盾构管片外观质量控制技术研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 25 日 作者简介：李超（1990），男，汉族，陕西渭南人，初级职称，大学本科，研究方向为交通土建。-120-盾构管片外观质量控制技术研究 李 超 中交二公局铁路建设有限公司，陕西 西安 710199 摘要：摘要：针对地铁盾构混凝土管片预制施工过程中易出现的质量问题，统计分析了裂缝、气泡、色差、崩边、外弧面波浪纹、端头超厚等问题占比并剖析形成的根本原因。针对色差问题，提出了图像识别和色差仪两种质量检测方法。从振捣、原材料、保湿、模具、收面工艺、钢筋笼精度等方面提出了技术控制措施，从环境、人员、材料、检查等环节提出了施工管理措施。关键词：关键词：混凝土管片；色差；外弧面波浪纹；质量控制；施工管理措施 中图分类号：中图分类号：TB 0 引言 地铁是城市交通建设的重要组成部分，盾构是地铁隧道的主要方法之一。盾构混凝土管片的预制质量直接影响整个地铁线路的稳定性和安全性。然而，现有混凝土管片生产和施工存在许多影响质量的问题，如裂缝、气泡、色差、崩边、外弧面波浪纹、端头超厚等，不仅降低混凝土管片的使用性能和寿命，也给地铁运营留下安全隐患。本论文旨在对混凝土管片的原材料、制作工艺、运输存放、拼装试验、维修检测等环节进行研究，并讨论预制管片的质量控制和施工管理措施，目标是找到解决上述质量问题的有效方法，并提供一个全面、具体、实施性强的管片外观质量控制措施。1 外观质量检查与统计 在混凝土管片生产完成之后，通过随机取样的方法对管片进行外观质量检查，并对所取样本的外观质量问题进行统计。通过对所抽取的 105 个样本的检查，发现样本存在气泡、色差、崩边、外面面波浪纹和端头超厚的问题。所得到的统计结果见图 1。根据所统计的结果分析，管片外观的气泡问题和色差较大问题较为突出，分别占所取样本的 19%与23%，外观色差较大是最突出的外观问题。2 问题成因分析 气泡的形成通常是由于在搅拌过程中没有充分振动除气，因此，通过改进混凝土的搅拌方式和增强振动控制，可以避免气泡的形成。色差可能是原料的不一致或者骨料和水泥本身有色差导致的。比如，如果使用的水泥或骨料来源于不同的供应商，可能会导致颜色不一致。选择质量和颜色稳定的原料供应商，并且严格控制原材料的配比，能够有效控制色差较大的问题1。图 1 管片外观质量问题统计柱状图 崩边通常出现在混凝土管片的边缘部位，塑化剂使用不当与振动过度是崩边问题的主要原因。避免这种情况的方法是优化混凝土的配合比，使得其具有较好的浇筑性和塑形性，并且在拆模和搬运过程中要避免与管片边缘的碰撞。外弧面波浪纹的出现可能是由于盾构管片模具不平整，或者模具质量太差，表面粗糙不平或有瑕疵，被浇筑的混凝土就会产生平滑纹。同时，浇筑过程中水泥浆的分离也可能形成波浪纹2。端头超厚这种问题往往是由于设计时的图纸存在缺陷或者浇筑工艺存在问题。准确地执行设计图纸能够有效地避免这样的问题。如果是由于浇筑工艺问题导致的，可能需要改进模具定位，调整混凝土浇筑顺序，甚至引进先进的浇筑技术，以便精确控制管片长度和厚度3。中国科技期刊数据库 工业 A-121-生产原料、制作工艺、运输和存储等方面如果不能严格控制，也导致以上问题的出现，因此也要加强控制。生产原料方面，对原材料的选择和质量严格把控至关重要。需要进行恰当的原材料选择和严格的原材料验收，保证材料的质地、孔隙结构、化学性质、机械性能等精细属性都符合生产的严格要求。制作工艺方面，优化制造流程能显著改善盾构管片的产品质量。比如，模具设计的优化可以提高产品的外观和结构的一致性，生产工序的调整可减少生产过程中的误差，精确的制程控制有助于提高成品的一致性和减少产品缺陷。运输和存储方面，产品在储存和运输过程中也需要严密的管理。盾构管片应妥善堆放，防止相互碰撞和磨损，对于长期存储的产品，应做到防雨、防直射阳光、通风干燥。同时，在运输过程中也应防止剧烈的震动和冲击，避免损伤管片。3 质量检测方法 盾构管片外观色差较大问题是最为突出问题，针对色差较大问题，提出了两种质量检测方法。3.1 图像识别法 图像识别法主要利用专业的图像处理软件和硬件设备（如高清晰度相机、精密的照明设备等）采集混凝土管片的图像信息，通过算法分析处理，对比标准样本颜色和实际管片颜色的差异，从而达到精准检测色差的目的4。使用图像处理技术进行色差检测的步骤如下。（1）硬件准备：高清晰度相机，精密的照明设备，一个色差对比的软件工具以及一个标准色差样本。（2）参数设置：在进行色差检测前，在 MATLAB软件中设置合适的色差阈值，同时调整摄像机和照明设备的参数以确保采集的图像质量和真实性。（3）图像采集：将混凝土管片放置好，通过已经调试好的高清晰度相机采集混凝土管片的图像。（4）图像处理：导入采集的图像，软件会自动进行图像处理，包括图像清晰度调整、颜色准确度测定等。（5）结果分析：对软件给出的检测结果进行分析，如果出现大于设定阈值的色差，那么需要详细分析产生色差的原因5。例如所采集到的图 2 与图 3，图像采集完成后，采用 MATLAB 软件对图像进行处理，首先读取一张图片，然后使用 rgb2lab 函数将 RGB 颜色空间转换为 LAB颜色空间，再使用色差公式计算色差值，并通过 mean函数计算色差矩阵中所有元素的平均值，最终得到平均色差值。平均色差值的取值范围将取决于图像和参考颜色之间的差异。在图像识别中插入两张图片，对色差值进行计算。图 2 的色差相对图 3 较小，前者色差值为 7.96，后者色差值为 9.16。图 2 色差较小的盾构管片 图 3 色差较大的盾构管片 3.2 色差仪检测法 在工程实践中，混凝土管片外表面色差对工程质量、安全和美观度有重要影响，需要引起足够的重视。对于色差检测，目前常见的方式是通过色差仪进行测量。色差仪被广泛应用于颜色检测领域，它能测量和计算物体颜色的各项参数，如：Lab 值，RGB 值，HSV值等，并能对比不同的颜色间的色差6。其中，Lab和 RGB 是两种常见的色差测量和表述方式。色差仪的工作原理与光电效应密切相关，色差仪可以发射一种称为光源光的稳定光源，此光源会照射在待测物体上，然后物体对这种光源光的反射光或穿透光将被色差仪的探头接收。接收后的光信号会被转换成电信号，进一步被信号处理系统转换成人们可以容易理解的数据指标7。色差仪可以获取混凝土管片颜色的 Lab 值或 RGB中国科技期刊数据库 工业 A-122-值。其中，L 表示视觉亮度，a 表示红绿印象向量，b表示黄蓝印象向量。RGB 值则表示红色、绿色、蓝色三原色值。两组 Lab 值或 RGB 值之差就可以表示两种颜色之间的色差。使用色差仪对混凝土管片色差检测步骤如下。（1）选取标准样本：应选择色差小，且代表性强的混凝土管片样本作为参照。（2）零点标定：在将色差仪放置在无色差的标准白板上，进行零点标定，从而保证测量结果的准确度。（3）确定测量位置：一般在混凝土管片表面选定几个代表性的测量点，进行总体评价。（4）进行测量：将色差仪放置在确定好的测量位置，进行色差测量。（5）数据比较：将测量结果与标准样本的颜色值进行比较，如果差异超出了预设的允许范围，则认为色差过大。在实际操作过程中，低温或高温，湿度过高或过低，或者彩色光的照射等都可能影响测量结果。因此，应选择适宜的环境条件进行测量。色差计是一种专业的色差测量工具，它可以将人眼无法识别的细微色差转化为数字化的数据，从而对产品的色彩进行准确的量化分析和控制。这种方法的优点是准确性高，仪器可以比人眼更准确地识别和测量色差，避免了人眼在颜色识别上的主观性和不稳定性，结果以数字化的形式表现，易于存储、转移和比较，方便了数据的管理和使用。但是成本较高且对于具有良好反光性或透光性的材料，需要特殊的测量方法，否则可能会影响测量的准确性。4 质量控制措施分析 4.1 技术层面 对于气泡问题，可以对振动和质量检测两方面进行改进。振动方面，优化振动设备参数和施工方法，包括振动强度、频率和振动时间等，以确保混凝土充分搅拌。质量检测方面，采用无损检测技术（如斑点检测）对盾构管片进行检测，以识别和定位潜在的气泡缺陷。对于色差问题，可以从原料控制和薄膜覆盖两方面进行改进。原料控制方面，严格控制原料的质量和配比，确保颜色均匀一致。薄膜覆盖方面，采用高质量的覆盖材料，包括涂料或薄膜，以提供一致的颜色和表面质量。对于崩边问题，可以从模具设计、脱模和吊装方面进行改进。模具设计改进方面，优化模具的结构和材料保证，模具制作的精确度和耐用性。脱模改进方面，采用适当的脱模剂，确保混凝土与模具分离顺利，减少崩边的发生。吊装改进方面，合理设计和安装吊装设备，避免对支撑结构管片产生额外的应力和变形。对于外弧面波浪纹问题，可以从收面工艺和模具检查修复进行改进。收面工艺方面，优化收面工艺，确保盾构管片外弧面的表面平整度，减少平滑纹的出现。模具检查与修复方面，定期检查和修复模具，确保模具的弧度准确和完善，以提高收面质量。同时，浇筑过程中混凝土的影响和水泥浆的分离也可能形成平滑纹,所以要加强原材料的质量把控与混凝土的充分搅拌。对于端头超厚问题，可以从钢筋笼精度提高和收面两方面进行改进。钢筋笼精度提高方面，严格控制钢筋笼的制作过程，包括施工和焊接质量，确保端头的精确尺寸。收面方面，改进收面工艺，适当采用的方法和设备，保证端头收面的平整度和精确度。4.2 施工管理层面 环境控制方面要加强温度控制、湿度控制和风速控制。温度控制要确保施工环境的温度合适，避免过高或过低温度对混凝土的凝固过程产生不利影响。通过监测和控制施工现场的温度，使用合适的保温措施或设备，保证混凝土的凝固过程在合适的温度范围内进行。湿度控制要控制施工环境的湿度，避免水分过多或过少对混凝土性能产生影响。采取适当的防水措施，覆盖防雨棚或喷水支架等，确保施工现场的湿度在适当的范围内。风速控制要控制施工现场的风速，防止风吹走混凝土表面的水分或产生风化现象。通过设置风墙、围挡或设置风速监测设备，确保风速不会对混凝土的质量产生不利影响。人员控制方面要提高人员素质要求和明确人员工作责任。人员素质方面，对施工人员进行招聘和培训，确保他们具备相关技能和经验，能够正确理解和执行施工方案。要求施工人员具备相关的工程知识和技能，能够准确执行质量控制要求，并能够适应复杂的施工环境需求。工作责任方面，明确各个岗位的职责和责任，确保每个人都能够理解其在质量控制中的角色和中国科技期刊数据库 工业 A-123-责任，并能按要求履行责任。建立明确的工作责任分工和协调机制，确保每个人都能够理解并承担起自己的工作职责。材料控制方面要加强原材料原则控制和进料检验控制。原材料选择要严格按照技术规范选择符合要求的原材料，确保其质量可靠。要求供应商提供符合国家或地区相关标准的原材料，并进行合理的供货管理，确保原材料符合质量要求。进料检验方面要对原材料进行进货检验，包括外观、尺寸、强度等参数的检测，确保原材料达到质量要求。建立进料检验制度，制定相应的检验方法和标准，确保每一批原材料的合格性。质量检查方面要加强现场检查和成品检验。现场检查要建立定期和不定期的现场检查制度，对施工过程进行抽查和监督，包括模具安装、混凝土浇筑、振捣等后期的质量控制。确保施工过程中的各个环节符合技术规范和质量要求。成品检验要对成品盾构管片进行全面的质量检查，包括外观检查、尺寸检测、强度测试等。采用合适的检测方法和设备，对成品进行全面评价，确保成品的质量符合要求。人员培训方面要加强技术、安全和质量意识方面的培训。技术培训方面，为施工人员提供相关的培训，包括混凝土浇筑技术、模具安装技术、质量控制要求等方面的培训，提高其技能水平和质量意识。安全培训方面，培训施工人员的安全意识和安全操作技能，确保施工过程的安全性和质量。质量意识培养方面，通过组织经验交流、技术交底等形式培养施工人员的质量意识，认识质量对工程的重点，关注质量细节和问题排查。5 结语 针对混凝土管片生产和施工过程中易出现的裂缝、气泡、色差、崩边、外弧面波浪纹、端头超厚等质量问题，成因主要来源于生产原料、制作工艺和运输储存三方面，因此针对不同的问题，需要做出相关调整。对于较为突出的管片外观色差较大问题，运用图像识别技术提出了关于外观气泡问题和色差较大问题的质量检测方法，并提出了色差仪检测法。在预制管片的质量控制及施工管理措施的改进中，需要加强对于环境、人员、材料、质量检查和人员培训方面的控制，进而对盾构管片的外观质量起到改善作用。参考文献 1汪伟.盾构管片拼装施工技术J.城市住宅,2021,28(1):214-215.2王晓迪.考虑纵缝接头刚度折减的盾构管片性能研究J.铁道建筑技术,2023(4):108-112.3宋泽霞.预制盾构管片高性能混凝土的应用研究J.工程建设与设计,2023(1):207-209.4杨兴武.地铁盾构管片质量控制措施J.工程机械与维修,2021(3):124-125.5杨磊.盾构管片的生产工艺分析J.湖北理工学院学报,2020,36(4):35-38.6肖承龙.盾构管片生产工艺介绍J.中国科技纵横,2010(9):54.7刘福宏,邢金兰,孙振西.盾构管片生产工艺研究J.天津建设科技,2004,14(2):38-40.