盾構(gòu)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(gòu)隧道的施工中通過采用風動振搗和蒸汽養(yǎng)護工藝，順利完成管片生產(chǎn)任務(wù)，解決了管片外側(cè)浮漿較厚、容易出現(xiàn)大面積氣泡、脫模過程中崩角、掉塊等一系列難題。
【關(guān)鍵詞】盾構(gòu) 管片制作

1前言
目前城市地鐵開始高速發(fā)展，而在城市內(nèi)進行區(qū)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(tǒng)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(gòu)法隧道施工所取代。而最終反映出隧道施工質(zhì)量的就是拼裝出隧道的管片襯砌的質(zhì)量，我局于2001年3月首次承擔了深圳地鐵盾構(gòu)隧道的施工，為爭創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程，首先在管片生產(chǎn)上人手，大力開展科技攻關(guān)，不斷完善施工工藝，通過采用風動振搗和蒸汽養(yǎng)護工藝，在短短的7個月時間里順利圓滿完成了2 900環(huán)、17400塊管片的生產(chǎn)任務(wù)，解決了管片外側(cè)浮漿較厚、容易出現(xiàn)大面積氣泡、脫模過程中崩角、掉塊等一系列難題，在總結(jié)這些施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)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(yǎng)護技術(shù)，快速生產(chǎn)高精度、高強度高質(zhì)量的管片。
(2)施工作業(yè)規(guī)范化、程序化、標準化。
3 適用范圍
本工法適用于各種盾構(gòu)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(nèi)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(nèi)表面均布薄層脫模油，如出現(xiàn)脫模油流淌，用棉紗清理干凈；
(3)組模：模具的質(zhì)量，特別是尺寸精度，對生產(chǎn)出合格的管片，拼裝成尺寸準確的襯砌環(huán)是極其重要的，因此要嚴格控制組模質(zhì)量；
(4)模具檢查：模具組裝完畢后，由專職質(zhì)檢員用內(nèi)徑千分尺在模具指定位置進行寬度檢測，同時對模具的內(nèi)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(guī)格將鋼筋籠放入模具內(nèi)，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(yǎng)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?jié)B試驗；檢驗混凝土配合比能否滿足抗?jié)B和設(shè)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?jié)BS1O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(cè)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(xiàn)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(nèi)，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(jié)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(yǎng)護
(1)蒸汽養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)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(xiàn)收縮裂紋，最高養(yǎng)護溫度50℃—60℃，恒溫3-4h，降溫速度在每小時15℃~20℃，并保證蒸養(yǎng)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(shù)，發(fā)現(xiàn)問題用調(diào)整蒸汽通人量的大小來調(diào)節(jié)溫度；
(2)脫模后的養(yǎng)護：管片脫模后吊入水池內(nèi)進行養(yǎng)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(yǎng)護周期為7d，然后進行淋水養(yǎng)護，保持管片外面濕潤，噴淋養(yǎng)護達到28天齡期。
4．2．4脫模
(1)管片通過蒸汽養(yǎng)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(yǎng)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(cè)模與端模連接螺栓，兩側(cè)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(huán)試拼裝
(1)管片正式生產(chǎn)前和每生產(chǎn)100環(huán)管片后，由于管模可能尺寸不夠精確或生產(chǎn)過程中震動變形，
因此需要進行三環(huán)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(zhì)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(nèi)；
(3)制作12個拼裝支架，支架能夠在高度上進行微調(diào)，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(nèi)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(huán)拼裝完后，錯縫拼裝另兩環(huán)；
(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(huán)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(fā)生管片掉角、崩塊現(xiàn)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(nèi)表面清模；
(2)放人鋼筋籠之前必須對鋼模內(nèi)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(shè)備
主要機具設(shè)備見表1

7．1．4 抗?jié)B標準
應(yīng)有10％的管片進行檢漏測試，其檢測抗?jié)B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(zhì)量保證措施
(1)建立質(zhì)量保證體系，開展全面質(zhì)量管理活動，各工序指派專人負責，技術(shù)人員跟班作業(yè)；
(2)加強對原材料質(zhì)量檢驗，材料質(zhì)量必須符合國家現(xiàn)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(shè)計要求及質(zhì)量標準進行驗收，驗收合格的鋼模方能投人生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，質(zhì)檢人員每天對鋼模的主要技術(shù)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(huán)、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(jīng)常對各類衡器進行檢驗，使用過程中加強維護保養(yǎng)，使稱量系統(tǒng)始終保持良好的工作狀態(tài)；
(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(chǎn)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(chǎn)日期、型號、編號。
8 安全措施
(1)對管片生產(chǎn)的全體操作人員進行安全、技術(shù)交底，并進行崗位責任制和各項操作規(guī)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(jīng)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(nèi)一切機械設(shè)備嚴格按有關(guān)操作規(guī)程操作，做好經(jīng)常性的檢查保養(yǎng)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(zhì)量有保證，而且生產(chǎn)速度快、精度高；
(2)在盾構(gòu)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(chǎn)有著廣闊的發(fā)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(qū)間采用盾構(gòu)法施工，隧道全長3 471．6m。管片襯砌外徑6000mm，內(nèi)徑5 400mm，每環(huán)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?jié)B等級SIO。為國內(nèi)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(huán)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(xiàn)一定半徑的隧道曲線。管片生產(chǎn)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(yǎng)護工藝，日生產(chǎn)能力達到2環(huán)/套，每天16環(huán)。法國索菲圖佐羅總監(jiān)全程監(jiān)理了整個2 900環(huán)管片的生產(chǎn)過程，認為我們生產(chǎn)的管片達到了歐洲一流水平，并得到了建設(shè)單位的高度評價。