大直徑盾構隧道管片生產工藝及質量控制要點

陸 罡[上海城投（集團）有限公司，上海 200020]

1 工程背景

盾構法已成為我國修建隧道的主要方法之一。管片是盾構隧道的關鍵預制構件，其質量的優劣對工程安全和使用壽命具有重要影響。本文以上海諸光路通道工程為例，對大直徑盾構管片的生產工藝和質量控制要點進行詳細介紹。上海市諸光路通道工程主線上層為南向北全長 2.80 km，下層為北向南全長 2.53 km，其中盾構段長約 1.39 km，盾構段為單管雙層圓形隧道。襯砌管片環外徑 14.0 m，內徑12.80 m，環寬 2.0 m，壁厚 0.6 m，管片強度等級為 C60，抗滲等級為 P 12。襯砌圓環分為 10 塊，其中標準塊 7 塊（B），鄰接塊 2 塊（L）和封頂塊 1 塊（F）。管片根據埋深不同分為淺埋管片、中埋管片、深埋管片和超深埋管片。管片環、縱向采用斜螺栓連接，環間采用 M 36 mm 縱向螺栓連接，塊與塊之間以 M 36 mm 環向螺栓相連。

2 配合比設計

管片混凝土原材料主要包括水、水泥、集料、摻合料、外加劑。配合比設計就是綜合考慮原材料性能，在滿足施工要求的同時，制定出性能合格、經濟合理的施工配合比。本工程采用的管片混凝土配合比（質量比），如表1 所示。

表1 管片混凝土配合比（質量比）

混凝土配合比必須經過試驗驗證合格后才可使用。確定后的配合比不準隨意更改，每天混凝土開拌前應根據氣溫和集料的含水量變化，出具當日攪拌的混凝土配合比，嚴格控制混凝土材料稱量的精確度及混凝土每盤攪拌的時間。稱量、計量系統應定期校核，以保證上料計量系統始終處于正常工作狀態。

3 鋼筋籠加工工藝

3.1 工藝流程

管片按隧道淺埋、中埋、深埋、超深埋 4 種類型進行配筋。鋼筋籠加工的主要流程可以概括為：材料檢驗→鋼筋斷料→彎曲、彎弧成型→鋼筋骨架制作→成品檢驗→合格成品堆放。

鋼筋骨架的詳細工藝流程，如圖1 所示。

圖1 鋼筋籠加工流程

3.2 工藝要點

3.2.1 鋼筋原材料檢驗

鋼筋進場應做好原材料臺賬記錄，進場鋼筋須有質量保證書。按檢驗要求從不同堆放位置抽取相應尺寸和數量的樣本進行測試。測試報告經工程師確認合格后，該批鋼筋即可掛牌標識進入待用狀態。

3.2.2 斷料

首先將成盤的鋼筋和彎曲的主筋采用機械進行調直，然后清除鋼筋表面的銹斑及油污等雜質。鋼筋斷料時切斷長度誤差不得超過規定值。切斷后的鋼筋按規定整齊疊放在指定的位置，并掛上標識。

3.2.3 彎曲、彎弧成型

鋼筋彎曲、彎弧成型應嚴格按設計圖紙要求進行，不得隨意更改。鋼筋進入彎弧時應保持平順、勻速，防止平面翹曲，成型后表面不得有裂紋。主筋和箍筋的彎鉤和彎折應符合相關規定。Ⅱ級鋼筋末端需作 90° 或 135° 彎曲時，其彎曲半徑應大于鋼筋直徑 4 倍；中間部位彎曲時，半徑不小于鋼筋直徑 5 倍。成型后的鋼筋骨架質量應有專人負責檢查并按規格整齊堆放。

3.2.4 鋼筋骨架總裝

為了滿足大型管片鋼筋骨架制作的精度要求，鋼筋骨架制作應在胎模上進行。筋骨架的主要制作流程為：主筋放置→環箍放置→胎模上卡安裝→主筋焊接→主筋和環箍焊接、鋼筋骨架主筋封頭→鋼筋骨架附筋焊接→鋼筋骨架成型。焊接時均采用低溫焊接工藝，焊縫不得出現咬肉、氣孔、夾渣現象，焊縫長度、厚度必須符合設計要求，焊接后氧化皮及焊渣必須清除干凈。鋼筋骨架成型后按照設計和規定的要求，對其進行質量檢查，主要內容包括外觀、焊接和尺寸精度 3 個方面。檢查合格后可掛牌標識進入成品堆放區待用，成品應按拱形堆放，堆放高度不允許超過限值。

4 混凝土澆筑工藝

4.1 工藝流程

混凝土澆筑成型流程主要包括：鋼模檢查清理→涂刷脫模劑→鋼筋骨架入模及預埋件安裝→混凝土布料、振搗、成型→收水抹面→蒸汽養護、脫模→水養。管片混凝土澆筑成型工藝流程，如圖2 所示。

圖2 管片混凝土澆筑成型工藝流程

4.2 工藝要點

4.2.1 鋼模清理

脫模后的鋼模應用鏟刀和纖維布在不損傷鋼模的前提下進行清理，確保鋼模內表面和拼接縫處不留有殘漿，以保證鋼模合攏的精度。鋼模清理完畢后，用專門工具將脫模劑均勻抹刷在鋼模與混凝土的接觸面上。抹刷后應有專人檢查，以確保脫模劑抹刷質量。

4.2.2 鋼筋骨架入模及預埋件安裝

用 4 點吊鉤將鋼筋籠吊放入模，起吊時保持平穩，防止鋼筋籠與模具發生碰撞。鋼筋骨架應放置于鋼模中間，其底面四邊須放置保護層墊塊，保護層厚度須符合設計規定。螺栓芯棒、螺栓套管、壓漿孔等預埋件必須按照設計要求準確就位，并應固定牢靠，防止振搗時移位。全面檢查鋼筋骨架入模質量，驗收合格后澆筑混凝土。

4.2.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑前確保上料系統和攪拌系統等設施均處于正常工作狀態。澆筑時先兩端后中間均勻布料，分層攤鋪、分層振搗。兩端振搗后，蓋上端頭側蓋板后再加料振搗，振搗時振搗捧應避免碰到鋼模芯棒、鋼筋、鋼模及預埋件。

4.2.4 收水抹面

澆搗完成后打開蓋板進行收水抹面作業。收水抹面分為粗磨面、中抹面和精抹面。粗磨面：用括板括去多余混凝土，使外弧面平順；中抹面：待混凝土收水并開始初凝時用泥灰刀進行光面，使表面平整、光滑；精抹面：初凝后使用泥灰刀精工抹平，使表面光亮無灰刀印。混凝土初凝前應轉動一下模芯棒，但嚴禁向外抽動。當混凝土初凝后再次轉動模芯棒，待 2 h 后拔出。拔出后的模芯棒應清洗干凈，涂抹油后放在模具的指定位置。

4.2.5 蒸養、脫模

收水結束后靜停一段時間開始蒸養，管片蒸養采用移動式蒸養罩。

管片蒸養必須嚴格分靜停、升溫、恒溫、降溫 4 個階段進行。整個蒸養過程中，必須如實記錄各溫度測點的溫度變化值，確保各蒸養棚內溫度的同一性，管片均勻升溫和降溫。

管片蒸養強度達到 20 MPa 后便可脫模，脫模時嚴格按照鋼模操作規程進行。先拆卸側模板與底模固定螺栓，將側模板拉出；然后拆卸端模與底模連接螺栓，打開端模板。鋼模拆開后用真空吸盤將管片從模具中吊出，吊出時保證平穩、吊點垂直。吊起后將管片置于液壓翻轉架上進行翻身，使管片弧面由水平狀態轉至側立狀態。

4.2.6 水養護

脫模后的管片在滿足進養護池的條件后，將管片駁運至養護池進行 7 d 水養護，如圖2 所示。入池時管片與水的溫差不得大于 20 K。管片在養護池進行水養時，要隨時注意養護池的水位，確保管片全部浸沒水中。

5 管片水平拼裝與檢漏

5.1 水平拼裝

首先試生產 2 環管片進行水平拼裝檢驗，試拼裝時不用安裝止水橡膠條及緩沖橡膠片。試拼裝合格后開始正式生產。在開始生產 3-103 環中任意抽取兩環進行水平拼裝試驗，合格后繼續生產。隨后每 200 環做一次水平拼裝檢驗。

5.2 抗滲檢漏試驗

為檢驗管片成品抗滲漏能力，每 50 環抽取 4 塊管片進行抗滲檢漏試驗。水壓力按 0.2、0.4、0.6、0.8 MPa 逐級加壓，每級穩壓時間為 10 min，達到 0.8 MPa 時恒壓 3 h。每級加壓前先檢查構件各端面的滲水情況，并做好記錄，加壓結束時滲水高度小于 50 mm 則滿足要求。

6 結 語

為保證管片質量，必須做好過程控制，加強質量控制點的監控。本文總結的質量控制要點如下：定期檢查鋼模精度；鋼筋骨架制作必須在符合精度要求的專用胎模上加工成型，嚴格控制焊接質量；控制混凝土原材料的質量,混凝土攪拌系統應定期計量校驗，保證配合比準確性；管片蒸汽養護嚴格按照靜停、升溫、恒溫、降溫 4 階段所規定的要求進行操作，并如實填寫蒸養記錄；確保管片 7 d 水養護，管片要全部沒入水中。關鍵是制定完善的質量監督管理體系。