王住刚 WANG Zhu-gang
（西安市地下铁道有限责任公司，西安710018）
摘要：文章主要阐述了西安地铁三号线通化门～胡家庙～石家街盾构区间预制管片施工工法、管片检验、管片质量控制措施等内容，希望能够为盾构混凝土管片生产质量提高起到借鉴作用。
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关键词 ： 盾构管片；早强塑性混凝土；插入式振捣；脱模剂；钢筋骨架；养护
中图分类号：TV512 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0235-04
作者简介：王住刚（1985-），男，陕西乾县人，毕业于西安建筑科技大学，研究方向为公路、铁路、地铁。
0 引言
地铁盾构隧道已被广泛采用，作为盾构隧道最主要部分的钢筋混凝土管片不仅要承载隧道外侧的土压、水压，保持隧道净空，防止渗漏，同时还要在盾构施工过程中承受施工荷载，这对管片的尺寸精度、外观、结构性能和耐久性提出了很高的要求，因此管片的施工工法、检验及质量控制就显得尤为重要。
1 工程概况
西安地铁三号线通化门～胡家庙～石家街区间隧道盾构管片共计1982环，外径6米，内径5.4米，环宽1.5米，厚度0.3米；混凝土强度等级为C50，防渗等级为P10。管片厂占地约120亩，厂内设置钢筋加工区、混凝土浇筑区、CMA认证试验室、室外养护池、管片堆放区、管片检测及试验等设施设备。车间投入12套高精度模具，保质保量完成盾构管片预制。
2 预制管片施工工法
2.1 预制管片施工工艺流程 预制管片施工工艺流程见图1。
2.2 原材料选择
2.2.1 水泥：宜采用非碱活性骨料；当采用碱活性骨料时，混凝土中碱含量的限值应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定，采用强度不低于42.5R的普通硅酸盐水泥其性能符合GB175的规定，具备产品质量证明文件、称重单，并应复检合格。不得采用受潮和过期水泥，不同厂家、不同品种和不同等级的水泥不得混用。
2.2.2 钢筋：管片钢筋采用HPB300和HRB400E。所有钢筋必须符合GB1499、GB13013、GB/T701的规定，具备产品质量证明文件、称重单，并应复检合格。
2.2.3 砂：宜采用级配良好的II区中砂，细度模数2.3～3.0，含泥量不大于2%，非碱活性，每批进厂后应取样复检合格后方可使用。
2.2.4 碎石：宜采用最大粒径25mm的连续级配碎石，含泥量不大于2%，非碱活性，每批进厂后应取样复检合格后方可使用。
2.2.5 水：混凝土拌合用水应符合JGJ63的规定。
2.2.6 外加剂：应有质量证明及使用说明书，并应符合GB8076、GB50119等规范的有关规定。外加剂进场后，经抽样检验合格后方可使用。不得使用业主控制厂家之外的钢筋。
2.2.7 粉煤灰：所用粉煤灰应符合GB/T1596规定的Ⅰ级或II级粉煤灰，烧失量不大于5%。进场应有产品合格证并经检验合格后方可使用。
2.2.8 吊装孔预埋件、螺栓孔预埋件：材质、规格尺寸、形状、质量等应符合设计要求。
2.3 钢模板选型与安装检测
2.3.1 钢模板选型 钢模的振捣形式可分为三种类型：人工插入式振捣、附着式整体振捣、振动台自动化生产线；钢模板选型对比具体见表1。由表1所示，第二套及第三套方案中影响模具的寿命且易变形，从而有可能影响成品尺寸精度，经多方面考虑决定选用人工插入式振捣，通过早强塑性混凝土和蒸汽养护可解决生产效率低问题。
2.3.2 安装检测
①钢筋混凝土管片精度是以钢模加工合拢振捣后的精度作保证的，因此钢模在正式投入管片制作前必须经过四阶段检验。即加工装配精度检测、运输到厂钢模定位后的精度复测、试生产后的钢模精度同实物精度对比检测及管片三环水平拼装精度的综合检测。各项检测指标均在标准的允许公差内，经现场监理工程师批准，方可投入正常生产。
②对管片脱模和起吊后的钢模，必须在不损伤钢模主体的前提下进行彻底清理。确保钢模内表面和拼接缝不留有残浆和微小颗粒，以保证钢模合拢的精度，模具每月定期进行保养。
③脱模剂应用专门工具均匀抹刷在钢模与混凝土的所有接触面上。涂刷后应有专人检查，不得留有影响管片质量的隐患，确保脱模剂涂刷质量。
④钢模定期检查：每套模具每生产100环管片，应再次进行系统检验，超标必须上报和及时修正，复检达标后方可继续进行管片制作。模具允许偏差和检验方法见表2。
2.4 管片钢筋骨架制作与安装
2.4.1 钢筋断料和弯曲成型 ①进入断料和弯曲成型阶段的钢筋必须是标识可用状态的钢筋。所有原材料经试验室取样试验合格，监理见证后，方能使用。②断料、弯曲成型之前必须要有经过详细翻样确认的尺寸、形状明细表，并准备好准确的样棒和校核基模，以保证在断料、弯曲成型过程中快速检测。③切断和弯曲工序的操作和公差控制应遵从规范和标准中有关的规定。切断和弯曲成型后的钢筋制件应分类存放在支架上，并标识状态。
2.4.2 钢筋骨架组装 ①根据管片钢筋骨架制作的精度特殊性，要求各单体部件制作成型精度必须满足组装精度要求。为此根据各单体部件和组装工艺的精度，专门加工相应的制作靠模，来达到各自的精度要求和组装的精度要求。②各单体部件和组装工序中的钢筋连接均采用低温焊接工艺（即CO2低温保护焊）。③按照设计和规定的要求对组装完成的钢筋骨架进行严格的质量检查，主要内容包括：外观、焊接和精度（公差）三个方面，检查合格后可挂牌标识进入成品堆放区待用。
2.4.3 钢筋骨架入模 ①钢筋骨架的隔离器采用专用塑料支架。选用标准：应符合厚度、承载力和稳定性要求，并经监理工程师检验认可方可使用。②钢筋骨架入模条件：经检验合格认可的骨架，形状同钢模相符合，钢筋骨架尺寸符合要求，经监理工程师检验合格后方可使用。
③钢筋骨架入模位置应该保持正确，骨架任何部分不得同钢模、模芯等相接触，并应该有规定的间隙。入模工序全部完成后，将塑料套管套在弯芯棒上，经质检员检查认可，方能进行混凝土浇筑工序。钢筋骨架制作、安装允许偏差和检验方法见表3。
2.5 混凝土浇筑成型
2.5.1 混凝土拌合与运输 ①管片混凝土由搅拌系统供应。搅拌上料系统和搅拌系统及试验室等辅助设施均应经工程师确认能满足本标段管片制作的要求。②管片混凝土搅拌配合比经模拟对比试验后，由工程师指定的配合比作为管片混凝土的基本配合比。每天混凝土开拌前根据气候、气温和骨料的含水量变化，出具当日搅拌的混凝土配合比。③根据当日混凝土配比单，调整好称量、计量系统。称量计量系统应定期校核，把称量计量公差控制在允许公差之内，以保证上料计量系统始终在受控状态下工作。④混凝土搅拌要充分、均匀，现场测试的混凝土坍落度公差满足设计要求。搅拌时间不得小于90秒，塌落度不宜大于70mm。⑤混凝土试块留置每次浇捣不少于3组。其中一组进标养室标养，作28天标样强度试验；一组作为管片同条件养护，作同条件出水强度试验；一组用于管片脱模起吊时的抗压强度。⑥混凝土倒入专用1m3储料斗内，由汽车运输到管片预制车间内，经龙门吊垂直提升运到浇注位置，下料入模。
2.5.2 混凝土布料、振捣和成型 ①开始阶段混凝土用储料斗由两边向钢模内均匀进行布料。当盖板封上后，混凝土从钢模中间下料。下料速度应同振捣效果相匹配，尤其是在每块钢模即将布满时，更要控制布料速度，防止混凝土溢出钢模外。②振捣是管片成型质量的关键工序。振动时间、混凝土坍落度、布料速度和振动器的效率等是构成振捣效果的四大要素。采用插入式振捣棒进行振捣，按照快插慢拔的原则进行振捣，沿管片边宽度1.5m方向应不少于5点采用梅花型布点均匀布置，间距20cm左右。沿管片弧长方向布棒间距不得大于30cm。浇捣密实后盖上盖板拧紧螺栓。③混凝土管片成型后为保证管片外观和表面质量，成型后的管片外弧面混凝土收水应根据气温间隔一定时间后进行。管片外弧收水工序应由熟练的抹面工实施操作。拆卸面板进行收水的时间应随气温及混凝土凝结情况而决定，混凝土管片外弧面混凝土的收水，应根据当时天气温度条件，间隔一段时间后进行，间隔时间应控制在外弧面混凝土达到初凝，一般以掀开中间的薄型布用手按微平凹痕为准。
光面程序应分三步进行即：粗光面：刮平去掉多余混凝土或填补所凹陷处，并进行粗抹；中光面：待混凝土收水后使用大尺进行光面；精光面：使用钢抹子精工抹平，力求使表面光滑平整。
2.6 蒸汽养护、脱模、养护
2.6.1 蒸汽养护 采用蒸汽养护可提高混凝土早期强度，从而提高生产效率。①在浇捣结束及收水完成后，静养不少于1小时开始蒸养。②升温速度每小时不得超过15℃/h，降温速度每小时不超过10℃/h。恒温温度不宜超过60℃，管片应在室内静养区进行降温。③整个蒸养过程中，蒸养值班人员加强责任心，如实记录各个温度测点的温度变化，确保各蒸养罩内的温度的统一性，使管片均匀升温或降温。
2.6.2 脱模 采用真空吸盘作业时的强度应不低于30%，采用专用吊具作业时的强度应不低于40%。脱模要平稳起吊，起吊时吊具必须垂直，脱模后的管片经行车调运时应匀速行驶，严禁猛吊猛落，超速行驶。管片脱模后吊运静养区进行降温，温度与环境温差不大于20℃即可进行水养。
2.6.3 养护 养护分为14d水养和14d自然养护。
14d水养：管片入池前对产品温度及水温进行检测，温差不大于20℃即可进行入池作业，避免发生温度裂缝。
14d自然养护：完成14d水养护的管片吊至管片存放场进行周期为14d的自然养护，提高混凝土后期强度，28天强度满足设计要求方可运往盾构施工现场。
3 管片检验
管片检验主要分为：水平拼装、检漏试验、抗弯性能试验、抗拔性能试验、出厂检验等。
3.1 水平拼装 预制混凝土盾构管片生产正式开始之前，进行三环试拼装，在安装三环试拼装前通知监理工程师，进行三环试拼装前的28d强度、单片尺寸外观、检验设备验收合格后方可进行三环试拼装，拼接方式采用错缝拼装，具体检测方法见表4。
3.2 检漏试验 管片龄期达到28天可以做检漏试验，管片正式生产后，每50环抽查一次，如果连续三次检验合格，每100环抽检一次，如果连续三次检验合格，每200环抽检一次。如出现一次不达标，则恢复每50环抽查一块管片的最初检测频率，再按上述要求进行抽检。
管片检漏过程分别加压至0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.1MPa检查管片是否有渗漏点；如果无渗漏，保持恒压1.1MPa，恒压2小时，同时仔细检查管片渗漏情况，侧面渗水高度不超过管片厚度的1/5，应判定该检验批管片检漏性能合格，并做好记录。
3.3 抗弯性能试验 在管片生产期间进行每1000环进行一次管片的抗弯试验，管片整体抗弯试验是对管片进行的承载能力破坏性试验，以检测其在规定的试验方法下的最大承载力，从而验证管片的实际强度是否符合设计要求。试验结果必须符合：开裂荷载（裂纹为0.1mm时）大于176kN；破坏荷载（裂纹为0.2mm时）大于232kN。
3.4 抗拔性能试验 在管片生产期间进行每1000环进行一次管片抗拔性能试验，注浆孔抗拔试验是对管片中心注浆孔进行破坏性拉拔试验，以检测其在外力作用下承受的最大抗拔力，从而验证管片施工时的安全性；加载至设计抗拔出力值，持续2min，观察注浆孔周边是否发生开裂破坏等现象；承载力荷载检验值必须大于280kN。
3.5 出厂检验 每块管片必须经过严格质量检验，必须逐块填写好检验表，检验合格后的管片应在统一部位盖上合格章以及检验人员代号，合格的管片才能运出，管片运到工地后，须经盾构施工单位验收合格后，方可认为管片出厂。管片出厂检验内容：生产龄期达到28天，管片强度达到设计强度的100％才能出厂；管片无缺角掉边，无麻面露筋，表面密实、光洁、平整；管片预埋件完好，位置正确；管片型号和生产日期的标志醒目、无误；管片检验应符合相应标准。
4 管片质量控制措施
4.1 建立健全质量管理体系和管理制度 根据国家质量管理制度和质量管理要求，建立健全项目质量管理制度和管理体系，以便对管片生产质量进行控制和改进；对人员开展质量培训教育，实现全员全过程质量控制，提高员工的操作技能和质量意识；严格工序自检、互检、交接检制度，实行规范化质量管理；采用PDCA（计划、执行、检查、改进）质量控制管理，持续改进，提高质量管理水平。
4.2 制定管片生产质量控制标准 严格按照国家规范并结合自身质量控制要求从严制订本项目的管片生产质量控制标准，在生产过程中严格执行，保证管片生产质量。
4.3 加强管片生产过程关键工序控制 严格遵守材料进厂检验制度，抓好钢模板选型与安装检测、钢筋骨架制作与安装、混凝土浇注成型、养护和管片检验等关键工序。只有对管片的生产实施全过程的控制，才能有效保证混凝土管片的质量，从而为盾构隧道的工程质量打下坚实的基础。
4.4 提高管片合格率的有效措施
4.4.1 管片在起吊过程中最容易发生螺栓孔烂边、构件边角磕碰等问题；从构件生产至出池工序看，构件脱模、入静养区、入池、出池工序来看，螺栓孔烂边率约达到42%，由于多次起吊过程中对管片螺栓孔上部造成挤压破坏。从构件入堆场至盾构安装工序看，构件吊入指定区域、翻环、装车、盾构施工现场卸车、堆放、安装工序中，螺栓孔烂边率达到55%、构件边角磕碰率达到20%。老式吊具起吊不垂直，难以保证平衡，对此我们在吊具上加设扁担控制平衡，在螺杆上面端部向内3cm处焊接高4mm宽2cm的环形受力面，受力点偏移，使外部不受任何力量，且受力点位置有钢筋笼的约束以及受力由点转面，增大受力范围，行成专用吊具，见图2。
4.4.2 改造后的吊具有效减少了螺栓孔烂边率和构件边角磕碰率，大大提高了管片的成品率，同时也提高了管片调运效率，专用吊具试验结果见表5。
5 结束语
盾构隧道混凝土管片是地铁盾构法施工中的重要预制构件，其生产工艺控制的好坏直接影响到管片的质量，进而影响盾构隧道的质量。通过对管片预制施工中人、机、料、法、环等方面实施严格的控制，为管片预制技术的提高提供一定的参考。
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参考文献：
[1]GB50299-1999，地下铁道工程施工及验收规范[S].
[2]GB50446-2008，盾构法隧道施工与验收规范[S].
[3]DBJ61/T47-2014，地铁盾构隧道预制管片施工及验收标准[S].
[4]CJJ/T164-2011，盾构隧道管片质量检测技术标准[S].