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、抗滲要求高，在制作過程中容易出現成型尺寸超差、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接受。目前國內地鐵已經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、抗滲、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，抗滲要求高，在制作過程中容易出現成型尺寸超差，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，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，由技術人員采用內徑千分尺對模具內腔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（±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來檢驗。

投入使用的模具，在均衡生產的過程中，要加強細節的管控：

1.1 模具清理

需要把模具內關鍵部位如鎖孔座、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生內力及局部的變形，檢查模底板和側模板的連接縫橡膠密封條有否發生脫落或出現移位，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；試生產后采用經校檢合格的內徑千分尺及模具廠家提供的樣規進行檢測，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

根據管片鋼筋布置圖，生產前進行試彎，編制詳細的管片下料表，嚴格規定下料長度，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，切料長度穩定后才允許進行批量切料。

2.2 鋼筋彎曲、彎弧

根據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、彎弧尺寸穩定、且達到設計要求后才允許進行批量生產。

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必須是“檢驗合格”。

（4）按照規范要求安裝墊塊，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《普通混凝土配合比設計技術規程》（JGJ55-2011）中的規定進行管片混凝土配合比設計，管片預制生產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《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）確保其技術質量標準。

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

碎石：根據《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量，施工配合比要根據材料與施工情況，由試驗室經試驗確定。

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 養護

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

（2）采用無壓蒸養方式。對管片進行光面，并且靜養1～2小時后，進行無壓蒸養。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境溫度之差應不大于15℃，如果超過，則需要在室內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住，再由一人指揮吊機使吊索垂直后再發出起吊信號，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 管片成品的養護及成品檢驗

4.1 管片養護

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，將管片吊到養護池進行泡水養護，待養護14天后再吊到堆場堆放進行灑水自然養護。

4.2 成品檢驗

對管片的外型尺寸、保護層厚度、強度、抗滲等級、檢漏試驗、三環拼裝試驗等進行成品檢驗，必須滿足規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、高抗滲、耐久性等諸多難題，確保工程安全質量，加快生產進度，創造良好的經濟效益，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.