盾构隧道混凝土管片制作施工工法

盾构隧道混凝土管片制作施工工法中铁十六局集团盾构工程项目经理部一、前言目前国内城市地铁建设开始高速发展，而在城市内进行地铁施工，对文明施工、地面沉降控制、建筑物保护等要求都比较高，因此明挖法和传统的矿山法隧道施工已逐渐被造价低、机械化程度高、施工安全系数高的盾构法隧道施工所取代。而管片衬砌的质量最终决定了盾构隧道的施工质量，我局于2001年3月首次承担了深圳地铁盾构隧道的施工，为争创优质工程，首先在管片生产上入手，大力开展科技攻关，不断完善施工工艺，通过采用风动振捣和蒸气养护工艺，在短短的7个月时间里顺利圆满完成了2900环、17400块管片的生产任务，解决了管片外侧浮浆较厚、容易出现大面积气泡、脱模过程中崩角、掉块等一系列难题，在总结这些施工经验的基础上形成本工法。二、工法特点（1）采用高精度钢模，低坍落度混凝土，风动振捣，蒸汽养护技术，快速生产高精度、高强度、高质量的管片。（2）施工作业规范化、程序化、标准化。三、适用范围本工法适用于各种盾构隧道管片制作，对于制作精度要求比较高的高强度混凝土预制件也有一定的指导作用。四、施工工艺（1）工艺流程见图（一）（2）操作要点a.浇注混凝土前的准备工作：①清洗模具：组模前要对钢模进行彻底清洗，混凝土残渣必须全部铲除，内表面使用胶片配合清理，并用高压水冲洗干净。②喷涂脱模油：使用雾状喷雾器喷涂，然后抹布均匀抹，使模具内表面均布薄层脱模油，如出现脱模油流淌，用棉纱清理干净。③组模：模具的质量，特别是尺寸精度，对生产出合格的管片，拼装成尺寸准确的衬砌环是极其重要的，因此要严格控制组模质量。④模具检查：模具组装完毕后，由专职质检员用内径千分尺在模具指定位置进行宽度检测，同时对模具的内弧面平整无翘曲。⑤钢筋笼骨架入模：钢筋笼在靠模上制作完毕，用龙门吊配合专用吊具按各种上脱模油、组模模具检验准备模具钢筋笼及预埋件安装钢筋笼检验钢筋笼制作砼浇注捣固砼检验砼拌和砼试配抹面、蒸汽养护废弃混凝土脱模并标记管片运输至工地水池养护喷淋养护规格将钢筋笼放入模具内，钢筋笼型号与模具型号要匹配，保护垫块位置准确。模具准备b.混凝土浇注①混凝土配合比必须进行试配，并进行试验以获取正确的养护时间和抗压强度。并符合如下要求：混凝土立方体强度及抗渗试验；检验混凝土配合比能否满足抗渗和设计强度的要求；管片吊装孔抗拔试验，检验吊装孔最大抗拔能力以确保管片安装时的安全。②混凝土浇注前的准备工作完成后开始混凝土浇注，用龙门吊将装满坍落度70±10mm、强度C50、抗渗S10的防水混凝土的混凝土斗吊至模具上方，然后先模具两端后中间进行放料。③开动模具上的附着式风动振动器振捣，振动时间长短的判别是观察混凝土与侧板接触处，如不再有喷射状气、水泡并能均匀起伏为适当时间，一般控制在4～6分钟，不得超过8分钟，振捣采用混凝土分批放料，从而实现分层振捣。④为减少管片成型后的气泡、水眼，待风动式振动器振捣完以后，加以振动棒振捣密实，振捣时不准碰撞钢模和预埋件，做到先中间，后两边，每个振动点振动时间控制在10～20秒内，振动完成后缓慢拔出振动棒。⑤全部振捣成型后，视气温及混凝土凝结情况，大约10分钟后拆除压板，进行光面。光面分粗、中、细三个工序，粗光面：使用铝合金压尺，刮平去掉多余混凝土，并进行粗磨。中光面：待混凝土收水后用灰匙进行光面，使管片平整、光滑。精光面：使用长匙精工抹平，力求表面光亮无灰匙印，管片外弧面平整度的误差差值不大于±5mm。检查钢筋笼浇注混凝土c.养护①蒸汽养护：混凝土振动成型并光面2小时后，混凝土表面用手压有轻微的压痕时，在管片外弧面上盖上湿润的养护布，将用于蒸汽的帆布套在模具上，下部同地面接触的地方用木方压实，在帆布套上预留的小孔中插入温度计，检查无误后通入蒸汽，布置于模具底部的蒸汽管布满小孔，蒸养时蒸汽会从每个小孔中均匀的喷出来，使整个模具均匀的升温，升温时速度在每小时15～20℃，防止升温太快管片出现收缩裂纹，最高养护温度50～60℃，恒温3～4小时，降温速度在每小时15～20℃，并保证蒸养后的管片温度与外界温度差不大于20℃。在整个过程中要每半小时查看温度计上的读数，发现问题用调整蒸汽通入量的大小来调节温度。蒸汽养护水养护②脱模后的养护：管片脱模后吊入水池内进行养护，确保管片完全浸泡在水里，管片入池时管片与池中水的温度差不得大于20℃，养护周期为7天，然后进行淋水养护，保持管片外面湿润，喷淋养护达到28天龄期。d.脱模①管片通过蒸汽养护足够时间后，测试混凝土试块强度，当强度达到15Mpa以上时，开始组织脱模。②拆模顺序：叠齐养护布；拆卸手杆螺栓，清除混凝土残积物；拆卸旁模与底模固定螺栓；拆卸侧模与端模连接螺栓，两侧和端模拆开后，使用专用水平起吊吊具，用龙门吊将管片吊出到管片翻身机上。③拆模中严禁锤打，敲击模具等野蛮操作，管片起吊时，地面操作要由多人配合进行，确保管片垂直出模，以免损坏管片。e.三环试拼装①管片正式生产前和每生产100环管片后，由于管模可能尺寸不够精确或生产过程中震动变形，因此需要进行三环试拼装以检查管片几何尺寸和模具是否符合要求。②为保证拼装质量，需制作一个钢筋混凝土平台，平台确保水平，误差控制在2mm以内。③制作12个拼装支架，支架能够在高度上进行微调，以便矫正管片拼装后管片脱模的水平。④拼装顺序：首先在平台上画直径为管片内径和外径的两个圆，作为拼装时的参考线；先放置标准块，再邻接块，最后放入封顶块；一环拼装完后，错缝拼装另两环。⑤检测：管片拼装完后利用不同型号的插片对管片之间的纵缝、环缝进行测量，以检测各管片之间的缝隙是否符合要求；再用水准仪分别测量各接缝的几个点，然后计算这几个点是否在同一水平面上。f.管片修补①在管片脱模和搬运过程中不可避免的会发生管片掉角、崩块现象，需要进行修补。②管片外表面的气泡,蜂窝或漏浆:深度＜5mm时,用西卡胶皇拌和水泥逐个填平;深度＞5mm时,先用锤子或凿子刮去表面微细裂痕,用水清洗基层,清除所有的浮浆,油迹,粉尘等杂物,然后装上木模板,用西卡胶皇修补拌和水泥进行曲修补填平,干后再涂一层混合浆液,干透后(24小时)再打磨。③管片露筋:基层处理,用刀刮去钢筋表面的污垢,再用高纯度酒精清洗钢三环试拼装检验筋。待干透后，使用小灰铲进行修补，修补分二次进行。第一，初步修补，管片周边装好木模后，涂底层浆液，再用修补剂混合水泥将修补部位填平，第二，表面涂一层混合浆液待干透后，用砂纸进行磨平修整。④边角崩块：基层处理，用锤子或凿子刮去表面微裂痕，去除油迹和灰尘，修补处理分二步进行，第一，装好木模，填平该修补的部位。第二，表面涂一层混合浆液，干后用砂纸磨平修整。（3）注意事项a.严禁使用铁器进行内表面清模。b.放入钢筋笼之前必须对钢模内弧面宽度进行检测，装配好模具后必须对钢模外弧面进行检测。c.拆模中严禁捶打，敲击模具等野蛮操作，管片起吊时,地面操作由四人配合进行，确保管片垂直出模,以免损坏管片。d.拆除垫圈时不能硬撬，硬敲，以免损坏垫圈和管片。五、机具设备（主要机具设备见表1）序号设备名称规格数量备注1管模宽度1.2米8套可根据施工进度确定数量2龙门吊16吨跨度22米3可根据隧道施工进度和现场场地大小确定3龙门吊10吨跨度17米24锅炉SHF-106设计压力10Kg/cm21提供蒸气5空气压缩机排气压0.7MPa2风动振捣6翻片机额定荷载5吨3管片翻身7试块制作器具抗压、抗渗6套8水平起吊吊具5吨2可自制9垂直起吊吊具5吨2可自制10混凝土下料斗1.5m3，1m32可自制11内径千分尺100～200mm/0.01mm112游标卡尺0～2000mm/0.05mm213混凝土搅拌站ELBA45M3/h114叉车10吨415养护设备蒸汽罩48套16塞尺各种型号规格2把17钢筋加工设备2套包括弯曲机、切断机、电焊机等六、劳动组织（见表2）序号工序工种每班数量工作内容1钢筋笼制作钢筋工16根据图纸弯曲下料电焊工6气体保护焊2模具组模工10组装模具模具检测工33混凝土混凝土拌合10混凝土工8光面4养护4试验及修饰84其它门吊司机4保全4机动1铲车司机2监控1七、质量控制1、质量标准（1）管模检测标准名称误差范围(mm)(mm)内弧弦长度+1-1厚度+1-1宽度+0.5-0.5螺栓孔一尺寸和位置+1-1（2）管片成品标准序号检测内容要求方法允许误差1内弧弦长度检测率100%游标卡尺±1mm2厚度检测率100%游标卡尺+3，-1mm3宽度检测率100%游标卡尺±0.5mm4螺栓孔尺寸位置检测率100%游标卡尺±5mm5嵌槽与密封槽检测率100%游标卡尺±5mm（3）三环试拼装标准（4）抗渗标准应有10%的管片进行检漏测试，其检测抗渗压力为0.8Mpa，恒压时间为2小时，以渗透深度＜1/5管片高度为合格。2、质量保证措施（1）建立质量保证体系，开展全面质量管理活动，各工序指派专人负责，技术人员跟班作业。（2）加强对原材料质量检验，材料质量必须符合国家现行标准。做好台帐登记，同时通知试验部门取样试验。（3）管片必须按设计要求及质量标准进行验收，验收合格的钢模方能投入生产。在生产过程中，质检人员每天对钢模的主要技术指标进行实测实量，不断矫正管模尺寸。（4）钢筋笼入模后，按标准要求对每个钢筋笼进行校正。对环、纵向螺栓孔位置、保护层厚度进行校正实测，合格后方可进行混凝土浇注。（5）混凝土搅拌站要经常对各类衡器进行检验，使用过程中加强维护保养，使称量系统始终保持良好的工作状态。（6）混凝土振捣时要严格控制风动频率和时间，避免过振和漏振产生气泡或浮浆。（7）管片达到16Mpa强度后方可脱模，并在管片上印刷生产日期、型号、编号。八、安全措施1、对管片生产的全体操作人员进行安全、技术交底，并进行岗位责任制和序号内容检测要求检测方法允许误差1环缝间隙每环测六点插片1mm2纵缝间隙每条缝测六点插片2mm3成环管片外径各测六点用钢卷尺≤2mm4成环后内径测六点卷尺≤1mm5螺栓孔中心圆测六点卷尺±2mm各项操作规程学习。2、车间人员进厂后必须带好安全帽，不得在起吊物下站立或行走。3、门吊司机必须经培训考核后才能进行单独操作，工作时必须集中注意力，听从起重工的指挥。4、车间内一切机械设备严格按有关操作规程操作，做好经常性的检查保养工作，非操作人员一定不得擅自使用。5、各种吊运钢丝绳、夹具、销轴等物件使用之前必须检查，并及时修复更新。6、管片堆放不得超高，要堆放平整，避免倾覆。九、效益分析1、与矿山法隧道衬砌相比，管片衬砌属工厂预制，质量有保证，而且生产速度快、精度高。2、在盾构法隧道施工开始在我国大面积普及的今天，管片的制造生产有着广阔的发展前景。十、工程实例我局承担的深圳地铁一期工程华强路～岗厦区间采用盾构法施工，隧道全长3471.6m。管片衬砌外径6000mm，内径5400mm，每环平均宽1.2m，厚300mm，为楔形量51mm的单层通用管片，钢筋混凝土管片强度等级C50，抗渗等级S10。为国内首次采用“3+2+1”模式单层通用装配式管片衬砌，所谓“3+2+1”模式，即每环管片为6块分成三部分，一部分标准块3块，一部分邻接块2块，插入式封顶块1块。采用该管片，通过不同的拼装组合可以实现一定半径的隧道曲线。管片生产模具是从德国进口8套钢制模具，运用本工法采用风动振捣和蒸汽养护工艺，日生产能力达到2环/套，每天16环。法国索菲图佐罗总监全程监理了整个2900环管片的生产过程，认为我们生产的管片达到了欧洲一流水平，并得到了建设单位的高度评价。