盾構法管片高精度預制工藝設計

馬騰飛++李樹忱++戴洪偉

摘 要：針對超大直徑盾構隧道所采用的管片制作精度要求高、混凝土強度高、抗?jié)B要求高，在制作過程中容易出現(xiàn)成型尺寸超差、管片裂紋等問題，提出盾構法管片高精度預制工藝，可有效確保工程安全質量。

關鍵詞：預制；管片；高精度；工藝

引言

隨著綜合國力的增強、技術的進步，盾構法施工越來越多的被國內(nèi)接受。目前國內(nèi)地鐵已經(jīng)使用盾構法的城市有上海、廣州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈陽、杭州、青島等，另外還有其他很多城市正在籌建[1]。由于盾構施工在工期、安全、質量等方面的優(yōu)勢，一些城市，如上海、南京、武漢等過江隧道工程也越來越多的采用盾構法施工。但是盾構在隧道內(nèi)拼裝的鋼筋混凝土管片需要提前預制，并且需要很高的制作精度、抗壓、抗?jié)B、耐久性等要求[2]，所以超大直徑盾構管片施工需要我們不斷總結，不斷提高。

針對超大直徑盾構隧道所采用的管片制作精度要求高，混凝土強度高，抗?jié)B要求高，在制作過程中容易出現(xiàn)成型尺寸超差，管片裂紋等問題，提出盾構法管片高精度預制工藝。

1 管片模具安裝調試

由于管片精度要求很高，所以模具的質量就顯得特別關鍵。管片模具成模精度誤差嚴格控制在±0.3mm范圍內(nèi)，采用高精度三維測量技術驗收。必須用指定的專用吊具移動組合后的模具，在磨具不在晃動情況下，輕輕落地[3]。模具在投入使用之前必須要經(jīng)過調試。具體做法為，在外觀檢查完成后，進行精度檢測，由技術人員采用內(nèi)徑千分尺對模具內(nèi)腔12個固定點（F塊四個點）進行測量，每個測量點都達到設計標準值允許的誤差范圍內(nèi)（±0.3mm），認為管片模具在寬度方向為合格，其他尺寸由用廠家提供的樣規(guī)來檢驗。

投入使用的模具，在均衡生產(chǎn)的過程中，要加強細節(jié)的管控：

1.1 模具清理

需要把模具內(nèi)關鍵部位如鎖孔座、灌漿孔座的混凝土殘積物徹底清理干凈[4]，可以使用抹布及專用鏟配合清理，必須把模具各接觸面、拼裝面、定位裝置表面、密封膠條等清理干凈。

1.2 模具組合

模具組合前需要檢查模具各部件是否潔凈，組模要按照正確的順序，采用扭矩扳手，使用同樣大小的扭力，這樣可以避免模具產(chǎn)生內(nèi)力及局部的變形，檢查模底板和側模板的連接縫橡膠密封條有否發(fā)生脫落或出現(xiàn)移位，防止由此引起模具精度超差和成品漏漿。

1.3 模具檢測

管片模具首次安裝就位后，要采用高精度三維測量技術校定。檢查模具是否組合合格：側板密貼需要旁板，底板需要緊密貼合側板、端板與底板，擰緊各個組裝螺栓；試生產(chǎn)后采用經(jīng)校檢合格的內(nèi)徑千分尺及模具廠家提供的樣規(guī)進行檢測，同時填寫檢測記錄，以便于在管片檢測時進行反饋，調整模具。

1.4 噴涂脫模劑

經(jīng)質檢人員檢測合格后，方可噴涂脫模劑，脫模劑必須均布在模具內(nèi)表面全部位置，沒有涂抹均勻的地方需要補涂或輕涂，可采用棉紗把底部兩端有流淌的脫模劑清理干凈。

2 鋼筋籠制作、安裝

鋼筋籠制作的規(guī)范與否事關管片成型后受力、鋼筋保護層是否符合設計要求，進而影響盾構隧道整體的耐久性。

2.1 鋼筋切斷

根據(jù)管片鋼筋布置圖，生產(chǎn)前進行試彎，編制詳細的管片下料表，嚴格規(guī)定下料長度，同時要求鋼筋制作班組按照下料表進行準確下料，每次切料，確定切料長度后試切斷不少于3次，切料長度穩(wěn)定后才允許進行批量切料。

2.2 鋼筋彎曲、彎弧

根據(jù)管片鋼筋布置圖比照模型，確定管片鋼筋彎曲、彎弧角度、弧度，編制相應制作表，要求：按照彎弧、彎曲鋼筋的規(guī)格，將從動輪的位置和芯軸的直徑調整準確，確保彎曲、彎弧的準確。

每次彎曲、彎弧試彎制不少于3次，彎制、彎弧尺寸穩(wěn)定、且達到設計要求后才允許進行批量生產(chǎn)。

2.3 鋼筋籠骨架成型、焊接

（1）嚴格按照鋼筋布置圖編制技術交底。

（2）必須在符合設計要求的靠模上制作鋼筋骨架。

（3）將檢查合格的各個部件擺放到靠模上的指定位置，然后需要測量調整并且檢驗各項尺寸，全部滿足要求后才可進行焊接工作。

（4）焊接順序：首先把有定位擋板一端的主筋焊牢，再焊接另一端的連接點位。從中間向兩端焊接主筋和箍筋，最后依據(jù)圖紙等間距的點焊端部構造附筋。

（5）把焊接后的鋼筋骨架吊離到指定地方，對其弧長、拱高、扭曲度、主副筋間距等項目尺寸進行測量，若有不合格的地方，需要返修到合格為止。

2.4 鋼筋籠安裝

（1）模具噴涂脫模劑完成后，進行鋼筋籠安裝。

（2）鋼筋籠安裝前，檢查鋼筋籠的型號是否與所要安裝的模具型號一致。

（3）鋼筋籠安裝前的狀態(tài)必須是“檢驗合格”。

（4）按照規(guī)范要求安裝墊塊，保證管片的保護層。

3 管片混凝土的施工工藝及質量控制

3.1 混凝土的拌制

（1）依據(jù)《普通混凝土配合比設計技術規(guī)程》（JGJ55-2011）中的規(guī)定進行管片混凝土配合比設計，管片預制生產(chǎn)用混凝土配合比必須滿足以下要求：C60高性能混凝土塌落度30～70mm；各種原材料必須滿足規(guī)范要求：

水泥：管片混凝土配制必須選用強度等級不低于52.5的普通Ⅱ型硅酸鹽水泥（低堿）代號P.Ⅱ，根據(jù)《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）確保其技術質量標準。

細砂：根據(jù)《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ52-2006），采用規(guī)格為中砂的硬質潔凈的天然砂作為細骨料，細度模數(shù)=2.6～3.0。

碎石：根據(jù)《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ52-2006），粗骨料應為深層的玄武巖，粒徑為5-10mm和10-25mm。

粉煤灰：采用符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-2005）F類I級粉煤灰。

礦粉：采用符合《用與水泥和混凝土中的高爐礦渣粉》（GB1804

6-2008）的S95礦粉。

（2）管片混凝土理論配合比（見表1）

（3）根據(jù)每次投料拌合的混凝土重量和管片混凝土施工配合比按理論配合比，換算出每次拌合實際需用各項材料數(shù)量，施工配合比要根據(jù)材料與施工情況，由試驗室經(jīng)試驗確定。

3.2 混凝土的運輸及振搗

管片混凝土運輸采用灰斗和電瓶車配合，將混凝土由拌合站運至車間，然后由車間的龍門吊將灰斗吊至灌注點上方進行灌注。混凝土澆筑時同時配合振搗棒振搗，通過振搗及混凝土流動性把從模板兩側灌注的混凝土充滿整個模型，當側板接觸處沒有氣、水泡噴射且混凝土均勻可停止振搗。

3.3 管片混凝土光面

（1）在混凝土澆筑后30分鐘左右后打開蓋板并將蓋板清洗干凈。

（2）粗抹面：填補凹陷位置或者采用槽鋼壓尺把多余的混凝土刮除，使混凝土表面平順。

（3）中抹面：采用灰匙在混凝土表面收水后進行光面處理，使管片表面平整光滑。

（4）精抹面：用手指輕按混凝土出現(xiàn)微平凹痕時，采用長匙進行精工抹平，使管片表面光亮無印。

3.4 養(yǎng)護

（1）當混凝土初凝后閉合頂板，模具中部架設支架，用養(yǎng)護棚罩住模具進行蒸汽養(yǎng)護。

（2）采用無壓蒸養(yǎng)方式。對管片進行光面，并且靜養(yǎng)1～2小時后，進行無壓蒸養(yǎng)。升溫階段控制升溫速度為15℃/h，恒溫階段溫度不超過60℃（3～4小時），降溫階段控制降溫速度為20℃/h。出模后管片表面溫度與環(huán)境溫度之差應不大于15℃，如果超過，則需要在室內(nèi)車間對管片進行降溫。

3.5 脫模

（1）若采用吸盤脫模，管片的強度應不低于15MPa；采用其他方式脫模，管片的強度應不低于20MPa。管片脫模時，同條件試塊的強度不低于設計強度的35%，即21MPa，可有效減少管片的磕損，消除管片的早期裂紋。

（2）將旁模與底模的固定螺栓拆除后把旁板輕輕拉出，再把側模與底模的連結螺栓拆卸并將側摸板打開。

（3）利用真空吸盤進行脫模，首先在模具的兩側各設一人把管片穩(wěn)住，再由一人指揮吊機使吊索垂直后再發(fā)出起吊信號，讓管片與模具脫離。

（4）把管片吊放到專用翻片機上，然后拆除灌漿孔模芯及其他配件，清潔干凈后放到相應模具指定位置上。

（5）用翻片機把管片進行90°翻轉，再換專用垂直吊具把管片吊放到橫向運輸車上側向靜置。

4 管片成品的養(yǎng)護及成品檢驗

4.1 管片養(yǎng)護

管片脫模后冷卻1～2小時，當混凝土表面溫度與水池中水溫相差<15℃時，將管片吊到養(yǎng)護池進行泡水養(yǎng)護，待養(yǎng)護14天后再吊到堆場堆放進行灑水自然養(yǎng)護。

4.2 成品檢驗

對管片的外型尺寸、保護層厚度、強度、抗?jié)B等級、檢漏試驗、三環(huán)拼裝試驗等進行成品檢驗，必須滿足規(guī)范及設計要求方可投入使用。

5 結束語

該工法可以解決管片精度、成型管片裂紋、高強度、高抗?jié)B、耐久性等諸多難題，確保工程安全質量，加快生產(chǎn)進度，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益，同時對相關的高精度、高強度混凝土預制構件具有良好的借鑒意義。

參考文獻

[1]徐軍.盾構管片開裂原因分析及應對措施[J].交通標準化，2009（7）：184-186.

[2]郭軍偉.盾構小曲線段施工管片質量控制[J].城市建設理論研究（電子版），2012（35）.

[3]趙譽.大直徑盾構隧道預制管片高精度鋼模結構型式及精度控制[J].科協(xié)論壇（下半月），2008（6）：27-30.

[4]檀秋芬，潘春生.過江通道盾構式管片生產(chǎn)工藝及質量控制[J].北華大學學報（自然科學版），2013，14（3）：367-372.

[5]成高勇.城市軌道交通過江大盾構管片項目質量控制研究[D].南京理工大學，2013.