“十五”期间,广州已建成开通了地铁1号线、2号线、3号线首通段(广州东-客村)、4号线大学城专线(万胜围-新造)等4条地铁线,线路长度59.25公里。力争到2010年,广州全市要建成并开通9条线,总长度约229.6公里。目前,广州地铁共有7条线同时在建,这就为钢筋混凝土管片的应用提供了广阔的空间。
下面就地铁管片生产存在的问题及对策做一分析。
1.外观质量(1)侧面、端面气孔混凝土中或多或少会存在空气,结构中必然存在一定量的气泡,自然构件表面不可避免会出现气孔。对管片来说多大气孔可能影响其使用功能有待商榷,据了解各地均有自己的要求。广州地铁一号线施工时,日本青木公司和法国索菲图监理公司对此要求均比现在要求低,他们更注重管片的内在质量,注重过程控制,对外观要求不太苛刻。
据了解,用来放置中、低放射性核废料的混凝土桶国标要求为混凝土内部不得有直径大于1厘米的气泡,外表面不允许出现深度直径大于1厘米的气孔、空洞,孔孔不得相连。核废料桶使用要求远高于管片,国标尚且如此规定,管片标准应该借鉴一下,应避免陷入单纯追求外观的形式主义中,避免对混凝土结构本身可能造成的损害。
另外,据了解,国外特别是在欧洲国家钢筋混凝土管片制作大多采用整体气振成型,全自动化操作,振动时间自动控制,强调混凝土均匀、密实,不片面追求外观气孔大小和多少。目前国内过于要求外观质量,为了减少气孔不得不增加振动时间,结果很容易导致混凝土内部骨料分层,使得混凝土结构更加不均匀,形成浮浆层,增加表面裂缝出现的几率,反而影响管片的性能。
(2)表面裂纹混凝土本身是不均匀体,由于本身化学反应和各组分间性能差异,必然会产生裂纹,完全消除是不可能的。表面细小的干缩裂纹和龟裂纹属无害裂纹,对管片整体性能影响很小,不妨碍管片正常使用。管片设计中对裂纹的要求为其宽度不得大于0.2毫米,应该理解为影响混凝土结构性的裂纹,而非表面较浅的无害干缩裂纹。无害裂纹产生不可避免,可通过技术措施尽量减少其产生。对影响结构性的温差裂纹和局部应力裂纹应坚决避免。
具体措施有:①合宜的混凝土施工配合比及良好的搅拌质量;②选择适合的成型工艺和振动时间,确保成型质量;③管片成型后合理的光面措施;④脱模前合适合理的养护,特别须注意蒸养温度控制,避免温差裂纹产生;⑤脱模后及时进行水养护,保证至少14天的润湿养护,避免表面失水干缩;⑥吊运过程注意成品保护,避免碰撞造成局部应力集中产生结构性裂纹。
⑶混凝土表面失水、泌水,露砂出现水痕混凝土表面泌水主要是振动不当引起的,需从混凝土配合比设计和相应的成型振动时间上采取措施去避免。管片生产中必须注重施工配合比的调整,依据不同的原材料和现场条件合理调整施工配比,保证混凝土的坍落度、粘聚性、保水性等工作特性。
同时在掺用高效减水剂时必须考虑其引气性和对混凝土工作性的影响。成型施工时一定要根据具体的混凝土性能适当调整振动时间,不可采取完全相同的振动时间,避免振动不当泌水。
2.成品试验检验⑴三环水平拼装试验目前我国的国标《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)要求的试验频率为每套模具每生产200环进行1次三环水平拼装试验。广州建设地铁1号线时,日本青木公司当时三环水平拼装频率为1000环进行一次。据了解德国和法国的管片水平拼装只拼一环。目前管片规格众多,水平拼装可根据成环直径、宽度、大小分类进行。
在正常生产中加强成品管片的外观尺寸检查,严格控制影响拼装精度的管片宽度、弧长及扭曲度指标,定期进行管模精度检查调整,即可满足管片拼装要求。拼装频率可依工程量大小在300环~600环之间选择,确保水平拼装检验有效安全进行。
⑵单块管片整体抗渗试验单体管片抗渗试验是模拟盾构隧道中成环管片所受外界地层水压渗透状态进行的。检验初衷和思路不错,但是试验方法和试验的必要性有待商榷。国标中对混凝土的抗渗性能是以抗渗试件的检验为准的,是否进行实体检验应以构件形态来定,不能一概而论。据了解在日本、欧美国家就没有类似的管片检验,建地铁3号线时到广州的德国专家就不知道此检验。
另外,就广州地铁隧道的现状来看,隧道防水的薄弱环节不是管片本身,而是管片成环时片与片、环与环之间的缝隙。此外管片设计时也没考虑单体管片抗渗试验时的受力状态,在以往的试验中我们就曾经试过把管片从环向中间掰裂,产生环向裂纹。试验本身是否必要,应该怎样试验,达到什么标准要求,试验频次如何定等,都是目前需要慎重考虑的。
伴随着盾构技术的日渐成熟,目前钢筋混凝土管片是盾构使用的主力军。盾构应用的普及必将导致钢筋混凝土管片向标准化、规模化的方向发展。对我国的现状来说,管片生产制作仍处于不断摸索、不断完善的阶段。我们认为,当前迫切需要加快管片标准的资料收集与制定工作,尽快制定出符合盾构现状的规范标准,指导管片生产。要加强区域联合与沟通,实现技术共享,共同探讨管片的规模化发展。另外,在条件允许的情况下,可以探索新的管片形式,例如钢纤维混凝土管片等。