摘 要：文章阐述了地铁管片在冬季预制过程中的质量控制要点，以保质保量为目标，对盾构管片在冬季生产中存在的问题、调整方法进行了探讨。分别从混凝土管片施工过程（原材料把控、热水搅拌混凝土、配合比设计、混凝土浇筑）、后期养护过程（蒸汽养护控制）两大方面改善冬季施工条件，经实践证明，效果良好。

1  引言

管片作为盾构法施工的隧道工程永久性衬砌结构，已被广泛运用至城市轨道交通、大直径越江隧道及电力隧道、污水排放等施工领域。作为隧道最内部的保护结构，其产品质量将直接关系到隧道的寿命及使用安全。多年以来，管片生产技术、施工工艺及质量管理的体系也随着行业发展不断深化、细致。

为了满足大量的构件使用需求，必须确保冬季施工中的生产效率，但如按原施工工艺进行生产，管片将易出现裂纹、表面收缩性裂缝等质量问题，降低管片外观及使用质量，故在管片冬季施工过程中，需对管片混凝土、生产及养护阶段，采用冬季施工各项措施并加强监督控制，以保障管片冬季施工质量，确保管片生产在产量与质量之间寻找到最佳平衡点，这也是管片生产企业不断追求的目标[1]。

2 管片冬季施工难点

根据国家标准JGJ/T104-2011规定：当昼夜平均气温连续5d低于5℃或最低气温低于-3℃时即进入冬季施工，应采取一定的冬季施工措施，以保证混凝土施工的顺利进行，保证产品质量[2]。一般情况下，南方地区（如：江苏、浙江及上海等地）每年11月底至次年3月初为冬季施工周期[3]。

冬季施工气温较低，管片制作过程中混凝土浇筑后初凝时间延长，对此阶段生产效率带来较大影响，混凝土搅拌质量难以控制、作业环境气温与管片实体温差易造成表面“龟裂”及裂缝（非贯穿性裂纹）等问题，制约冬季产品质量，且无法确保产能效益，故在冬季施工中，能有效缓解因温差带来的质量隐患是提高产品质量、确保生产稳定的关键。

3  冬季施工中管片生产质量控制重点

3.1原材料要求

水泥、骨料、外加剂、水，对于工程所用的各种原材料提供出厂质量合格证、出厂检测报告和具有相应资质的检验单位出具检验合格报告。

（1）水泥要求：水泥宜采用符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007标准中的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，干燥密封保存，过了使用日期或者已经结块的水泥禁止使用。

（2）骨料要求：混凝土用粗骨料应符合《GB/T14685-2011建设用卵石、碎石》中各项技术要求，细骨料符合《GB/T14684-2011建设用砂》中的要求。粗骨料应选用质地坚硬、清洁、级配良好的材料，要求使用连续粒径5～25mm的碎石。细骨料要求使用中砂，不得使用海砂、山砂及风化严重和多孔砂，在冬期施工中严禁骨料中混入冰、雪、泥块等物质，要使用干燥、清洁的材料，这样也是为了使得预制管片生产出来后，尽量达到清水混凝土效果，减少后续过多的修补程序，减少建筑垃圾，降低成本。故需每日精确检测砂、石含水率，及时对施工配合比进行相应的调整。

（3）外加剂要求：使用长期合作厂商提供的聚羧酸超早强、非缓凝型外加剂；进场要验收：每50t为一批，不足50t也作为一批。外加剂桶缠绕伴热带及保温棉保温，里面有循环泵定时进行均匀搅拌，保证外加剂均匀使用。

（4）混凝土用水要求：采用不含影响水泥水化或促使钢筋腐蚀的拌合用水。符合《混凝土拌合用水》（JGJ63-2006）的要求。冬季施工中，选择热水效果最好，热水温度控制在50℃以上。

3.2热水搅拌混凝土

与春夏季节生产不同，管片冬季施工中多采用热水拌料，这一施工工艺正是管片冬季施工中保质保量最重要的一道环节。

自传统固定模具振动棒浇筑至现今流水线生产模式，管片冬季施工中均采用热水搅拌混凝土，缩短混凝土初凝时间的同时、提高早期强度，对产品质量及产能保证具有显著效果[4]。混凝土搅拌用水需加热至40～70℃（根据不同气温可相应调整水温），满足混凝土规定入模温度（混凝土入模温度不低于5℃）。如遇极端寒冷天气，考虑将砂石集料加热，任何情况下严禁将水泥加热。混凝土搅拌时为防止水泥出现“假凝”现象，搅拌用水不得与水泥直接接触，且水温严格按规范要求进行控制，水加热温度见表1。

表1 水加热温度

3.3 混凝土冬季配合比设计

在混凝土的众多指标的控制中，混凝土的坍落度以及水灰比是控制的重点和难点[4]。坍落度直接反应混凝土的和易性，决定施工的正常进行与否， C60管片混凝土的坍落度控制在50±10mm。水灰比也是控制混凝土质量的一种重要指标，水灰比的控制决定着混凝土的安定性及强度。冬季管片混凝土坍落度数据如表2所示。

表2 冬季管片混凝土坍落度数据

冬季施工，由于温度低水泥初凝较慢，就需要适当降低水灰比，太多用水量可能会导致混凝土内部形成较多孔隙，导致强度下降。表2、图1分别是冬季施工管片混凝土的配合比设计数据、强度值。

由表2可知，试验组1～5的水胶比依次增大，对应的坍落度逐渐上升。水胶比0.28时，坍落度25mm，不利于现场混凝土管片的浇筑，肉眼观测混凝土太干。而当水胶比高达0.36时，坍落度高达80cm，放置1min边缘处明显看到混凝土浆液分泌出来，出现分层效果。所以江浙沪地区，冬天管片混凝土的坍落度控制在40-60mm左右，比较合适，对应的水胶比在0.3-0.35较好。

图1 混凝土抗压强度

分析图1可知，试验2、3组的强度最大，效果最好；随着水胶比的增大，7d、28d混凝土抗压强度呈现先上升再下降的趋势。可能因为太小的水胶比不足以使得水泥完全水化，而过大的水胶比导致冬季初凝时间较长，影响早期强度，同时也会导致混凝土孔隙率增大，强度下降。图1点线图显示水胶比0.36的试验5对应的7d混凝土抗压强度与28d强度相差较大，早期强度较低。

故而，综合坍落度、抗压强度试验结果，得出在江浙沪地区，地铁管片冬季施工较为合适的混凝土水胶比为0.30-0.32，从节约材料、成本的角度考虑，较适合的用水量为150kg/m3，水胶比0.30。

3.4 夏、冬季管片混凝土浇筑控制差别

（1）冬季施工中，为确保混凝土本身满足质量要求，控制凝结时间，对混凝土需做调整：通过对配合比及搅拌方式的调整，采用附着式振捣，可将混凝土初凝时间由原120min控制为60min左右，自混凝土入模至管片收水结束、拆除芯棒时间由原180min控制为12min左右，混凝土初凝时间控制，可有效确保产品质量，也能提高模具的周转率。

（2）搅拌时间从原夏季施工最短时间90s调整为180～240s；

（3）时刻设检查人员进行温控检查；混凝土入模温度不低于10℃；并且混凝土的浇筑要连续，随浇筑、随振捣、随覆盖，减少热量散失，确保混凝土在蒸养前的温度。

4  管片养护环节的过程监控

管片混凝土较多采用自然养护工艺，如遇低气温条件下，生产单位将考虑辅助养护措施，以确保混凝土早期强度及企业生产效益。混凝土蒸汽养护多采用于管片冬季施工过程中，是通过蒸汽升温加速混凝土早期强度，使管片迅速达到最低起吊强度的过程，此技术在管片冬季生产中已被广泛运用，具有加速混凝土早强、提高产能等优点[5]。但此技术如操作过程不当，过程监控不严，将对管片质量带来极大隐患。

管片蒸养根据GB/T22082-2008规范要求分为静养、升温、恒温及降温3个过程，静养阶段的温度控制于20℃~25℃，时间为2h，因施工车间内温度情况不同，静养时间可根据混凝土实际初凝情况进行适当调整；升温速度不超过15℃/h，较快的升温速度将直接造成管片表面裂缝；恒温温度不大于60℃（现场实际控制于55℃以下）。恒温时间根据实际气温适当调整；降温速度不超过20℃/h，至管片表面温度与车间内温度相差小于20℃时结束蒸养，方可进行拆模，拆模后管片进入水养护池进行7d水养，管片入池前其表面温度与水温差不大于15℃。

蒸养过程中管片将使用塑料薄膜进行覆盖直至管片拆模、起吊，以确保混凝土体不失水分，同时关闭车间门、窗，以保证施工现场温度，杜绝因通风造成管片裂纹，升温及降温速度须严格按规范要求进行，过快的升温及降温速度将造成管片表面收缩性裂缝，对管片抗渗性能及使用寿命带来影响，故对过程中温度的检测、监督及温度合理控制至关重要。目前管片生产流水线配备全自动温控系统，较以往人工操作蒸养在各阶段温度的控制更为精准，生产流水线设计明确划分管片蒸养各阶段区域，并由传感器进行温度监控，控制升温及降温速度，能确保管片蒸养环节严格按规范要求进行。

5 结语

冬季施工并非管片生产的黄金时期，较低的气温制约产量的同时对产品质量提出挑战，产量与质量之间的平衡点在于对不同气温条件下实施有效的质量控制措施。通过优选原材料、调整配合比、严格按规范执行混凝土浇筑、振捣、管片蒸养作业，合理使用热水搅拌混凝土技术可确保管片在冬季施工中符合设计及规范要求、确保管片设计使用寿命。而管片质量管理的核心在于控制温差，降低其对混凝土及管片实体养护期间造成的影响，以确保管片质量合格率100%。

摘自《上海隧道》