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(tuán)在深圳地鐵盾構(gòu)隧道的施工中通過采用風(fēng)動(dòng)振搗和蒸汽養(yǎng)護(hù)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(jìn)行區(qū)間隧道施工，對(duì)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(jià)低、機(jī)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(dān)了深圳地鐵盾構(gòu)隧道的施工，為爭(zhēng)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(fēng)動(dòng)振搗和蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝，在短短的7個(gè)月時(shí)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(yàn)的基礎(chǔ)上形成本工法。
2工法特點(diǎn)
(1)采用高精度鋼模，低坍落度混凝土，風(fēng)動(dòng)振搗，蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)，快速生產(chǎn)高精度、高強(qiáng)度高質(zhì)量的管片。
(2)施工作業(yè)規(guī)范化、程序化、標(biāo)準(zhǔn)化。
3 適用范圍
本工法適用于各種盾構(gòu)隧道管片制作，對(duì)于制作精度要求比較高的高強(qiáng)度混凝土預(yù)制件也有的指導(dǎo)作用。
4 施工工藝
4.1工藝流程見圖1
4．2操作要點(diǎn)
4．2．1 澆注混凝土前的準(zhǔn)備工作
(1)清洗模具：組模前要對(duì)鋼模進(jìn)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(duì)生產(chǎn)出合格的管片，拼裝成尺寸準(zhǔn)確的襯砌環(huán)是極其重要的，因此要嚴(yán)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(jìn)行寬度檢測(cè)，同時(shí)對(duì)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(hào)與模具型號(hào)要匹配，保護(hù)墊塊位置準(zhǔn)確。模具準(zhǔn)備見圖2。
4．2．2 混凝土澆注
(1)混凝土配合比必須進(jìn)行試配，并進(jìn)行試驗(yàn)以獲取正確的養(yǎng)護(hù)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度。并符合如下要求：混凝土立方休強(qiáng)度及抗?jié)B試驗(yàn)；檢驗(yàn)混凝土配合比能否滿足抗?jié)B和設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求；管片吊裝孔抗拔試驗(yàn)，檢驗(yàn)吊裝孔最大抗拔能力以確保管片安裝時(shí)的安全。
(2)混凝土澆注前的準(zhǔn)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(qiáng)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(jìn)行放料。
(3)開動(dòng)模具上的附著式風(fēng)動(dòng)振動(dòng)器振搗，振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)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(dāng)時(shí)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(shí)現(xiàn)分層振搗。
(4)為減少管片成型后的氣泡、水眼，待風(fēng)動(dòng)式振動(dòng)器振搗完以后，加以振動(dòng)棒振搗密實(shí)，振搗時(shí)不準(zhǔn)碰撞鋼模和預(yù)埋件，做到先中間，后兩邊，每個(gè)振動(dòng)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間控制在10-20s內(nèi)，振動(dòng)完成后緩慢拔出振動(dòng)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(jìn)行光面。光面分粗、中、細(xì)三個(gè)工序，粗光面：使用鋁合金壓尺，刮平去掉多余混凝土，并進(jìn)行粗磨。中光面：待混凝土收水后用灰匙進(jìn)行光面，使管片乎整、光滑。精光面：使用長(zhǎng)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(hù)
(1)蒸汽養(yǎng)護(hù)：混凝土振動(dòng)成型并光面2h后，混凝土表面用手壓有輕微的壓痕時(shí)，在管片外弧面上蓋上濕潤(rùn)的養(yǎng)護(hù)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(shí)，在帆布套上預(yù)留的小孔中插入溫度計(jì)，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(shí)蒸汽會(huì)從每個(gè)小孔中均勻的噴出來，使整個(gè)模具均勻的升溫，升溫時(shí)速度在每小時(shí)15℃—20℃，防止升溫太快管片出現(xiàn)收縮裂紋，最高養(yǎng)護(hù)溫度50℃—60℃，恒溫3-4h，降溫速度在每小時(shí)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(gè)過程中要每半小時(shí)查看溫度計(jì)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(hù)：管片脫模后吊入水池內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保管片完全浸泡在水里．管片人池時(shí)管片與池中水的溫度差不得大于20℃，養(yǎng)護(hù)周期為7d，然后進(jìn)行淋水養(yǎng)護(hù)，保持管片外面濕潤(rùn)，噴淋養(yǎng)護(hù)達(dá)到28天齡期。
4．2．4脫模
(1)管片通過蒸汽養(yǎng)護(hù)足夠時(shí)間后測(cè)試混凝土試塊強(qiáng)度，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到15MPa以上時(shí)，開始組織脫模；
(2)拆模順序：疊齊養(yǎng)護(hù)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(jī)上；
(3)拆模中嚴(yán)禁錘打，敲擊模具等野蠻操作，管片起吊時(shí)，地面操作要由多人配合進(jìn)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(dòng)變形，
因此需要進(jìn)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(gè)鋼筋混凝土平臺(tái)，平臺(tái)確保水平，誤差控制在2mm以內(nèi)；
(3)制作12個(gè)拼裝支架，支架能夠在高度上進(jìn)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(tái)上畫直徑為管片內(nèi)徑和外徑的兩個(gè)圓，作為拼裝時(shí)的參考線；先放置標(biāo)準(zhǔn)塊，再鄰接塊，最后放人封頂塊；一環(huán)拼裝完后，錯(cuò)縫拼裝另兩環(huán)；
(5)檢測(cè)：管片拼裝完后利用不同型號(hào)的插片對(duì)管片之間的縱縫、環(huán)縫進(jìn)行測(cè)量，以檢測(cè)各管片之間的縫隙是否符合要求；再用水準(zhǔn)儀分別測(cè)量各接縫的幾個(gè)點(diǎn)，然后計(jì)算這幾個(gè)點(diǎn)是否在同
面上。
4．2．6 管片修補(bǔ)
(1)在管片脫模和搬運(yùn)過程中不可避免的會(huì)發(fā)生管片掉角、崩塊現(xiàn)象，需要進(jìn)行修補(bǔ)；
(2)管片外表面的氣泡，蜂窩或漏漿：深度<5mm時(shí)，用西卡膠皇拌和水泥逐個(gè)填平；深度>5mm
時(shí)，先用錘子或鑿子刮去表面微細(xì)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(bǔ)拌和水泥進(jìn)行曲修補(bǔ)填平，干后再涂一層混合漿液，干透后(24／小時(shí))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(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)分二次進(jìn)行。第一，初步修補(bǔ)，管片周邊裝好木模后，涂底層漿液，再用修補(bǔ)劑混合水泥將修補(bǔ)部位填平，第二，表面涂一層混合漿液待干透后，用砂紙進(jìn)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(bǔ)處理分二步進(jìn)行，第一，裝好木模，填平該修補(bǔ)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(xiàng)
(1)嚴(yán)禁使用鐵器進(jìn)行內(nèi)表面清模；
(2)放人鋼筋籠之前必須對(duì)鋼模內(nèi)弧面寬度進(jìn)行檢測(cè)，裝配好模具后必須對(duì)鋼模外弧面進(jìn)行檢測(cè)；
(3)拆模中嚴(yán)禁捶打，敲擊模具等野蠻操作，管片起吊時(shí)，地面操作由四人配合進(jìn)行，確保管片垂直出模，以免損壞管片；
(4)拆除墊圈時(shí)不能硬撬，硬敲，以免損壞墊圈和管片。
5 機(jī)具設(shè)備
主要機(jī)具設(shè)備見表1
7．1．4 抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)
應(yīng)有10％的管片進(jìn)行檢漏測(cè)試，其檢測(cè)抗?jié)B壓力為0．8MPa，恒壓時(shí)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(dòng)，各工序指派專人負(fù)責(zé)，技術(shù)人員跟班作業(yè)；
(2)加強(qiáng)對(duì)原材料質(zhì)量檢驗(yàn)，材料質(zhì)量必須符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。做好帳臺(tái)登記，同時(shí)通知試驗(yàn)部門取樣試驗(yàn)；
(3)管片必須按設(shè)計(jì)要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)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(duì)鋼模的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量，不斷矯正管模尺寸；
(4)鋼筋籠人模后，按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)每個(gè)鋼筋籠進(jìn)行校正。對(duì)環(huán)、縱向螺栓孔位置、保護(hù)層厚度進(jìn)行校正實(shí)測(cè)，合格后方司進(jìn)行混凝土澆注；
(5)混凝土攪拌站要經(jīng)常對(duì)各類衡器進(jìn)行檢驗(yàn)，使用過程中加強(qiáng)維護(hù)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(shí)要嚴(yán)格控制風(fēng)動(dòng)頻率和時(shí)間，避免過振和漏振產(chǎn)生氣泡或浮漿；
(7)管片達(dá)到16MPa強(qiáng)度后方可脫模，并在管片上印刷生產(chǎn)日期、型號(hào)、編號(hào)。
8 安全措施
(1)對(duì)管片生產(chǎn)的全體操作人員進(jìn)行安全、技術(shù)交底，并進(jìn)行崗位責(zé)任制和各項(xiàng)操作規(guī)程學(xué)習(xí)；
(2)車間人員進(jìn)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(jī)必須經(jīng)培訓(xùn)考核后才能進(jìn)行單獨(dú)操作，工作時(shí)必須集中注意力，聽從起重工的指揮：
(4)車間內(nèi)一切機(jī)械設(shè)備嚴(yán)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(yùn)鋼絲繩、夾具、銷軸等物件使用之前必須檢查，并及時(shí)修復(fù)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(yù)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(shí)例
我局承擔(dān)的深圳地鐵一期工程華強(qiáng)路—崗廈區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，隧道全長(zhǎng)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(qiáng)度等級(jí)C50，抗?jié)B等級(jí)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)一定半徑的隧道曲線。管片生產(chǎn)模具是從德國進(jìn)口8套鋼制模具，運(yùn)用本工法采用風(fēng)動(dòng)振搗和蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝，日生產(chǎn)能力達(dá)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(gè)2 900環(huán)管片的生產(chǎn)過程，認(rèn)為我們生產(chǎn)的管片達(dá)到了歐洲一流水平，并得到了建設(shè)單位的高度評(píng)價(jià)。
