盾构管片制作

盾构 管片制作

一、 工艺概述

1、 定义

1.1 管片：是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最外层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。

1.2 管片模具：是用模具钢制造的，由一块底板、四块侧板、两个上盖所组成的用于隧道管片生产的专用性混凝土预制件模具。

2 、整体施工方案

为提高管片的质量，应从工艺流程、模具使用、钢筋及骨架加工、混凝土配合比设计、混凝土施工、混凝土养护等六个方面制定合理的方案。

二、 作业内容

管片生产作业内容包括：模具的选用、调试、钢筋骨架的制作、混凝土施工、拆模、管片养护。

三、 质量标准

管片混凝土强度指标为 C50，抗渗等级 S12。

表 1   管片质量检验标准

四、工艺流程图

管片生产施工流程图见图 1

五、工序步骤及质量控制说明

1、模具使用

1.1模具的选用、调试及保养

在生产过程中，要经常对模具进行检查、维修。每套模具在使用达到 300 次时，派专人进行维修，养护；

模具须放置在一个稳固的基面，水平允许误差 1mm；

模具底脚与地面必须同时紧密接触，在振动成型过程不允许移动；

模具放置的水平误差不符合要求时，应在工程师的指导下按制造商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制造商提供的方法规定进行；

紧固模具螺栓必须用扭矩扳手；

模具尺寸由管片使用方派专人使用内径千分尺检查、验收。

图   1   管片生产工艺流程图

1.2模具精度控制

管片模具的制造精度直接影响到管片的精度，对模具的使用注重对模具的精度控制。选择高精度量具进行测量，每周定期对关键控制指标宽度进行一次全面的检测，必须将各项指标控制在公差范围内。对模具精度进行控制的办法主要是，组模后对合模后模具固定测点进行测量，并对成型后产品进行宽度检测，并形成记录，采用数理统计的方法，来观察模具的精度变化，发现问题便可及时调整。

为了保证管片质量，应进行以下检验：

模具要进行精度验收，合格后方可投入生产。

开始试生产 100 环要进行一次三环试拼装，并按 3.13.3-1 标准验收。

每生产 100 块管片，对模具单块精度进行检验。

2、钢筋骨架加工制作

2.1根据设计图纸，核对钢筋规格是否符合设计要求。

2.2严格按图纸配筋，严禁减少配筋量。

图   1   管片模具

2.3钢筋断料前，保证钢筋表面应无锈斑、结垢、油脂等有害物质。

2.4钢筋应平直、无局部弯折现象，成盘的钢筋和需弯曲的主筋均应调直。

2.5钢筋制作严格按设计图纸要求断料和弯曲成型。

2.6钢筋进入弯弧机时应保持平衡，防止平面翘曲，成型后表面不得有裂缝。

2.7钢筋骨架焊接成型时必须在符合设计要求的靠模上制作。

2.8骨架首先安装在模具上，经测量调整和检验各项尺寸都符合要求后，才作为定型尺寸开料和弯曲成型。

2.9钢筋部件焊接成型时焊位必须准确，严格控制钢筋焊接质量。焊缝表面不允许有气孔及夹渣，焊接氧化皮及焊渣必须及时清除干净。

2.10用二氧化碳焊机加工焊接钢筋骨架，防止

图 2   管片钢筋骨架

烧伤钢筋并消除普通电弧焊产生的焊渣，提高混凝土对钢筋的握裹力。

钢筋加工的允许误差见表 1。钢筋骨架的允许误差见表 2。

表 1   钢筋加工的允许误差

3、混凝土配合比设计

合理的混凝土配合比设计是提高管片耐久性的保证。因为地铁隧道是永久性建筑物，必须确保其安全运行，故而混凝土设计是关键。

混凝土的密实度是决定混凝土耐久性的主要因素。混凝土的密实度越高，则其耐久性就越好。混凝土耐久性不仅仅与水泥浆体有关，而且与集料特性（主要是是否会发生碱－集料反应）以及钢筋是否被锈蚀等有关。

管片混凝土配合比及其耐久性设计中主要考虑以下几个方面：

3.1混凝土的抗渗性能

控制最大水灰比作为保证混凝土耐久性的主要措施。

对于强度等级为 C50，有抗渗要求的砼，可以通过控制水灰比来达到要求。

3.2混凝土的抗地下水（抗硫酸盐）腐蚀性能

选用有抗硫酸盐腐蚀的水泥品种；

选用硬度较高、结晶细密以及压碎指标高的花岗岩碎石。

选用碱含量低的减水剂。

3.3防止钢筋锈蚀

钢筋锈蚀的原因主要是混凝土中氯离子含量高，以及钢筋与外界环境接触所致。在防止钢筋锈蚀方面，混凝土配合比设计选用不含氯离子的减水剂。

3.4此外还要根据地区差异，考虑混凝土的抗冻性等

4、混凝土施工

4.1减少混凝土的收缩裂缝

混凝土的收缩裂缝主要是在早期形成。为防止和减少混凝土的收缩裂缝，在管片生产施工过程中，采用覆盖薄膜及合理的蒸养制度以及浸水养护等办法来减少混凝土的塑性收缩以及干燥收缩裂缝；

在混凝土配合比设计中控制水泥用量可降低水化热，减少收缩。

4.2控制混凝土的浮浆

混凝土的浮浆是混凝土施工过程中常见的现象。在施工中主要采取以下措施控制混凝土的浮浆：

粗骨料要符合标准要求，并采用高性能的混凝土搅拌系统。严格控制混凝土的坍落度在设计的范围内，提高混凝土的和易性，粘聚性，不允许混凝土出现离析或泌水现象；

在管片成型过程中，采用合理的振动点和振动时间，减少浮浆和气孔。

4.3混凝土抹面

砼达到初凝时，可打开面板进行抹面作业，目的是对外弧面进行修饰，确保弧度，消除收缩裂纹，提高表面光洁度。混凝土抹面分为：粗抹面、中抹面和精抹面。

5、混凝土养护

5.1湿润养护

混凝土初凝后盖上吸水性强不易脱色的纤维织物，进行湿润养护；

5.2蒸汽养护

为加快模具的周转，采取蒸汽养护。管片光面后，在模具外围罩上一个帆布套，进行蒸汽养护。蒸养后混凝土强度达到脱模强度时可脱模。

为防止在降温阶段混凝土失水产生表面干缩而可能产生表面裂缝，也为防止因内外温差过大而导致混凝土产生温差裂缝，所以蒸养完成后管片要在罩内降温足够的时间后才可脱模。并控制蒸汽温度，定时测定罩内温度。

5.3水池养护

管片出模后冷却至自然温度即吊入水池养护，保证管片的整体养护质量。水池养护的目的是 确保管片在脱模后及时补充水分，确保混凝土强度的增长，达到设计要求。

水池养护的水质必须是清洁的自来水，养护池的水位应高出管片顶端 5cm 以上，并及时补充，保持水质清洁。

管片在池内养护 14 天可出池，转至储运场。采用蒸汽养护养护的管片，在池内养护 7

天可出池，转至储运场，。

管片在 28 天龄期达到设计强度时可出厂。

图   3   管片水 养     图   4   管片堆 放

六、作业组织

1、人员配备

管片生产主要人员配备见表 1。

表 1   管片生产主要人员配备表

2、试验设备

管片生产所采用的设备均为广东省二级试验室全套试验仪器及设备，并经过经合格计量检定。试验设备配备情况见表 2。

表 2   设备配备表

3、生产设备

管片生产设备主要包括钢筋生产设备、混凝土搅拌设备、管片养护设备及管片运输设备等。生产设备配备见表 -3。

表 3   管片生产设备配备表 （一台盾构 ）

表 3   管片生产设备配备表 （一台盾构 ） （续 ）

4、生产劳动力配置

管片生产人力资源配备见表 4 管片生产人力资源配置计划表。

表 4   管片生产人力资源配置计划表

七、质量保证措施

1、进货检验和试验控制及预埋件的加工管理

1.1混凝土的原材料使用经业主监理认可的材料，未经同意不得随意变更。

1.2砂、石、普通钢材根据“进货检验通知单”按批量抽检合格后使用。

1.3细骨料和粗骨料应分别符合 JGJ52－92 及 JGJ53－93 标准的相关各项指标，其中：碎石针片状含量≤15%；含泥量≤1.0%；泥块含量≤0.5%，压碎指标≤13%。砂：采用河砂，级配区在 II 区，细度模数 2.3～3.0；泥块含量≤1.0%，云母含量≤2.0%，硫化物及硫酸盐含量≤1.0%。 1.4水泥进场，由厂家提供出厂合格证及检验报告，试验室进行抽样检验。细心维护和严格 密封水泥储罐或筒仓，以防潮湿和雨水。

1.5钢筋进场必须附有质量保证书，经抽样检验合格后投入使用。进场时钢筋应按规格分类挂牌堆放，钢筋表面应洁净，不得有油漆、污垢，当钢筋出现颗粒状或片状锈蚀时不准使用。

1.6预埋件按设计图纸进行加工生产，由供方提供出厂合格证。进仓时进行外观抽检，不合格便退货，不能投入生产使用。

1.7混凝土外加剂由供方提供质检报告。

1.8拌和用水符合混凝土拌和用水标准，取自公用管网。

1.9管片的混凝土强度等级是 C50，抗渗级别 S12，坍落度 70±20mm，脱模强度 20MPa。配合比设计考虑到混凝土的早期强度和后期强度及抗渗性和耐久性， 坍落度以满足施工需要为设计依据。

1.10冬季施工，根据施工现场温度变化，拌合用水需用锅炉加热，符合混凝土拌合要求。

1.11蒸汽养护严格按生产工艺执行。

2、过程产品的检验和试验

2.1检验钢筋骨架的各种规格的钢筋数量和间距是否符合设计要求。

2.2检验焊接后钢筋骨架的刚性，防止钢筋骨架因焊接产生变形出现扭曲。

2.3检验保护层厚度及预埋件安装位置是否准确。

2.4模具进行宽度检验，未经检验的模具，严禁浇注混凝土。

2.5检验模具是否洁净，模具内有无杂物，脱模剂是否均匀。经上述检验后，质检员填写记录并通知下一工序浇注混凝土。

2.6混凝土搅拌前，测定砂石含水率，并根据含水量的变化进行调整配比，搅拌时间为 2 分钟，坍落度为 70±20mm。材料称量允许误差：水泥：±2%；粗细骨料：±3%；水和添加剂±2%。

2.7混凝土送到施工现场后必须先进行坍落度测试，并检查泌水性、粘聚性等工作性能，符合设计要求时才允许使用。

2.8管片的脱模强度要求是 20MPa，生产车间应在接到试验室的“混凝土抗压强度通知单”合格后方能进行脱模吊运工序。

3、过程质量控制

3.1严格控制钢筋的焊接质量；不得烧伤钢筋，凡主筋烧伤深度超过 1mm，即作废品处理；焊接位置要准确；焊缝表面不允许有气孔及夹渣，焊皮要清除。

3.2钢筋保护层要符合设计要求。

3.3工艺技术规定的材料、部件、预埋件、模具规格必须与产品特性和关键控制参数相符合。否则必须返工纠正。

3.4吊装螺栓和安装弯曲螺栓用的 PVC 管等预埋件不能损坏，安装位置要准确。

3.5为确保混凝土的搅拌质量，由持有试验员上岗证的工程师负责监督搅拌系统运作。

3.6上料系统和搅拌系统必须按规定定期检验。严格按规程要求进行操作，并定期校验电子称量系统的精确度。

4、过程监督

对关键质量点和工艺数据进行不定期的监督抽查，并填写 “过程控制监督检查表”。

4.1过程监督计划的执行应在生产现场进行, 由质量工程师会同现场管理人员按工艺技术文件进行抽查检验。

4.2过程检验的质量缺陷分为三级。A 级：致命缺陷，即危及产品的力学性能，引起下道工序混乱的缺陷。B 级：严重缺陷，对产品的力学性能和产品的几何尺寸造成影响的缺陷。C 级：一般缺陷，即影响下道工序的顺利进行，对质量有影响的缺陷，可监督现场纠正，教育工人采取预防措施。属于 A B 级质量缺陷的情况由质量工程师填写纠正预防措施建议表，报告主管经理召开质量会议，制定纠正预防措施交生产车间整改。

5、检验测量和试验设备控制

5.1检测和试验设备必须经国家法定的检测机构检验合格才允许使用,并贴上合格标识，确保量值能符合国家标准。

5.2检测仪器设备应在有效期内使用。使用前应进行校准，使用后应进行复核。

5.3从事检验的工作人员必须持质检证才能上岗操作。

5.4检测工作应严格按各种材料的试验规程进行检验，并如实填写检测数据。

5.5试验室的试验仪器设备每月一次进行清洁保养，并进行检查及填写仪器设备保养记录表。仪器设备的检定按周期检定计划进行。

6、成品检验和试验控制

6.1成品尺寸检验：用游标卡尺对管片的宽度、厚度、扭曲进行 100%的检测。每块管片都应进行外观质量检验，管片表面应光洁平整，无蜂窝、露筋、裂纹、缺角、气泡等外观缺陷。轻微缺陷应修饰，止水带附近不允许有缺陷，吊浆孔应完整、无水泥浆等杂物。

6.2为检验管片的设计是否合理和力学性能是否达到要求，试生产后要进行管片的抗弯试验。

6.3管片是高精度的钢筋混凝土构件，产品试生产后达到龄期时应立即进行水平拼装试验，检验构件的精度是否达到设计要求。

6.4为检验管片在拼装过程中螺栓孔承受的极限拉力是否满足施工需要，进行螺栓孔抗拔试验。

6.5成品最终检验由项目部质检员负责。所有检验数据应作记录，并在产品规定的位置上印上标识，表示经检验合格，可进入养护场进行浸水养护。

混凝土强度达到设计强度的 100％的管片才允许出厂安装。经营部应在接到试验室的“混凝土抗压强度报告”和“合格证”后才安排出厂运输任务。

6.6检验频次

管片抗弯试验：检验管片设计是否合理以及力学性能是否达到要求。正式生产前进行一次。

管片灌浆孔抗拔试验：检验管片在安装过程中吊装孔承受的极限拉力是否满足施工需要。正式生产前进行，每标段进行一次。

管片抗渗检漏试验：检验成品管片抵抗渗透的能力能否达到设计要求。每 50 环抽查 1

块管片；连续三次达到检测标准，则改为每 100 环抽检 1 块管片；再连续三次达到标准，最终检

测频次为每 200 环抽检一块管片。若出现一次检验不达标，则恢复每 50 环抽检 1 块管片的最初检验频次，再按上述要求进行抽验。

管片水平拼装试验：检验构件的环与环、片与片之间的配合精度是否达到设计要求。每套钢模每生产 100 环做一组（3 环）水平拼装检验。

6.7不合格品控制

经鉴定为不合格品要填写 “不合格品通知单”。在发生重大质量问题时填写“纠正预防措施建议表”提出可行性整改措施。

7、产品标识管理

7.1管片的标识方法按图纸的规定进行，在产品验收作业指导书中将标识方法和位置列出，产品脱模后由专职质检员在规定位置上印记。确保每一件产品标识的唯一性。

7.2过程产品的标识十分重要，钢筋部件和经焊接成型的钢筋骨架都是过程产品，要挂上标识牌，注明“待检”、“合格”进行识别。

7.3检查原材料的存放标识是否正确，防止未经检验的材料被误用。

7.4产品存放区域要有标识，分养护区、合格品储运区、待检区、废品区。

8、产品的养护、储存及运输

8.1管片按生产日期及型号侧立排列整齐，按规定进行养护。

8.2管片在湿润养护完毕后方可置放在储运场存放，储运场地应坚实平整，存放时片内弧面应向上平稳地置放整齐，垫条应上下成一直线，堆放高度不得超过 4 层。

8.3管片在场内应小心搬运及堆放，使因此引发的内应力不超过砼抗压强度的 1/3。

8.4达到设计强度管片才可出厂。

8.5运输管片出厂时，管片内弧面应向上平稳地置放于运输车辆上，管片之间应垫有柔性材料，防止撞击。

八、安全生产及环境保护

1、安全生产

1.1对管片生产的全体操作人员必须进行安全技术交底，并进行各规范学习。

1.2车间人员进场后必须戴好安全帽，不得在起吊物下站立及行走。

1.3行车司机必须持证上岗，行车启动前须打铃，检查各方面动态。在工作过程中必须集中注意力，听从起重工的指挥。

1.4车间一切机械设备严格按有关操作规程进行操作，做好经常性的检查保养工作。非操作人员一律不得擅自使用，电气设备维修保养一律由电工进行，机械停止使用时应切断电源。雨天更要注意生产用电安全。

1.5各种吊运钢丝绳、夹具、销轴等物件使用之前必须检查，并及时维修更换。

1.6电焊、气割时注意周围是否有易燃易爆物品，在不安全的情况不得进行操作。

1.7产品堆放时不得超高，要堆放平稳，避免倾覆。

1.8严格执行各项安全生产规章制度。

2、生产现场文明施工

2.1浇注完成后，模具的外壳面必须清刷干净，不能有残积砼。

2.2生产场所地面必须保持干净，无积水。排水沟必须定期清理，余泥必须及时运走，保持排水设施畅通。

2.3搅拌站的砂、石仓必须每日清理，地面积垢及时清理运走。

2.4钢筋加工场地每日必须清扫，钢筋碎料放置在指定地方。