度略高，約35℃左右。預養是為了使混凝土管片具有一定的初始強度，以防升溫時混凝土管片產生裂縫等不良現象而影響混凝土管片質量。根據一些工程的實踐經驗可知，在升溫、恒溫和降溫養護條件相同的情況下，靜養時間的長短會影響管片混凝土的出窯強度。下面以山西東山供水工程9號隧洞為例說明靜養時間對管片混凝土出窯強度的影響。東山供水工程9號隧洞采用TBM雙護盾掘進機掘進，混凝土預制管片襯砌，其管片蒸養采用固定工位分散蒸養模式。管片混凝土強度等級為C45，抗凍等級為F150，抗滲等級為W8，施工配合比如表1所列。

表1　管片混凝土配合比

在不同預養時間分別取四組混凝土試塊進行同條件養護，其結果如表2所列。

表2　不同預養時間混凝土出窯強度試驗結果

從上述試驗結果可以看出，預養時間越長混凝土出窯的強度就越高，且外觀質量也就越好。但在實際施工實踐中，需考慮生產進度和工程成本等因素影響，預養時間不可太長，一般預養時間確定在60～90min之間為宜。

3. 2升溫階段對管片混凝土質量的影響

升溫階段是指從預養溫度上升到蒸汽養護的最高溫度的時間段。升溫方式有直線升溫、變速升溫、分階段升溫等多種形式。直線升溫速度與混凝土預制管片的預養時間、混凝土的干硬度、模板情況及混凝土預制管片的表面系數（表面積與體積比值）有關。預養時間較長，混凝土坍落度較小且帶模養護時升溫速度可適當提高，但一般不超過20℃／h。

以東山供水工程9號隧洞為例說明直線升溫對混凝土預制管片質量的影響，預養時間為90min，預養溫度為35℃，恒溫溫度為75℃，采用不同的升溫速度進行試驗，試驗結果見表3。

從上述試驗結果可以看出，升溫速度快可提高管片混凝土的出窯強度，但是相應的28d混凝土強度有所降低，混凝土的外觀質量會受到影響。升溫速度慢雖然使混凝土出窯強度低，但后期強度高，且混凝土外觀質量較好。因此，混凝土預制管片在升溫階段升溫速度不宜超過20℃／h，但也不能過低，若升溫時間過長，則影響生產進度。

表3　升溫試驗結果

直線升溫需要的時間過長，是一種消極的升溫方式，根據相關經驗，變速升溫和分階段升溫也是一種可供選擇的升溫方式。這兩種升溫方式可在較低的溫度下使管片混凝土強度逐漸增長，在混凝土達到能承受濕熱破壞作用后，再快速升溫到最高溫度。此方式可大大減弱混凝土預制管片的破壞，減少預養時間，從而減少蒸養時間。

3. 3恒溫階段對管片混凝土質量的影響

恒溫階段是混凝土預制管片蒸汽養護溫度最高的階段，恒溫溫度及恒溫時間的確定，主要取決于水泥品種、水灰比和脫模強度的要求。混凝土預制管片主要采用普通硅酸鹽水泥，水灰比一般小于0. 4，脫模強度能滿足其吊運要求即可，一般為20MPa。因此，只要恒溫溫度不超過80℃，養護時間不超過3h，恒溫階段對混凝土質量的影響就不大。

3. 4降溫階段對管片混凝土質量的影響

混凝土預制管片溫度由恒溫降至出窯溫度這段時間稱為降溫階段。降溫階段混凝土預制管片內部水分蒸發，同時混凝土產生收縮和拉應力。

若降溫速度過快，混凝土預制管片產生過大的收縮應力，將導致管片表面出現龜裂及酥松等結構損傷現象，甚至造成質量事故，因此，合理選擇降溫速度也是混凝土預制管片養護的關鍵之一。

降溫期混凝土預制管片的損傷與降溫速度、混凝土強度、混凝土管片的表面系數以及配筋情況有關。強度低、表面系數數小、配筋少的混凝土管片宜慢速降溫。相反混凝土強度較高，混凝土管片的表面系數較大，配筋率高的混凝土管片降溫速度可適當提高。

根據多個工程的經驗，降溫時間最好不要低于1. 5h，否則混凝土管片可能出現裂縫、掉皮等質量問題，嚴重時可能因管片質量問題報廢。

4　結 語

蒸汽養護對混凝土預制管片質量的影響主要由各階段的養護溫度、養護時間及其升降溫速度決定。在具體實踐中一定要理論和實踐經驗相結合才能制定出合理養護標準，減少蒸汽養護對混凝土的負面影響，生產出優質的混凝土預制管片，推進混凝土預制管片襯砌隧洞的技術向前發展。本文所用試驗數據僅來自施工現場，條件有限，因此可能存在一定的局限性，希望日后對蒸汽養護的理論進一步完善，進而有效地指導施工生產。■

參考文獻

［1］ 山西省萬家寨引黃工程管理局.雙護盾TBM的應用與研究［M］.北京：中國水利水電出版社，2011.

［2］ 山西省東山工程9號隧洞工地試驗室.試驗資料［Z］.

［3］ 李玉波.護坡混凝土板預制工程質量控制［J］.中國水能及電氣化，2014（2）：21-23.

［4］ 趙盛忠.高溫地區碾壓混凝土壩溫度控制施工技術研究［J］.中國水能及電氣化，2015（5）：9-12.

施工技術

運行管理

Analysis on the influence of steam curing on the quality of TBM concrete Pre-cast segments

ZHONG Ruixi
（Shanxi Water Vonservancy Vonstruction Engineering Bureau，Taiyuan 030006，Vhina）

Abstract：Concrete pre-cast segments are adopted in TBM tunnel construction secondary lining for replacing cast-in-situ concrete support surrounding rock and tunnel seepage resistance. In the process of pre-cast segments，the influence of steam curing on segment quality is mainly determined by curing temperature，curing time，warming and cooling rate at all stages. In the paper，the requirements of steam curing time，temperature，warming and cooling rate are introduced through examples，and rational suggestions are proposed.

Key Words：TBM；steam curing；concrete pre-cast segment；precuring；warming；constant temperature and cooling

DOI：10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.02.008

中圖分類號：TV53

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8241（2016）02-0025-03