盾构管片预制

盾构管片质量控制措施

摘要：近年来，随着城市轨道交通的发展和盾构掘进技术的完善与推广，许多城市的地铁建设项目纷纷上马，我国的地铁建设已经进入了高峰阶段。而且，随着盾构技术的推广，在非岩石地段，各城市大都采用了盾构掘进的成洞方式，盾构管片的需求量大增，在岩石成硐的不少工程中也采用复合式盾构机掘进，混凝土管片的预制也随着地铁建设和山体隧道的盾构掘进的热潮进入了高峰期。

关键词：盾构 管片 质量控制 外观 尺寸 强度

目前，劳坝湾副平硐项目所用的盾构机为复合式硬岩掘进机，隧道外径为6200mm，隧道内径为5700mm，与之配套的管片为自己生产，管片尺寸：外径6.2m、内径5.7m、厚250mm、幅宽1.5m，分块：B1块67.5º+ B2块67.5 º + B3块67.5 º +L1块67.5 º + L2块67.5 º +K块22.5 º，楔形量20mm，混凝土标号：C40，螺栓：弯螺栓，M24、普通段5.8级钢，加强段8.8级钢。（具体尺寸图见图一）

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图一 衬砌环总图

盾构管片质量主要体现在外观、尺寸及强度，对管片质量的控制主要从这三个方面进行施工及技术上的严格管理和实施。下面从这三个方面进行详细论述。

一、 管片浇筑外观控制。

1. 管片浇筑过程中的外观控制。

（1）、管片浇筑过程中的脱模剂涂抹控制。管片预制厂所用的脱模剂有一定的油性，当涂抹过多时不仅会引起出模管片边角有一定的色差，还会由于油渍渗入管片边角导致出模管片边角易碎，影响外观质量。通过施工现场观察，一般脱模剂过多的现象会出现在钢模边角的部位，钢模内部由于有一定的弧度加之刚出模温度较高有一定的蒸发影响，不会出现脱模剂积聚。现场施工

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时要求该工序的施工人员涂抹时薄而匀的涂刷，涂刷后钢模内无集油和流淌现象，尤其注意模板下部边角处无集油，同时不能漏涂。涂刷完后由项目部现场施工员对钢模内进行检查，观察有无集油或漏涂。

（2）、管片浇筑过程中的收光控制。管片收光分三次收光，目前我项目部管片预制厂分两次收光，足够满足质量要求。初次收光（见图二）是在管片浇筑好之后立即进行初次收光，收光时严禁对表面进行洒水，根据现场情况来看，洒水后出模管片外弧面极有可能出现起皮现象，对管片质量有一定的影响。初次收光要求对管片外弧面进行压实和抹平，目前抹平和压实采用钢刮尺和木抹子、钢抹子，混凝土浇筑以后首先进行钢刮尺进行粗抹平并将外弧面残留石子压入钢模内，保证收光后不出现外弧面的麻面现象，然后使用木抹子提浆，最后使用铁抹子压光。初次收光后要求外弧面搓平压实、光滑平整，同时钢模内混凝土与钢模齐平。初次收光的同时清除盖板和边沿四周残留的混凝土，防止因混凝土硬化而给拆模后的清理工作带来不便，这项工作可减轻后续工作的劳动强度，增加模板使用寿命。初次收光后静置一段时间，待管片有一定的强度后进行二次收光（见图三），但是混凝土仍未初凝结束，目前由于场地和工程需要，管片浇筑流水线相对比较短，管片二次收光时外弧面强度不是太高，导致二次收光后外弧面还是有少量混凝土粘到盖板上，即使盖板涂上脱模剂，使得出模管片外弧面光滑度不理想。为解决该问题，我项目部现用塑料薄膜代替脱模剂，即在盖板与外弧面之间加盖一层平滑的塑料薄膜，同时要求二次收光人员在管片快要进蒸养房时再把盖板放下，这样避免了因盖板粘混凝土导致出模管片外弧面光滑度不理想的情况。（施工工艺改进后的出模管片外弧面见图四）

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图二 管片初次收光

图三 管片静止后的二次收光

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图四 工艺改进后平滑的管片外弧面

2.混凝土坍落度控制。混凝土坍落度的大小直接影响管片的外观，过小的坍落度会造成一定的浇筑困难，浇筑后内弧面边角出现蜂窝麻面的几率很大；过大的坍落度虽然能够增加管片浇筑速度，但黏聚性会随着坍落度增大而降低，同时可能出现分层现象，不利于密实成型。我项目部管片厚度为250mm，厚度相对比较小，所以在配筋率上有一定增加，钢筋网片相对比较密实，这给小坍落度混凝土振捣带来一定困难，所以我们的适宜坍落度控制在70mm。由于冬季施工时间长，冬季降雪量大，冬季施工期间砂石料中冰雪含量较大，并且冰雪在砂石料中的分布不均匀，这给混凝土坍落度控制造成一定难度。针对该种情况，我们在骨料料仓内布置了蒸汽管道，同时砂石料仓各分配两个，新进场砂石料在料仓内放置一段时间，待砂石料中冰雪融化，含水率相对稳定后由实验室取料仓上部和下部砂石料测含水率，然后根据砂石含水率微调混凝土配合比，搅拌站再根据实验室下达的混凝土配料单进行混凝土拌合。施工过程中项目部施工员对铲车上料进行监控，保证进搅拌站料斗的砂石料必须是放置多天含水率均匀的砂石料，同时，搅拌站配备经验丰富的操作人员，要求每次拌合期间操作人员要到搅拌桶内观察混凝土的厚薄度，配合观察搅拌桶电流大小来微调水的加减量。信息反馈同样重要，搅拌站根据浇筑车间混凝土浇筑人

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员对上一盘混凝土情况的反馈来调整下一盘混凝土的水的加入量。通过以上施工技术控制措施，冬季施工期间混凝土坍落度控制良好，出模管片外弧面平滑度得到一定控制。

3.管片吊运及堆放过程中的破损控制。管片从出模到拼装经过多次的吊运和堆放，所以对该过程的严格监管和控制也是必要的，管片出模时要求强度在20mpa以上才能进行吊运，当出现出模吊运碎裂时立即停止吊运，同时要求现场浇筑人员停止浇筑作业，提高管片蒸养时间，保证出模管片强度。目前我项目部管片主要使用夹具吊运，为防止夹具将管片内外弧面夹碎，现对夹具进行了改进，在夹具两片夹子上安装了很厚的橡胶垫。管片运输使用专用平板车，平板车上放专用小方木，运输过程中要求运输司机平稳行驶，且堆放高度不超过三层。我项目部16T门吊下堆放管片场地为硬化场地，堆场坚实平整，堆场四周有排水设施，防止因雨水聚集导致地基失稳。门吊下堆场管片为立式、两层堆放，下层与地面之间、上下层管片之间均放10cm*10cm*2.7m的长方木，其它应急堆场堆放形式均为平放，堆放高度不超过三层，管片与地面、管片与管片之间均放置小方木，避免管片与管片碰撞、管片与地面碰撞造成的破碎。采用立式放置方式时在管片上设置防撞装置，保证管片与管片之间距离。管片翻转采用90度管片翻片机，目前在厂房内设置一台翻片机，在16T门吊下堆场附近再放置一台，保证管片翻转期间质量安全。（管片出模吊运见图五）

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图五 生产出的第一片管片出模吊运

二、管片尺寸控制。

1.模具检测和清理控制。钢筋混凝土管片精度是以钢模加工和合拢振捣后的精度保证的，因此钢模在正式投入管片预制前必须经过四阶段检测：即加工装配精度检测、运输到厂钢模定位后的精度复测、试生产后的钢模精度同实物精度对比检测及管片三环水平拼装精度的综合检测。以上四阶段的检测都在管片正式生产前完成，并通过了现场监理工程师的验收。在正常生产状态下，对钢模实施两种检查的管理，即振捣前的快速检查和钢模定期检查。模具清理过程要求工人认真对待，用铲子对合模线附近的混凝土进行彻底清理，并将附着在上面的油泥清理干净。同时用干净的抹布将模具内外围和底部混凝土残留物彻底清理干净，随后清理模具外围上密封圈附近的混凝土，要求清理时不得铲到密封圈。（管片模具尺寸检测和三环拼装见图六和图七）

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图六 有监理在场的管片模具尺寸检测

图七 管片正式生产前的三环拼装

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2.管片钢模合模控制。合模时按先端头模板、后纵向模板的顺序合模，关闭两个纵向模板前应首先抽出边上的所有螺栓，以防止卡在侧模和底模中间导致模板扭曲，然后用扳手旋紧侧模上锁紧螺栓关闭两个纵向模板。合模后由项目部现场施工人员检查模具四角的直线标记是否对齐，目测边角是否留有缝隙，如果缝隙过大则需打开模具重新清理模具，直至满足尺寸要求为止。

三、管片强度控制

1.混凝土强度控制。混凝土强度是管片强度的重要保证，目前项目部所用混凝土为C40等级，一方混凝土配比为石子1129kg、砂子762kg、水泥320kg、粉煤灰120kg、外加剂3.5kg、水115.5kg，其中外加剂为原液与水按1:1比例所配，水的加入量在实际拌合中根据骨料含水率进行微调。项目部为保证上料计量的准确，每隔一段时间都对搅拌站各上料斗的弹簧秤进行校验。为确保成品管片的强度和预防碱骨料反应发生，选用碱含量不大于0.6%、强度等级42.5的普通硅酸盐水泥，每次水泥进场要求物资管理人员索取出厂合格证和检验文件，并有实验室对每批次进行取样试验。砂子采用级配良好的Ⅱ区中砂，含泥量不超过2%，泥块含量不超过1%。石子采用粒径在5-25mm之间的连续级配的碎卵石，含泥量不超过1%。水使用塔西河水库内的水，该水库内的水符合饮用标准。掺合料采用Ⅱ级粉煤灰，进场时有相应的出厂合格证和检验文书。外加剂采用适合蒸养的高效减水剂，进场时有相应的出厂合格证书和检验证明。冬季施工时，搅拌站拌合用水水池内通入蒸汽管，保证水温在50摄氏度左右，这有利于加快混凝土内的水化反应，在相对较短的时间内提高管片出模强度，有利于出模后的管片吊装安全。外加剂的掺入量严格控制，不得过多加入，据现场浇筑和试验观察，当外加剂掺入过多时混凝土表现为表面结硬、下部过稀流淌（浆骨分离），这给收光带来较大困难。目前我们使用的外加剂为高效减水剂，主要作用为减少水的加入量，其副作用为当添加过多时会导致混凝土一定的离析，所以我项目部严格控制外加剂的掺入量，要求1m³混凝土外加剂混合液掺入量不超过3.5kg。

2.钢筋网片质量控制。

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钢筋进场要有质量证明书并且标牌清晰正确，进场时由实验室会同监理取样，进场存放时按等级、直径进行堆放，堆放时对钢筋外观进行检查，发现有严重锈蚀、麻坑、劈裂或夹层者给予剔除，现场施工期间遇有脆断、焊接性能不良等不正常现象时按规定联系厂家进行退货处理。管片钢筋分普通环钢筋配筋和加强环钢筋配筋，普通环和加强环钢筋区别主要在主筋上，普通环所用主筋为￠16的热轧带肋钢筋，加强环所用主筋为￠18的热轧带肋钢筋，两种型号的箍筋和勾筋是相同的，大箍筋是￠10的光圆钢筋，小箍筋和勾筋主要是￠8的光圆钢筋，螺纹钢采用HRB400，光圆钢筋采用HPB300。钢筋网片加工都是采用二氧化碳气体保护焊并在胎膜上加工，所以主筋和箍筋平面位置基本上都是和设计图纸相吻合的，就现场加工情况来看，主要存在的问题是网片勾筋放置太少及个别施焊不到位，主筋不在同一平面上，大箍筋由于弯曲制作尺寸过大而倾斜放置施焊，主筋弯钩过高而超出外弧面影响保护层厚度。为解决上述存在的问题，项目部要求对每个加工好的网片进行贴标签，质检员可以根据标签上的姓名进行责任追究，现场施工人员现场发现后向带班人员反映，避免不必要的返工，除项目部质检员和现场施工人员，监理单位也会每天对钢筋网片进行现场抽查。在多道质检管控之下，管片钢筋网片质量得到有效保证。

3.混凝土浇筑及蒸养控制。浇筑时采用连续浇捣成型方式进行，由模具中部均匀浇筑混凝土，边浇筑混凝土边振捣，振捣以气动附着式振动器为主振动棒为辅。当人工采用振动棒进行辅助振捣时，要求不得干扰模具中心部分吊装预埋件。同时在钢筋网片后，网片与钢模之间放置保护层垫块，垫块型号为35mm的橡胶垫块。在振捣过程中要求浇筑人员如出现下列情况时停止振捣：混凝土表面停止沉落或沉落不明显、混凝土表面气泡不再显著发生或已泛出灰浆、混凝土已将模板边角部位充实并有灰浆出现。在振捣时，有专人检查模板固定螺栓及振动器是否有松动脱落现象。目前，浇筑台到蒸养房有12个模具坑位，蒸养房内有16个模具坑位，为保证蒸养房内蒸养时间在2-3个小时及足够的静置时间，要求作业队控制管片生产进度，一片管片的浇筑时间控制在10min。管片进蒸养房后分三个阶段进行蒸养即升温、恒温、降温，升温、降温速率一般控制在10℃/h，最高温度不超过60℃。（管片出蒸养房见图八）

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图八 管片出蒸养房

3.管片水养控制。管片出蒸养房后不得立即入池水养，须在室内静养一段时间，等管片表面温度与环境温度差不大于20℃时再入池，水池温度一般控制在20-30℃范围，冬天时水池内通入暖气保温，冬季施工时该项严格管控及实施。现场施工人员对水养时间进行监控，水养时间必须到7天，7天后须尽快吊运出池，以免影响后续管片入池作业。（出模管片室内静置后入池水养见图九）

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图九 出模管片室内静置后入池水养

4.管片强度全程监控。管片生产期间每天做三组试块，两组为标准养护、同条件养护并有实验室出具相应的试验报告，报监理审批，另一组出蒸养房后立即试压，了解出模管片强度并以此决定管片是否进行出模吊运。管片堆放期间由质检员用回弹仪对所有管片强度进行检测，若28天后管片强度不满足要求则进行报废处理，保证进硐拼装的每片管片都达到强度要求。（制作完成的试块同条件养护见图十）

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图十 制作完成的试块同条件养护

结语：经过上述技术、施工上对管片质量的控制，管片质量得到了一定的提升，得到了业主及监理的认可。但是还有一些小的细节工作我们没有做到位，在今后的工作中我们会再接再厉争取将管片预制工作做到完美，为管片厂的进一步发展做贡献。

参考文献：

1.张弛、蔡亚宁.隧道盾构混凝土管片预制与模具.中国建筑工业出版社，2010.8；

2.中华人民共和国住房和城乡建设部.盾构隧道管片质量检测技术标准.中国建筑工业出版社，2011.5；

3.周文波.盾构法隧道施工技术及应用.中国建筑工业出版社.2007.2；

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4.神华能源有限责任公司玛纳斯县劳坝湾煤矿副平硐工程管片结构设计图纸。

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