盾構隧道混凝土管片制作施工工法

【摘要】中鐵十六局集團在深圳地鐵盾構隧道的施工中通過采用風動振搗和蒸汽養護工藝，順利完成管片生產任務，解決了管片外側浮漿較厚、容易出現大面積氣泡、脫模過程中崩角、掉塊等一系列難題。
【關鍵詞】盾構 管片 制作

1前言
目前城市地鐵開始高速發展，而在城市內進行區間隧道施工，對文明施工、地面沉降控制等要求都比較高，因此明挖法和傳統的礦山法隧道施工已逐漸被文明施工好、地面沉降容易控制、造價低、機械化程度高的盾構法隧道施工所取代。而最終反映出隧道施工質量的就是拼裝出隧道的管片襯砌的質量，我局于2001年3月首次承擔了深圳地鐵盾構隧道的施工，為爭創優質工程，首先在管片生產上人手，大力開展科技攻關，不斷完善施工工藝，通過采用風動振搗和蒸汽養護工藝，在短短的7個月時間里順利圓滿完成了2 900環、17400塊管片的生產任務，解決了管片外側浮漿較厚、容易出現大面積氣泡、脫模過程中崩角、掉塊等一系列難題，在總結這些施工經驗的基礎上形成本工法。
2工法特點
(1)采用高精度鋼模，低坍落度混凝土，風動振搗，蒸汽養護技術，快速生產高精度、高強度高質量的管片。
(2)施工作業規范化、程序化、標準化。
3 適用范圍
本工法適用于各種盾構隧道管片制作，對于制作精度要求比較高的高強度混凝土預制件也有的指導作用。
4 施工工藝
4.1工藝流程見圖1
4．2操作要點
4．2．1 澆注混凝土前的準備工作
(1)清洗模具：組模前要對鋼模進行徹底清洗，混凝土殘碴必須全部鏟除，內表面使用膠片配合清理，并用高壓水沖洗干凈；

(2)噴涂脫模油：使用霧狀噴霧器噴涂，然后抹布均勻抹，使模具內表面均布薄層脫模油，如出現脫模油流淌，用棉紗清理干凈；
(3)組模：模具的質量，特別是尺寸精度，對生產出合格的管片，拼裝成尺寸準確的襯砌環是極其重要的，因此要嚴格控制組模質量；
(4)模具檢查：模具組裝完畢后，由專職質檢員用內徑千分尺在模具指定位置進行寬度檢測，同時對模具的內弧面平整無翹曲；
(5)鋼筋籠骨架入模：鋼筋籠在靠模上制作完畢，用龍門吊配合專用吊具按各種規格將鋼筋籠放入模具內，鋼筋籠型號與模具型號要匹配，保護墊塊位置準確。模具準備見圖2。

4．2．2 混凝土澆注
(1)混凝土配合比必須進行試配，并進行試驗以獲取正確的養護時間和抗壓強度。并符合如下要求：混凝土立方休強度及抗滲試驗；檢驗混凝土配合比能否滿足抗滲和設計強度的要求；管片吊裝孔抗拔試驗，檢驗吊裝孔最大抗拔能力以確保管片安裝時的安全。
(2)混凝土澆注前的準備工作完成后開始混凝土澆注，用龍門吊將裝滿坍落度70±10mm、強度
C50、抗滲S1O的防水混凝土的混凝土斗吊至模具上方，然后先模具兩端后中間進行放料。
(3)開動模具上的附著式風動振動器振搗，振動時間長短的判別是觀察混凝土與側板接觸處，如不再有噴射狀氣、水泡并能均勻起伏為適當時間，—般控制在4～6min，不得超過8min，掘搗采用混凝土分批放料，從而實現分層振搗。
(4)為減少管片成型后的氣泡、水眼，待風動式振動器振搗完以后，加以振動棒振搗密實，振搗時不準碰撞鋼模和預埋件，做到先中間，后兩邊，每個振動點振動時間控制在10-20s內，振動完成后緩慢拔出振動棒。
(5)全部振搗成型后，視氣溫及混凝土凝結情況，大約10min后拆除壓板，進行光面。光面分粗、中、細三個工序，粗光面：使用鋁合金壓尺，刮平去掉多余混凝土，并進行粗磨。中光面：待混凝土收水后用灰匙進行光面，使管片乎整、光滑。精光面：使用長匙精工抹平，力求表面光亮無灰匙印，管片外弧面子整度的誤差差值不大于±5mm。
4．2．3 養護
(1)蒸汽養護：混凝土振動成型并光面2h后，混凝土表面用手壓有輕微的壓痕時，在管片外弧面上蓋上濕潤的養護布，將用于蒸汽的帆布套在模具上，下部同地面接觸的地方用木方壓實，在帆布套上預留的小孔中插入溫度計，檢查無誤后通人蒸汽，布置于模具底部的蒸汽管布滿小孔，蒸養時蒸汽會從每個小孔中均勻的噴出來，使整個模具均勻的升溫，升溫時速度在每小時15℃—20℃，防止升溫太快管片出現收縮裂紋，最高養護溫度50℃—60℃，恒溫3-4h，降溫速度在每小時15℃~20℃，并保證蒸養后的管片溫度與外界溫度差不大于20℃。在整個過程中要每半小時查看溫度計上的讀數，發現問題用調整蒸汽通人量的大小來調節溫度；
(2)脫模后的養護：管片脫模后吊入水池內進行養護，確保管片完全浸泡在水里．管片人池時管片與池中水的溫度差不得大于20℃，養護周期為7d，然后進行淋水養護，保持管片外面濕潤，噴淋養護達到28天齡期。
4．2．4脫模
(1)管片通過蒸汽養護足夠時間后測試混凝土試塊強度，當強度達到15MPa以上時，開始組織脫模；
(2)拆模順序：疊齊養護布；拆卸手桿螺栓，清除混凝土殘積物；拆卸旁模與底模固定螺栓；拆卸側模與端模連接螺栓，兩側和端模拆開后，使用專用水平起吊吊具，用龍門吊將管片吊出到管片翻身機上；
(3)拆模中嚴禁錘打，敲擊模具等野蠻操作，管片起吊時，地面操作要由多人配合進行，確保管片垂直出模，以免損壞管片。
4．2．5三環試拼裝
(1)管片正式生產前和每生產100環管片后，由于管模可能尺寸不夠精確或生產過程中震動變形，
因此需要進行三環試拼裝以檢查管片幾何尺寸和模具是否符合要求；
(2)為保證拼裝質量，需制作一個鋼筋混凝土平臺，平臺確保水平，誤差控制在2mm以內；
(3)制作12個拼裝支架，支架能夠在高度上進行微調，以便矯正管片拼裝后的水平；
(4)拼裝順序：首先在平臺上畫直徑為管片內徑和外徑的兩個圓，作為拼裝時的參考線；先放置標準塊，再鄰接塊，最后放人封頂塊；一環拼裝完后，錯縫拼裝另兩環；
(5)檢測：管片拼裝完后利用不同型號的插片對管片之間的縱縫、環縫進行測量，以檢測各管片之間的縫隙是否符合要求；再用水準儀分別測量各接縫的幾個點，然后計算這幾個點是否在同
面上。
4．2．6 管片修補
(1)在管片脫模和搬運過程中不可避免的會發生管片掉角、崩塊現象，需要進行修補；
(2)管片外表面的氣泡，蜂窩或漏漿：深度<5mm時，用西卡膠皇拌和水泥逐個填平；深度>5mm
時，先用錘子或鑿子刮去表面微細裂痕，用水清洗基層，清除所有的浮漿，油跡，粉塵等雜物，然后裝上木模板，用西卡膠皇修補拌和水泥進行曲修補填平，干后再涂一層混合漿液，干透后(24／小時)再打磨；
(3)管片露筋：基層處理，用刀刮去鋼筋表面的污垢，再用高純度酒精清洗鋼筋。待干透后，使用小灰鏟進行修補，修補分二次進行。第一，初步修補，管片周邊裝好木模后，涂底層漿液，再用修補劑混合水泥將修補部位填平，第二，表面涂一層混合漿液待干透后，用砂紙進行磨平修整；
(4)邊角崩塊：基層處理，用錘子或鑿子刮去表面微裂痕，去除油跡和灰塵，修補處理分二步進行，第一，裝好木模，填平該修補的部位。第二，表面涂一層混合漿液，干后用砂紙磨平修整。
4，3 注意事項
(1)嚴禁使用鐵器進行內表面清模；
(2)放人鋼筋籠之前必須對鋼模內弧面寬度進行檢測，裝配好模具后必須對鋼模外弧面進行檢測；
(3)拆模中嚴禁捶打，敲擊模具等野蠻操作，管片起吊時，地面操作由四人配合進行，確保管片垂直出模，以免損壞管片；
(4)拆除墊圈時不能硬撬，硬敲，以免損壞墊圈和管片。
5 機具設備
主要機具設備見表1

7．1．4 抗滲標準
應有10％的管片進行檢漏測試，其檢測抗滲壓力為0．8MPa，恒壓時間為2h，以滲透深度<1／5
管片高度為合格。
7．2 質量保證措施
(1)建立質量保證體系，開展全面質量管理活動，各工序指派專人負責，技術人員跟班作業；
(2)加強對原材料質量檢驗，材料質量必須符合國家現行標準。做好帳臺登記，同時通知試驗部門取樣試驗；
(3)管片必須按設計要求及質量標準進行驗收，驗收合格的鋼模方能投人生產。在生產過程中，質檢人員每天對鋼模的主要技術指標進行實測實量，不斷矯正管模尺寸；
(4)鋼筋籠人模后，按標準要求對每個鋼筋籠進行校正。對環、縱向螺栓孔位置、保護層厚度進行校正實測，合格后方司進行混凝土澆注；
(5)混凝土攪拌站要經常對各類衡器進行檢驗，使用過程中加強維護保養，使稱量系統始終保持良好的工作狀態；
(6)混凝土振搗時要嚴格控制風動頻率和時間，避免過振和漏振產生氣泡或浮漿；
(7)管片達到16MPa強度后方可脫模，并在管片上印刷生產日期、型號、編號。
8 安全措施
(1)對管片生產的全體操作人員進行安全、技術交底，并進行崗位責任制和各項操作規程學習；
(2)車間人員進廠后必須帶好安全帽，不得在起吊物下站立或行走；
(3)門吊司機必須經培訓考核后才能進行單獨操作，工作時必須集中注意力，聽從起重工的指揮：
(4)車間內一切機械設備嚴格按有關操作規程操作，做好經常性的檢查保養工作，非操作人員一
定不得擅自使用；
(5)各種吊運鋼絲繩、夾具、銷軸等物件使用之前必須檢查，并及時修復更新
(6)管片堆放不得超高，要堆放平整，避免傾覆。
9 效益分析
(1)與礦山法隧道襯砌相比，管片襯砌屬工廠預制，質量有保證，而且生產速度快、精度高；
(2)在盾構法隧道施工開始在我國大面積普及的今天，管片的制造生產有著廣闊的發展前景。
10 工程實例
我局承擔的深圳地鐵一期工程華強路—崗廈區間采用盾構法施工，隧道全長3 471．6m。管片襯砌外徑6000mm，內徑5 400mm，每環平均寬1．2m，厚300mm，為楔形量51mm的單層通用管片，
鋼筋混凝土管片強度等級C50，抗滲等級SIO。為國內首次采用“3+2+1”模式單層通用裝配式管片襯砌，所謂“3+2+1”模式，即每環管片為6塊分成三部分，一部分標準塊3塊，一部分鄰接塊2塊，
插入式封頂塊1塊。采用該管片，通過不同的拼裝組合可以實現一定半徑的隧道曲線。管片生產模具是從德國進口8套鋼制模具，運用本工法采用風動振搗和蒸汽養護工藝，日生產能力達到2環/套，每天16環。法國索菲圖佐羅總監全程監理了整個2 900環管片的生產過程，認為我們生產的管片達到了歐洲一流水平，并得到了建設單位的高度評價。