1、13-2-23 盾构隧道管片预制生产施工技术1 前言1.1 概述管片生产场地平面布置主要有混凝土搅拌系统、管片制作车间、钢筋成型车间、养护水池、管片堆场及其他辅助设施组合而成。各组成部分既有独立的使用功能，又是互相匹配有机组合的整体，从而形成了能满足管片制作、储存和发送要求的总体布局。管片生产的质量最终决定了盾构隧道的施工质量，其生产控制重点在于钢筋混凝土管片尺寸精度和混凝土强度等级。首先保证钢模型的制作精度；管片钢筋笼制作过程中关键要控制钢筋成型精度、钢筋骨架定位精度以及钢筋焊接质量；而在管片车间控制混凝土浇捣质量、蒸汽养护、脱模起吊、管片翻身、钢模合拢精度、收水质量等工序；其它环节如混凝土
2、配合比的确定、混凝土搅拌、管片水养护、堆放、自然养护等也是不可忽视的。1.2 特点(1)采用高精度钢模，低坍落度混凝土，风动振捣，蒸汽养护技术，快速生产高精度、高强度高质量的管片。(2)施工作业规范化、程序化、标准化。1.3 适用范围适用于各种盾构隧道管片制作，对于制作精度要求比较高的高强度混凝土预制件也有的指导作用。2 管片预制生产施工工艺流程管片预制生产施工工艺流程如图 2-1 所示。23 管片生产场地布置3.1 场地布置原则（1）管片厂建设采用工业标准厂房，生产各工序施工车间布置采用流水作业形式以节约占地面积。还需冬季施工风向对管片生产质量控制的影响，车间宜为西东走向布置。（2）管片生产
3、车间分为五个区域：钢筋骨架成型区，管片浇捣成型和蒸养区，管片翻转整修区，管片水养护区，管片成品堆放区。（3）设置独立的钢筋断料、弯折（弧）工段，采用进口弯弧机和弯折机，混凝土采用商品混nonoyes生产厂准备存 放模具准备模具检查 校正模具清洁模具no涂脱模剂安放钢筋骨架钢筋下料骨架焊接yes钢筋成型检查钢筋笼存放调整校正noyes砼入模前检查 进一步调整浇筑砼，振捣砼拌合运输yes砼坍落度检查抹面、蒸汽养护yes养护温度时间检验脱 模noyes管片尺寸检查 另作处理标识、养护图 2-1 管片生产施工工艺流程图3凝土。（4）配置钢筋混凝土管片拼装检验平台，其表面平整度达到0.25mm，并能承受
4、三环管片的重量而不变形。（5）配置相应数量的管片抗渗检漏架。3.2 钢筋加车间钢筋加工车间由加工制作一区、二区和焊接成型安装区组成。制作一区由钢筋切断机、弯弧机、弯曲机组成，用来加工主筋：制作二区由钢筋切断机、调直设备，弯箍机、弯曲机和螺旋机组成，主要用来加工箍筋和螺旋筋；焊接区由点焊架、CO2弧焊机组成，主要进行钢筋骨架的安装制作。3.3 管片生产成型车间管片生产成型车间与钢筋加工成型车间相连，车间面积按照管片生产量要求计算，在本区域内应可放置完整的若干套管片钢模并保证其布置间距同时满足拆、架模和厂内道路宽度要求。并能满足管片浇注成型后的蒸养要求。3.4 砼搅拌站的布置由于对管片砼坍落度的要
5、求严格，应缩短砼运输距离减少对砼坍落度的影响，砼搅拌站与管片生产车间距离宜近不宜远，并根据管片生产量选择搅拌站型号，一般选用JS500双卧轴强制式混凝土搅拌机，并配置自动上料和称量系统，砂、石大堆材料就近放置，采用装载机上料。水泥、粉煤灰采用散装水泥罐。3.5 管片养护区域的布置为减少中间各施工工艺运输距离和缩短各环节运行时间，管片养护区域应和管片生产车间顺序排列，其中蒸汽养护可与管片生产同时占用车间，经翻身修整后直接入池进行水养。水养池大小根据管片生产量、场地情况综合考虑，一般采用单层堆砌，2m高（埋入地下1.5m、地上0.5m） ，管片水养时间为7天。3.6 管片堆放场、场地内运输道路的布
6、置管片堆放区中一般应设置翻转架1台、三环拼装平台1只和抗渗检漏台2台，占地面积根据管片需求量确定。管片堆放场地位置的选择应依据节约吊装运输设备和运输距离最短的原则进行，避免因运输距离过长造成管片碰损。 为施工和管片出厂方便，场地道路进行硬化处理。条件允许情况下可将管片运出道路和材料进场道路分开。管片堆场地坪必须坚实平整。垫木厚度必须一致，放置位置正确。管片贮存时，必须充分注意，不要让管片产生有害的裂纹或永久性变形等，需要选择适当的贮存场所和贮存方法，以免因其自重造成的贮存场所不均匀下沉和垫木变形而产生异常应力和变形。贮存时，必须注意，不要让油类、泥等污损管片。管片可侧立按型号堆放，堆放高度以三
7、层为宜。为了方便运输，管片也可内弧面朝上堆放，堆放高度不得大于4层。管片运输时采用专门车辆、专用垫衬，一车装二块以上的管片时，管片之间应附有垫木及柔性材料做衬料，运输中要保持平衡行驶。管片场内短驳，车辆行驶速度以5公里/小时为宜，管片出厂运输、车辆行驶速度控制在35公里4/小时为宜。3.7 给水、排水、供气系统的布置管片生产用水量主要是管片养护，搅拌砼用水量以及施工现场生活用水量，消防用水量，为满足施工用水，根据场地内各个施工场所设置消防设施及施工用水点，采用埋地暗管铺设，主管路为80。排水系统布置原则上采用暗沟排水，根据场地布置在每个施工区域周边挖设排水沟，排水沟根据排出口位置标高设置坡度，
8、保证排水系统的顺畅。供气系统主要保证管片蒸养需要，采用埋地暗管铺设，接至管片浇注区，分为支管，经各钢模底部供气阀门，向各钢模进行独立或组合供气。4 管片预制生产4.1 原材料要求4.1.1 水泥 高性能混凝土必须重视对水泥的选择。配制不易开裂的管片混凝土应重点考察以下几个方面：（1）水泥早期强度好，并适合蒸汽养护，要求在低温蒸养条件下（60以下）盾构管片10h脱模强度20MPa。根据经验,应选择强度等级不低于42.5MPa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。（2）为避免发生碱集料反应，水泥的碱含量应严格控制在0.6%以下。（3）从经济性和耐久性两方面考虑，应选择与高效减水剂适应性好的水泥。4.1.2
9、 砂 、石料砂宜采用中砂，细度模数2.53.0，含泥量不大于3%。石子宜采用525mm连续级配的碎石，含泥量不大于1%。砂、石材料的采购应派人到采集场进行规格和清洁度质量监控并进行颗粒混合试验，使骨料粒径符合国家规范要求，到场后再次做筛分检验和含泥量检验，合格方允许投入生产使用，不符合国家规范要求和有碱骨料反应的砂石严禁使用。4.1.3 钢材 进场时钢筋必须按规格分类挂牌堆放，钢筋表面应洁净，不得有油漆、油垢、锈皮，钢筋必须顺直，调直后表面伤痕不应使钢筋截面积减少，当钢筋出现颗粒状或片状锈蚀现象时必须不准使用。4.1.4 外加剂 混凝土外加剂的要求是能够适应蒸气养护且具有早强的高效减水剂。根据
10、分析，蜜胺树脂系、萘系适合我们生产实际。选用的外加剂要求坍落度经时损失小，引气量要小，凝固时间要快，这样才能满足收水时间的要求，且其早期增强性较强。但从经济上考虑，蜜胺树脂系使用成本较高，因此萘系减水剂在实际生产中较为广泛。4.1.5 水采用清洁的不含有害物质的自来水，注意严格控制水灰比，水灰比不得超过 0.45。在进行管片生产或更新配合比以前，针对水、石、砂、外加剂等，须进行三组配合比试验，以选择最佳的配合比进行管片的试生产，待试制品完全检验合格得到业主、监理等单位批准后，再进行管片的正式生产或新配合比应用。54.2 钢筋笼制作4.2.1 钢筋断料、弯曲（1）钢筋制作应严格按钢筋大样图进行断
11、料和弯曲成型；（2）钢筋进入弯弧机时应保持平衡，防止平面翘曲，成型后表不得有裂痕；（3）往承台上放置钢材时，必须两人以上配合进行，缓慢地扶牢轻放，切断机的承台架上放置的钢筋重量不得大于 3T；（4）经切断后的材料必须按规定整齐叠放在指定的位置，地上有垫木支承，并挂上标识牌。4.2.2 骨架焊接（1）钢筋骨架焊接成型时必须在符合设计要求的靠模上进行制作；（2）骨架首先必须先安装在模具上，经测量调整和检验各项尽寸都符合要求，才作为定型尺寸开料和弯曲成型；（3）钢筋与钢筋之间与邻近的金属预件之间净距不得小于 25mm；（4）钢筋骨架焊接成型时焊接位置要准确，严格掌握好钢筋骨架的焊接质量；（5）钢筋焊
12、接以使用 CO2 低温保护焊机为主，不得烧伤钢筋；（6）焊口要牢固，焊缝表面不允许有气孔及夹渣；（7）焊接后气化玻及焊渣必须及时清除干净。（8）成型的钢筋笼必须进行检验状态标志。（9）骨架焊接方式为点焊，目的是焊牢骨架，焊条型号为焊 CO2 焊条及结 422。4.2.3 钢筋骨架安装（1）钢筋笼装上保护层垫块后由桥吊配合专用吊具把钢筋笼吊入模具，钢筋笼型号与模具型号要匹配；（2）对准位置轻吊，轻放，不得让钢筋笼与模具发生碰撞；（3）钢筋笼放入模具后要检查周侧，底部的保护层是否均匀，保护层大于规定公差和扭曲的钢筋笼都不得使用；（4）由专人负责放需绑扎的钢筋部件、预埋配件；（5）专人负责对模具、钢
13、筋骨架、保护层、预埋件进行检验。管片钢筋制作允许误差见下表 4-1。表 4-1 管片钢筋制作允许误差序号 项目 允 许 误 差（mm）1 网片长、宽尺寸 102 网片间距 103 分布筋长度尺寸 104 分布筋间距 55 骨架长、宽、高尺寸 5 106 主筋保护层 5 37 箍筋间距 1064.3 模具清理、喷涂脱模剂及组模4.3.1 模具清理、喷涂脱模剂（1）用抹布清理模具表面；（2）用塑料刮刀清除砼积垢；（3）用压缩空气吹净模具；（4）用喷雾器均匀喷上脱模剂，不能流淌；（5）用干棉纱吸去多余的脱模剂；（6）模具外表面、调节螺栓孔应始终保持干净，不能有砼积垢的任何污迹。4.3.2 模具组合（
14、1）模具调试和保养模具必须放在一个稳定的基面，水平误码差 1mm 以下；基底必须与模底面紧密连接，且免受振动干扰；模具公差不符合要求时，在工程师的指导下按厂方提供的说明书的步骤进行调校；模具保养在机械工程师的带领下按厂方提供的说明书的步骤和规定进行；紧固端模、紧固边模民必须用活动扳手，禁止用套筒扳手，紧固扭矩 200NM。（2）打开和关闭模具顺序打开：打开侧模打开端模关闭：关闭端模关闭侧模（3）打开和关闭顶盖顺序松开螺栓，打开顶盖；插上销钉，保护顶盖稳定；拨出销钉，关闭顶盖，拧紧螺栓。（4）找开和关闭侧模、端模红色螺栓是不可动，绿色螺栓是活动螺栓；松开侧模绿色固定螺栓，找开侧模，但不要完全拧出
15、来；拧紧侧模绿色固定螺栓，关闭侧模；松开轴向绿色螺栓，找开端模；拧紧轴向绿色螺栓，关闭端模；松开或拧紧侧模绿色固定螺栓的顺序。4.4 管片混凝土浇注4.4.1 混凝土搅拌（1）上料系统和搅拌系统必须按规定定期检验；（2）混凝土配合比必须经监理、业主审批确认后方可使用；（3）生产前必须清扫各计量槽内残留材料，并将计量器归零；（4）更改混凝土配合比必须经监理、业主的批准；（5）材料允许误差，水泥：2%；粗细骨料：3%；水和添加剂：2%；（6）搅拌时间为 2 分钟，坍落度为 6020mm，经现场的施工经验控制在 5070mm 为最佳；7（7）提供砂石含水率，进行减少水计量增加砂石计量；（8）如间隔搅
16、拌时间过长，应先行清洗搅拌机，以免机内残料硬化而影响砼质量。4.4.2 混凝土振动（1）空模时禁止启动振动器，否则将会导致模具损坏；（2）采用分层下料方式以减少表面气泡，方法是打开顶盖均匀分布约所需的 1/31/2 量的混凝土，启动振动器，振动时间为 24 秒，然后合上顶盖从模具中部继续下混凝土，启动振动器直至模具内混凝土完全装满并且无汽泡冒出；（3）混凝土振动时间视混凝土的流动性而定，一般为 56min，一般不超过 10 min，不得过振；（4）混凝土的坍落度控制在 5070mm；（5）在振动过程中应检查以下各项：紧固的螺栓和固定螺栓底座有无松动，联接螺栓底座有无松动，注浆孔螺栓底座有无松动
17、。在振动过程中以上任何一项松动，都要停止振动重新紧固，然后重新振动。4.4.3 表面光面在振动完成后，打开面板对混凝土面板进行光面。（1）打开面板的时间应随气温及砼凝结情况而决定，一般以掀开中间的薄塑料布用手按微平凹痕为准； （2）粗抹面：使用铝合金压尺，刮去掉多余砼（或填补所凹陷处） ，并进行粗磨；（3）中抹面；待混凝土收水后使用灰匙进行光面，使管片面平整、光滑；（4）使用长匙进行精工抹平，力求使表面光亮无灰匙印。4.5 管片脱模、养护4.5.1 管片养护（1）模内养护1）混凝土初凝后盖上吸水性不强不易脱色的湿纤维物，并进行湿润养护；2）混凝土达到一定的强度后，应将 PVC 管螺孔杆拔除；3
18、）在气温低于 15时应采用温水养护，出口处水温控制在 35左右；4）气温在低于 8时，出口处水温应提高至 45。（2）蒸汽养护1）养护方法经监理工程师批准，养护效果从浇注混凝土时取的试块进行检验；2）管片浇筑完成后，光面静停一小时，可将 PCC 管定位螺栓孔杆拔除。3）用帆布将管模和管片覆盖好，引入饱和蒸气。4）为保证管片的强度和抗渗性，防止出现微裂纹，需要严格控制蒸养时间、升温及降温速率、恒温时间和湿度等。管片蒸养要满足如下规定控制：砼浇注后静置 24 小时，开始进行管片蒸汽养生，每小时温度增加不可超过 20 度。60恒温养生 1 小时，开始降温，至环境温度后继续养生1 小时。管片蒸养须严格
19、分静停、升温、恒温、降温等四个阶段进行，具体如下表 4-2 所示：表 4-2 管片蒸养时间要求条 件 时 间8静停 24 小时（从浇捣结束后算起）升温 15最高温度 60恒温时间 24 小时（根据季节定）降温进度 10脱模温差 20注：蒸养过程中每半小时查看温度计上的读数，发现问题用调整蒸汽通人量的大小来调节温度（3）养护池养护管片经脱模修补以后，吊入水池内进行养护，确保管片完全浸泡在水里管片人池时管片与池中水的温度差不得大于20，养护周期为7d，然后进行淋水养护，保持管片外面湿润，喷淋养护达到28天龄期。4.5.2 管片脱模混凝土脱模强度由同条件养护的试件进行试压达到 20Mpa 以后方可进
20、行脱模，管片起吊后立即拆下各为垫圈，注浆孔螺栓底座应清理干净后放回指定的位置。拆模的顺序为：（1）清除砼残积物，配上螺母，卸下系杆螺栓，放置在模具托架横梁上；（2）先拆卸灌浆管的回定螺栓及定位盖，清抹干净，放在指定位置；（3）先拆卸旁模与度模固定螺栓，后拆卸侧模与端模连接螺栓，收集齐全，清理干净后放在专用的箱子内；（4）专用工具将侧模的定位螺栓及端模的推进螺栓拆松，退位至原位置后，两手均衡用力，顺着旁模滑落，分别把两侧模拉开至特设安全保险定位位置。（5）脱模起吊方式一般采用真空吸盘起吊设备，利用该设备起吊时与管片是柔性接触，受力均匀。而且大大加快了起吊速度，明显减少了螺栓孔部位局部开裂、混凝土
21、脱落现象，并且减低了对管片起吊强度的要求。4.5.3 管片修补模筑的管片会存在一定的气泡和崩缺，所以在脱模以后应立即对管片进行修补。（1）在管片脱模和搬运过程中不可避免的会发生管片掉角、崩块现象，需要进行修补； （2）管片外表面的气泡，蜂窝或漏浆：深度5mm 时，用西卡胶皇拌和水泥逐个填平；深度5mm 时，先用锤子或凿子刮去表面微细裂痕，用水清洗基层，清除所有的浮浆，油迹，粉尘等杂物，然后装上木模板，用西卡胶皇修补拌和水泥进行曲修补填平，干后再涂一层混合浆液，干透后(24小时)再打磨；（3）管片露筋：基层处理，用刀刮去钢筋表面的污垢，再用高纯度酒精清洗钢筋。待干透后，使用小灰铲进行修补，修补分
22、二次进行。第一，初步修补，管片周边装好木模后，涂底层浆液，再用修补剂混合水泥将修补部位填平，第二，表面涂一层混合浆液待干透后，用砂纸进行磨平修整；（4）边角崩块：基层处理，用锤子或凿子刮去表面微裂痕，去除油迹和灰尘，修补处理分二步进行，第一，装好木模，填平该修补的部位。第二，表面涂一层混合浆液，干后用砂纸磨平修整。94.5.4 管片标识管片标示分为永久标示和临时标示。永久标示在钢模制造时就镜像铸于钢模上的，主要反映管片环类型（标准环、左转弯环、右转弯环） 、块类型（标准块、邻接块、封顶块） 、管片端面对接标志及螺栓孔对接标志。临时标示为管片脱模后喷涂的，主要标示管片流水号码、生产日期。对于联络
23、通道处特殊管片需要喷涂相应的标示，避免与普通管片混淆。4.6 管片堆放和运输4.6.1 管片堆放管片在水池里的堆放：管片水浸养护时，池水必须漫过管片顶部，单层放置，不同规格的管片严格分区养护。管片在喷淋场的堆放：管片在喷淋场成侧立放置，以保证自动喷淋的水能湿润管片的每一部份，两层放置。喷淋头放置在顶层的上部。管片在堆场的放置：可以选择侧放或者元宝型放置。侧放堆放占地小，但是管片叠放稳定性比较差，出厂不方便，要翻身至元宝型才能吊上车。元宝型堆放管片叠放稳定，出厂方便，可直接吊上车，但占地面积相当较大，而且注浆孔内容易积水，在冬季注浆孔内积水结冰会破坏注浆孔封头混凝土。所以，堆放时间较长的管片宜采
24、用侧放堆放，堆放时间较短的管片宜采用元宝型堆放，而在冬季不宜采用元宝型堆放。4.6.2 管片的交付运输管片完成最终检验等待出货时盖上”生产厂家;合格”章。管片的交付运输使用长平板车等装运，按施工顺序整环运送；每叠管片不超过 3 层，叠与叠之间纵横方向留有不少于 300mm 间距。管片吊运时片与片间亦以垫木间隔，每叠底部以两根 1501501200mm 木枋沿宽度方向在弯曲螺栓孔外侧，以防碰撞；管片与绳索间为专门的管片吊装带，以防勒伤，绳索用纹盘收紧，使管片得以紧固；管片厂装车采用叉车，运输至现场后采用龙门吊卸车。5 管片试验与检验5.1 管片精度与外观质量5.1.1 外观质量要求管片外观质量检
25、验要求：管片表面应光洁平整、无蜂窝、露筋、无裂纹、无气泡水泡；止水带附近不允许有缺陷；注浆孔应完整、PVC 管内无水泥浆等杂物。（1）检验方法：测量检验：用于管片外形尺寸公差检验；目视检验：用于外观质量缺陷检验。（2）检验工具：游标卡尺：02000mm 精度 0.05mm、0500mm 精度 0.05mm；样规：用于外观质量抽检弧弦吻合度；尼龙线：用粗 1mm 长 4m 用于检验曲率变形或扭曲变形。10（3）尺寸检验用游标卡尺对管片的宽度、厚度进行测量检验，各测 3 个点。用两根尼龙线对角拉紧成弦线，测量两根弦长交汇点的距离，不大于 2mm 时，曲率弯形符合要求。5.1.2 管片精度检查管片管
26、片外形尺寸允许偏精度检测：管片的几何尺寸在拼装成型及隧道的防水等方面具有非常重要的作用，其精度要求如下表 5-1 所示。表 5-1 管片外形尺寸允许偏差序号 项目 允许偏差（mm） 备注1 管片宽度 0.5 每块测点2 弧长、弦长 1.0 每块测点3 内半径 -0.33.0 设计要求4 厚度 -0.33.0 每块测点5 环、纵向螺栓孔 0.5 每块检验6 环缝间隙 2.0 三环整环水平拼装7 纵缝间隙 2.0 三环整环水平拼装5.2 管片试验5.2.1 管片抗弯试验（1）试验工具：50KN 千斤顶，7 个示值为 0100Mpa 精度 1.5 级工作压力表，一个百分表，试验台架。压力表、百分表均
27、须成都市计量检测所检定合格。（2）量值依据：加荷时依照检定的（荷载压力表示值示值）线性回归方程得出每一级荷重下压力表示值。（3）试验方法： 1）加荷方法：采用千斤顶分配梁系统加荷，加荷点距 900mm。受压后支承管片的活动小车可沿轨道向两端运动。2）荷载分级和持续时间采用分级加荷法：由 50KN 开始加荷，然后每次加荷 10KN 并静停 1 分钟，注意记录裂缝产生和裂缝宽度为 0.2mm 时的荷载值，加荷完毕后，静止 1mm 记录压力表读数及中心加荷点及水平位置变量。3）当加荷到压力表读数不能再上升，百分表读数突然增大时，说明此时管片钢筋已达到屈服强度，此时加荷值即为破坏荷载。5.2.2 管片灌浆孔螺栓抗拔试验（1）量值依据：在 500KN 千斤顶上装置一个 0100Mpa 的工作压力表，精度 1.5 级（成都市计量检测所检定合格） ；加荷时依照检定报告线性回归方程得出每一级荷重的压力表示值，设计抗拔力18t。
