盾构法管片高精度预制工艺设计

马腾飞++李树忱++戴洪伟

摘 要：针对超大直径盾构隧道所采用的管片制作精度要求高、混凝土强度高、抗渗要求高，在制作过程中容易出现成型尺寸超差、管片裂纹等问题，提出盾构法管片高精度预制工艺，可有效确保工程安全质量。

关鍵词：预制；管片；高精度；工艺

引言

随着综合国力的增强、技术的进步，盾构法施工越来越多的被国内接受。目前国内地铁已经使用盾构法的城市有上海、广州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州、青岛等，另外还有其他很多城市正在筹建[1]。由于盾构施工在工期、安全、质量等方面的优势，一些城市，如上海、南京、武汉等过江隧道工程也越来越多的采用盾构法施工。但是盾构在隧道内拼装的钢筋混凝土管片需要提前预制，并且需要很高的制作精度、抗压、抗渗、耐久性等要求[2]，所以超大直径盾构管片施工需要我们不断总结，不断提高。

针对超大直径盾构隧道所采用的管片制作精度要求高，混凝土强度高，抗渗要求高，在制作过程中容易出现成型尺寸超差，管片裂纹等问题，提出盾构法管片高精度预制工艺。

1 管片模具安装调试

由于管片精度要求很高，所以模具的质量就显得特别关键。管片模具成模精度误差严格控制在±0.3mm范围内，采用高精度三维测量技术验收。必须用指定的专用吊具移动组合后的模具，在磨具不在晃动情况下，轻轻落地[3]。模具在投入使用之前必须要经过调试。具体做法为，在外观检查完成后，进行精度检测，由技术人员采用内径千分尺对模具内腔12个固定点（F块四个点）进行测量，每个测量点都达到设计标准值允许的误差范围内（±0.3mm），认为管片模具在宽度方向为合格，其他尺寸由用厂家提供的样规来检验。

投入使用的模具，在均衡生产的过程中，要加强细节的管控：

1.1 模具清理

需要把模具内关键部位如锁孔座、灌浆孔座的混凝土残积物彻底清理干净[4]，可以使用抹布及专用铲配合清理，必须把模具各接触面、拼装面、定位装置表面、密封胶条等清理干净。

1.2 模具组合

模具组合前需要检查模具各部件是否洁净，组模要按照正确的顺序，采用扭矩扳手，使用同样大小的扭力，这样可以避免模具产生内力及局部的变形，检查模底板和侧模板的连接缝橡胶密封条有否发生脱落或出现移位，防止由此引起模具精度超差和成品漏浆。

1.3 模具检测

管片模具首次安装就位后，要采用高精度三维测量技术校定。检查模具是否组合合格：侧板密贴需要旁板，底板需要紧密贴合侧板、端板与底板，拧紧各个组装螺栓；试生产后采用经校检合格的内径千分尺及模具厂家提供的样规进行检测，同时填写检测记录，以便于在管片检测时进行反馈，调整模具。

1.4 喷涂脱模剂

经质检人员检测合格后，方可喷涂脱模剂，脱模剂必须均布在模具内表面全部位置，没有涂抹均匀的地方需要补涂或轻涂，可采用棉纱把底部两端有流淌的脱模剂清理干净。

2 钢筋笼制作、安装

钢筋笼制作的规范与否事关管片成型后受力、钢筋保护层是否符合设计要求，进而影响盾构隧道整体的耐久性。

2.1 钢筋切断

根据管片钢筋布置图，生产前进行试弯，编制详细的管片下料表，严格规定下料长度，同时要求钢筋制作班组按照下料表进行准确下料，每次切料，确定切料长度后试切断不少于3次，切料长度稳定后才允许进行批量切料。

2.2 钢筋弯曲、弯弧

根据管片钢筋布置图比照模型，确定管片钢筋弯曲、弯弧角度、弧度，编制相应制作表，要求：按照弯弧、弯曲钢筋的规格，将从动轮的位置和芯轴的直径调整准确，确保弯曲、弯弧的准确。

每次弯曲、弯弧试弯制不少于3次，弯制、弯弧尺寸稳定、且达到设计要求后才允许进行批量生产。

2.3 钢筋笼骨架成型、焊接

（1）严格按照钢筋布置图编制技术交底。

（2）必须在符合设计要求的靠模上制作钢筋骨架。

（3）将检查合格的各个部件摆放到靠模上的指定位置，然后需要测量调整并且检验各项尺寸，全部满足要求后才可进行焊接工作。

（4）焊接顺序：首先把有定位挡板一端的主筋焊牢，再焊接另一端的连接点位。从中间向两端焊接主筋和箍筋，最后依据图纸等间距的点焊端部构造附筋。

（5）把焊接后的钢筋骨架吊离到指定地方，对其弧长、拱高、扭曲度、主副筋间距等项目尺寸进行测量，若有不合格的地方，需要返修到合格为止。

2.4 钢筋笼安装

（1）模具喷涂脱模剂完成后，进行钢筋笼安装。

（2）钢筋笼安装前，检查钢筋笼的型号是否与所要安装的模具型号一致。

（3）钢筋笼安装前的状态必须是“检验合格”。

（4）按照规范要求安装垫块，保证管片的保护层。

3 管片混凝土的施工工艺及质量控制

3.1 混凝土的拌制

（1）依据《普通混凝土配合比设计技术规程》（JGJ55-2011）中的规定进行管片混凝土配合比设计，管片预制生产用混凝土配合比必须满足以下要求：C60高性能混凝土塌落度30～70mm；各种原材料必须满足规范要求：

水泥：管片混凝土配制必须选用强度等级不低于52.5的普通Ⅱ型硅酸盐水泥（低碱）代号P.Ⅱ，根据《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）确保其技术质量标准。

细砂：根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006），采用规格为中砂的硬质洁净的天然砂作为细骨料，细度模数=2.6～3.0。

碎石：根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006），粗骨料应为深层的玄武岩，粒径为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类I级粉煤灰。

矿粉：采用符合《用与水泥和混凝土中的高炉矿渣粉》（GB1804

6-2008）的S95矿粉。

（2）管片混凝土理论配合比（见表1）

（3）根据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论配合比，换算出每次拌合实际需用各项材料数量，施工配合比要根据材料与施工情况，由试验室经试验确定。

3.2 混凝土的运输及振捣

管片混凝土运输采用灰斗和电瓶车配合，将混凝土由拌合站运至车间，然后由车间的龙门吊将灰斗吊至灌注点上方进行灌注。混凝土浇筑时同时配合振捣棒振捣，通过振捣及混凝土流动性把从模板两侧灌注的混凝土充满整个模型，当侧板接触处没有气、水泡喷射且混凝土均匀可停止振捣。

3.3 管片混凝土光面

（1）在混凝土浇筑后30分钟左右后打开盖板并将盖板清洗干净。

（2）粗抹面：填补凹陷位置或者采用槽钢压尺把多余的混凝土刮除，使混凝土表面平顺。

（3）中抹面：采用灰匙在混凝土表面收水后进行光面处理，使管片表面平整光滑。

（4）精抹面：用手指轻按混凝土出现微平凹痕时，采用长匙进行精工抹平，使管片表面光亮无印。

3.4 养护

（1）当混凝土初凝后闭合顶板，模具中部架设支架，用养护棚罩住模具进行蒸汽养护。

（2）采用无压蒸养方式。对管片进行光面，并且静养1～2小时后，进行无压蒸养。升温阶段控制升温速度为15℃/h，恒温阶段温度不超过60℃（3～4小時），降温阶段控制降温速度为20℃/h。出模后管片表面温度与环境温度之差应不大于15℃，如果超过，则需要在室内车间对管片进行降温。

3.5 脱模

（1）若采用吸盘脱模，管片的强度应不低于15MPa；采用其他方式脱模，管片的强度应不低于20MPa。管片脱模时，同条件试块的强度不低于设计强度的35%，即21MPa，可有效减少管片的磕损，消除管片的早期裂纹。

（2）将旁模与底模的固定螺栓拆除后把旁板轻轻拉出，再把侧模与底模的连结螺栓拆卸并将侧摸板打开。

（3）利用真空吸盘进行脱模，首先在模具的两侧各设一人把管片稳住，再由一人指挥吊机使吊索垂直后再发出起吊信号，让管片与模具脱离。

（4）把管片吊放到专用翻片机上，然后拆除灌浆孔模芯及其他配件，清洁干净后放到相应模具指定位置上。

（5）用翻片机把管片进行90°翻转，再换专用垂直吊具把管片吊放到横向运输车上侧向静置。

4 管片成品的养护及成品检验

4.1 管片养护

管片脱模后冷却1～2小时，当混凝土表面温度与水池中水温相差<15℃时，将管片吊到养护池进行泡水养护，待养护14天后再吊到堆场堆放进行洒水自然养护。

4.2 成品检验

对管片的外型尺寸、保护层厚度、强度、抗渗等级、检漏试验、三环拼装试验等进行成品检验，必须满足规范及设计要求方可投入使用。

5 结束语

该工法可以解决管片精度、成型管片裂纹、高强度、高抗渗、耐久性等诸多难题，确保工程安全质量，加快生产进度，创造良好的经济效益，同时对相关的高精度、高强度混凝土预制构件具有良好的借鉴意义。

参考文献

[1]徐军.盾构管片开裂原因分析及应对措施[J].交通标准化，2009（7）：184-186.

[2]郭军伟.盾构小曲线段施工管片质量控制[J].城市建设理论研究（电子版），2012（35）.

[3]赵誉.大直径盾构隧道预制管片高精度钢模结构型式及精度控制[J].科协论坛（下半月），2008（6）：27-30.

[4]檀秋芬，潘春生.过江通道盾构式管片生产工艺及质量控制[J].北华大学学报（自然科学版），2013，14（3）：367-372.

[5]成高勇.城市轨道交通过江大盾构管片项目质量控制研究[D].南京理工大学，2013.