盾構(gòu)管片的生產(chǎn)工藝分析

楊 磊

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150500)

盾構(gòu)管片的全稱為盾構(gòu)隧道預制混凝土襯砌管片。隨著隧道施工技術(shù)不斷發(fā)展，其施工質(zhì)量大幅度提升，同時對盾構(gòu)管片的精度、質(zhì)量提出了更高的要求[1-2]。就地鐵盾構(gòu)管片而言，其對管片鋼筋籠的精度要求為5 mm，對成形管片的精度要求為1 mm，管片寬度誤差不能超過0.5 mm，從而大大增加了制作難度。因此，盾構(gòu)管片的生產(chǎn)工藝需要不斷改進，才能滿足盾構(gòu)管片制作對精度的需求。而盾構(gòu)管片的生產(chǎn)涉及大小幾十道工序，任何一道工序控制不當，都會影響管片的精度和施工質(zhì)量[3]?；诖?，本文結(jié)合哈爾濱地鐵軌道交通2號線一期工程，對盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝進行了分析，旨在為同類工程施工提供參考和借鑒。

1 工程概述

哈爾濱地鐵軌道交通2號線一期工程為哈爾濱軌道交通網(wǎng)絡(luò)中北部至東南的骨干線路，線路全長28.7 km，共設(shè)19座地下站，需預制管片25 224環(huán)。其中，陸地段共需14 318環(huán)管片,外徑6 000 mm，內(nèi)徑5 400 mm，環(huán)寬1 200 mm,管片混凝土強度等級C55，抗?jié)B等級≥P10；過江段隧道總長6.6 km，共需10 906環(huán)管片,外徑6 200 mm，內(nèi)徑5 500 mm，環(huán)寬1 200 mm，管片混凝土強度等級C55，抗?jié)B等級≥P12。盾構(gòu)隧道襯砌環(huán)采用通用管片，為“5+1”分塊方式的鋼筋混凝土管片襯砌。每環(huán)襯砌由6塊管片組成，其中1塊封頂塊(XF)，2塊鄰接塊(XL1，XL2)，3塊標準塊(XB1，XB2，XB3)。管片分直線環(huán)、左轉(zhuǎn)彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán)、轉(zhuǎn)彎環(huán)。

2 盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝

管片自動化流水線由3條澆筑作業(yè)流水線和5條蒸養(yǎng)線共同組成。在進行模具移動時，采用循環(huán)鏈+油缸相互配合的單向循環(huán)流轉(zhuǎn)方式，可以有效提高生產(chǎn)效率[1，4]，同時配合3個振動點，可有效消除澆筑振動瓶頸。應用實例表明，通過此種設(shè)計方法，可實現(xiàn)70環(huán)/d以上的生產(chǎn)速度。

管片自動化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)由4部分組成，即中央控制系統(tǒng)、鋼筋籠運送混凝土上料系統(tǒng)、混凝土澆筑系統(tǒng)及模具傳送系統(tǒng)。其通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和相應的傳感器系統(tǒng)，進行計算機集中控制，從而實現(xiàn)自動流水作業(yè)。在該系統(tǒng)中，即便是某一操作系統(tǒng)發(fā)生故障，人工操作可及時取代，從而確保整個系統(tǒng)運行的效率。管片的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 管片的生產(chǎn)工藝流程

從圖1中可以看出，盾構(gòu)管片制作工藝相對比較復雜，涉及到多個環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)控制不當，都會影響施工質(zhì)量。因此，在具體生產(chǎn)中要嚴格遵照“質(zhì)量第一”的原則，從鋼模檢查、鋼筋骨架入模和預埋件安裝、混凝土攪拌、振搗、收面、蒸養(yǎng)、脫模、成名檢驗、存放等方面同時入手，確保管片合格率達到100%[2，5]。

3 盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝分析

3.1 鋼模精度控制

工程實際采用千分尺來測量鋼模寬度，每次測量點不能少于6個，允許誤差控制在±0.4 mm，并用樣板尺和塞尺測量鋼?；∠议L度，允許誤差控制在±0.4 mm。每個鋼模的配件都要對號入座，可通過三環(huán)拼裝檢測來對鋼模的變形情況進行全面檢測。在生產(chǎn)過程中，2套鋼模(分別用X和Y表示)任意4塊模板管片的檢測數(shù)據(jù)偏差見表1。由表1中數(shù)據(jù)得出，檢測數(shù)據(jù)偏差都控制在規(guī)定要求范圍內(nèi)。

表1 管片的檢測數(shù)據(jù)偏差 mm

3.2 管片鋼筋籠的精度控制

先對鋼筋籠進行全面檢查，確保其型號和規(guī)格符合設(shè)計要求。鋼筋骨架制作及安裝允許偏差見表2。用鋼卷尺進行測量，按日生產(chǎn)量的3%進行抽檢，每日抽檢不小于3件，每件抽驗4點。在鋼筋骨架入模前，要進行對位校正操作，輕吊輕放，避免發(fā)生碰撞損壞鋼筋骨架。所有預埋件按照設(shè)計要求準確安裝并固定，防止振搗時移位、脫落。由專人安裝預埋件，不得漏裝[6]。鋼筋胎模采用鋼模形式，精度高。端頭固定擋板，以充分保證鋼筋骨架兩端面在同一直線，并確保鋼筋骨架入模后的保護層均勻。在焊接鋼筋骨架時，要采用二氧化碳氣體保護焊，在符合設(shè)計要求的胎模上制作。焊縫嚴禁發(fā)生咬肉、假焊、夾渣等質(zhì)量通病，同時焊縫的長度、寬度、高度等都要滿足設(shè)計標準[7]。

表2 鋼筋骨架制作及安裝允許偏差 mm

為滿足優(yōu)質(zhì)、高效、如期完工的要求，管片生產(chǎn)單位要根據(jù)業(yè)主對哈爾濱市軌道交通2號線一期工程盾構(gòu)管片制作工程的工期要求，編制科學、合理、周密的施工方案，合理安排施工進度，實行網(wǎng)絡(luò)控制，落實工序銜接，監(jiān)控實施進度，確保實現(xiàn)工期目標，滿足業(yè)主要求。

3.3 管片混凝土配合比的確定

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土氯離子總含量(水泥、礦物摻合料、骨料、外加劑和拌合水)不超過膠凝材料總重量的0.1%；混凝土中的最大含堿量(Na2O，當量氧化鈉)為3.0 kg/m3；混凝土中膠凝材料總量不超過500 kg/m3,最大水膠比為0.35，膠凝材料最小用量為380 kg/m3。摻和材料中，對粉煤灰、礦粉等的摻合比應根據(jù)不同季節(jié)作調(diào)整。優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉等礦物摻和料或礦物復合摻和料的摻量一般控制在30%～50%。

采用自動計量攪拌站進行混凝土攪拌，并嚴格按照配比通知單執(zhí)行。攪拌前，對攪拌機運行效率進行檢查并試運轉(zhuǎn)，對所有計量器具進行檢查。采用振動臺振搗，布料時先打開中間振動器，待混凝土填充至模板兩端時，振動器全部打開，再進行振搗。振搗時間控制在4～6 min，振搗完成后，即砼表面上不再冒出大的氣泡才能減弱或停止振搗?；炷翝矒v完成后，吊移蓋板，用拉杠來回進行壓磨外弧面，將多余混凝土去掉，并保證外弧面平整[5]。蒸養(yǎng)、脫模、起吊、收面結(jié)束后靜養(yǎng)1 h后可開始升溫蒸養(yǎng)(靜養(yǎng)時間視不同氣溫作相對變化)。管片蒸養(yǎng)分升溫、恒溫、降溫3個階段。預制管片在同條件試件(蒸養(yǎng))強度達到15 MPa后方可拆模。

3.4 管片養(yǎng)護溫度和時間的控制

本盾構(gòu)管片流水線生產(chǎn)區(qū)位于中跨車間1層，長96 m，寬30 m。流水線按“3+5”布局，即3條操作線、5條蒸養(yǎng)線，可擺放模具23套(128塊管片)。設(shè)置3條操作線，3個振動平臺，作業(yè)效率大幅提高。按3～4 min的節(jié)拍，每天最低可實現(xiàn)3個循環(huán)生產(chǎn)，最低日產(chǎn)量69環(huán)，月產(chǎn)能達到1 800環(huán)。管片脫模后，經(jīng)冷卻后吊入水養(yǎng)池養(yǎng)護7 d。在具體養(yǎng)護過程中，管片和水的溫差不能超過20 ℃，養(yǎng)護7 d后，運輸?shù)絿娏軈^(qū)繼續(xù)養(yǎng)護15 d，此后還要進行為期30 d左右的自然養(yǎng)護。單塊管片成品質(zhì)量標準見表3。用 0～2 100 mm 和0～510 mm 量程(根據(jù)管片設(shè)計尺寸配置)的游標卡尺分別測量管片的寬度和厚度；用5 m規(guī)格的鋼卷尺測量管片弧長；用50 m 鋼卷尺對扭曲變形情況進行檢驗。

表3 單塊管片成品質(zhì)量標準

3.5 管片成品質(zhì)量檢測控制

生產(chǎn)的每塊盾構(gòu)管片都需要進行嚴格自檢，并認真填寫檢驗表。按照《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》(GB 50446-2008)，管片混凝土外觀質(zhì)量不應有缺陷。盾構(gòu)管片統(tǒng)一由生產(chǎn)部門蓋合格章和生產(chǎn)日期，運到工地后，經(jīng)生產(chǎn)檢驗部門驗收合格，方可進行管片出廠[6]。管片質(zhì)量缺陷等級見表4。案例工程的檢驗結(jié)果顯示，各項標準都比較符合哈爾濱市軌道交通2號線一期工程要求。

表4 管片質(zhì)量缺陷等級

盾構(gòu)管片制作精度要盡量滿足拼裝要求。案例工程現(xiàn)場做檢漏和水平拼裝檢驗，具體方法為：每100環(huán)抽查1塊進行檢漏試驗，連續(xù)3次合格后改為每200環(huán)抽查1塊，連續(xù)3次合格則改為每400環(huán)抽查1塊。每套模具每生產(chǎn)200環(huán)做1組(3環(huán))水平拼裝檢驗。

3.6 盾構(gòu)管片試拼與試驗方法

管片試生產(chǎn)后經(jīng)過三環(huán)拼裝，檢驗合格確認后方可投入正式生產(chǎn)。用做三環(huán)試拼裝的管片抗壓強度要求達到設(shè)計強度的100%以上。在拼裝前將待拼裝的同期養(yǎng)護試件做抗壓試驗，強度符合要求后方可用于拼裝。投入正式生產(chǎn)后，每200環(huán)中任意抽取3環(huán)進行水平拼裝，監(jiān)理檢驗合格后可繼續(xù)進行管片生產(chǎn)[7]。拼裝平臺采用支座型，滿足管片拼裝直徑和平整度要求。管片三環(huán)水平試拼裝內(nèi)外徑4個測量點位(A-A，B-B，C-C，D-D)如圖2所示。按照《盾構(gòu)隧道管片質(zhì)量技術(shù)檢測標準》(CJJ/T 164-2011)進行抗彎和抗拔試驗，管片生產(chǎn)每1 000環(huán)檢驗1次抗彎和抗拔試驗。

圖2 管片三環(huán)水平試拼裝內(nèi)外徑4個測量點位

4 結(jié)論

結(jié)合工程實例，分析了盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝。盾構(gòu)管片對制作精度和質(zhì)量有極高的要求，而其生產(chǎn)工藝比較復雜，在具體生產(chǎn)時，需要結(jié)合工程需求特性，采用先進的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，才能在提升生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，保證盾構(gòu)管片的生產(chǎn)質(zhì)量和精度，從而確保地鐵工程施工質(zhì)量，推進我國地鐵工程持續(xù)不斷的發(fā)展。