地铁混凝土盾构管片预制技术的分析

地铁混凝土盾构管片预制技术的分析

蔡松伟

中交第三航务工程局有限公司厦门分公司福建厦门361000

摘要：盾构施工法为地铁施工方法的一种，本质为地下隧道掘进技术，要求在预制管片的基础上展开施工，提高施工效率及质量。本文简要阐述了地铁混凝土盾构管片的类型及分装方法，强调了管片的优势。基于此，主要从砼准备、预制流程、预制技术三方面，详细阐述了技术的应用方案。并通过对常见病害的分析，总结了相应的解决经验，以期能够使地铁施工质量得以提升。

关键词：盾构施工；管片预制技术；地铁工程；混凝土

前言：地铁施工常用的盾构管片，以混凝土管片为主。该类型的管片，具有强度大、抗渗性强的特点。将其应用到地铁施工中，可有效提高地铁隧道的稳定性及安全性。但需注意的是，影响盾构管片质量的因素较多。施工前的砼准备、砼成型工艺水平如未达标，地铁隧道施工质量将明显下降。可见，有必要对地铁混凝土盾构管片及预制技术进行研究。

1地铁混凝土盾构管片类型及拼装方法

根据划分标准的不同，地铁隧道管片可分为不同的类型。如以材料类型作为划分标准，则可将隧道管片，分为钢管片、钢筋砼管片等多种。本课题所探讨的混凝土盾构管片，既钢筋砼管片。管片拼装方法，包括通缝与错缝两种。以前者为例，盾构掘进过程中，所有管片均需以同样的角度拼装。当千斤顶作用于管片上时，如能够确保管片受力均匀，则其质量通常不会出现异常，因此施工过程较为简单[1]。但施工完成后，管片的整体受力性能则较差。与通缝相比，错缝拼装方式的施工过程较为复杂，稍有不慎，管片受力不均的问题既会产生。但拼装后，管片的整体质量往往较高。因此，地铁工程多采用错缝的方式进行拼装。为避免管片在拼装过程中出现质量问题，严格控制预制流程、提高各环节工艺水平是关键。

2地铁混凝土盾构管片预制技术的应用方案

近年来我厂承接了几个地铁盾构管片预制项目。为提高盾构隧道稳定性，工程决定采用以下方案，预制盾构管片：

2.1砼准备方法

地铁混凝土盾构管片预制所使用的混凝土，由水泥、骨料、减水剂等部分构成。以水泥为例，本工程所使用的水泥为硅酸盐水泥，水泥强度等级52.5。水泥制作3d时，抗压强度可达23.0，抗折强度为1.0[2]。28d后，抗压强度及抗折强度，可显著提升。砼配置强度的计算公式如下：

f=f0+1.645φ

公式中，f代表砼配置强度，f0代表砼的抗压强度，φ为常数，为6.0MPa。管片预制前，施工人员可采用上述公式确定砼配置强度。同时，应将水泥的初凝时间，控制在45min以上，提高管片质量。

2.2预制流程

地铁混凝土盾构管片的预制流程如下：（1）装配钢模，并对钢模质量进行检测。确保质量合格后，需将骨架置入钢模中，继续检测置入质量。（2）根据砼配置强度计算结果，进行砼浇筑。质量检测合格后，对其进行搅拌，形成砼原料，备用。（3）取浇筑后的砼试块，进行蒸汽养护[3]。养护后，通过强度试验，判断砼质量是否达标。（4）如砼质量达标，则可脱模并给予吊起，置入水池中养护。（5）养护7d后，将管片取出，妥善堆放，积极预防病害，以便用于地铁施工。

2.3预制技术

2.3.1钢模及钢筋预制技术

钢模主要由底座、侧板及端板构成。模具具有足够的承载能力、刚度、稳定性和良好的密封性能，并满足管片的尺寸和形状要求。浇筑前钢模侧板、端板及底弧板，均应彻底清理，并于清理后，采用脱模剂均匀涂抹，以防出现积油现象。制作成型的钢模，宽度误差应控制为±0.40mm，底座夹角误差应为±1°，高度误差应为±1。管片预制所应用的钢筋，强度等级应为1级，直径6mm--25mm，抗拉强度≥370MPa。加工过程中，应通过调直、切断、弯曲成型四个环节，确保钢筋质量达标。

2.3.2砼成型工艺

管片振捣其采用模具上的三个高频附着式振捣器振捣浇筑。砼的坍落度应处于50mm±20mm。如施工时间处于夏季，气温较高。则可适当提高坍落度，将其控制在30mm--40mm之间。振捣时所应用的振捣器，性能应保证无异常。可采用连续振捣的方式振捣，同时，应加强对钢筋预埋件的重视，以防钢筋骨架移位的问题发生。砼浇筑后，应根据当地的气温，确定盖板的打开时间，避免混凝土外弧面往端面下坠导致外弧面外观缺陷。

2.3.3管片脱模与存储

混凝土盾构管片的脱模与存储方法如下：（1）脱模：于蒸养后，根据管片的型号，采用不同方法脱模。实践经验显示，将真空吸盘机械，应用到脱模过程中。能够有效提高脱模速度，避免管片发生损坏。起吊过程重，应保证机械平稳。如预埋件表面存在水泥浆，则需及时给予清理。（2）存储：管片堆放场地应坚实平整，堆放前应对堆放场地进行地基承载力计算，场地应进行必要的地基处理和表面硬化。管片应按型号分别码放，可采用侧面立方或内弧面向上水平放，管片之间应使用垫木分隔，管片堆放高度，宜根据管片大小、自重计算决定。管片内弧面向上平放不超过5层，侧面立放不超过3层，如若超过时应进行受力验算。

2.3.4管片质量保护

为确保管片质量合格，预制后，加强质量保护是关键：（1）三环水平拼装是为了检验管片精度与模具精度是否合格的重要依据。每200环抽一次，其主要是检验成环后管片内劲、外径、环缝、纵缝以及纵（环）向的螺栓穿进等。三环拼装技术要求：环（纵）向缝间隙≤2.0mm，成环后内劲误差-2mm~+2mm，外径+6mm~-2mm。（2）检漏实验是为了检验管片抗渗水能力是否合格。每生产100环管片，既需抽查1片管片，连续3次达到检测标准后改为200环抽1片，再连续3次打动标准后改为400环抽1片。如出现一次不达标则双倍复检且恢复100环抽1片的标准进行实验。实验过程中，采用五级加压，按0.2MPA逐级加压，每级持荷10分钟，达到1MPA后，持荷3小时，每次加压前先检查管片各侧面的渗水情况，并作好记录。若渗漏深度＞50mm，则表明管片质量不合格。一旦发现某一批次的管片中，存在不合格管片。应立即扩大实验范围及样本数量，进一步给予检验。以及时排除劣质管片，提高隧道质量。

3地铁混凝土盾构管片预制常见病害及解决

3.1气泡病害及解决

管片气泡，主要包括表面气泡、止水槽处气泡两种。气泡产生的原因，与钢模结构不合理、脱模剂使用及坍落度控制不合理有关。为提高隧道质量，预制人员应严格控制模具的光滑性。同时，将非引气型减水剂，应用到预制过程中，严格控制振捣时间，以达到降低气泡病害发生率、提高砼表面泛浆密实度的目的，避免隧道发生沉陷。

3.2裂缝病害及解决

盾构管片常见的裂缝，包括表面龟裂、侧面裂缝等。导致裂缝产生的原因，与管片脱模后，砼与冷空气的接触有关。在冷空气的作用下，砼表面水分的蒸发量往往会显著提升。长此以往，容易导致砼内外的温度与湿度出现差异，进而诱发裂缝。为解决上述问题，应将52.5级的硅酸盐水泥，应用到工程盾构管片的预制过程中。同时，将浮浆层控制在1cm以下。确保上述参数无误后进行预制，则可有效避免裂缝发生。

3.3色差及棱角问题

盾构管片色差，主要表现为灰色，多由水泥颜色的影响所导致。为避免不同管片出现色差，采用同一厂家生产的同一水泥样本对管片进行制作是关键。管片预制的流程较为复杂，工序较多。如存在疏忽，易导致管片脱模、起吊等环节出现风险，导致管道的出现“缺棱掉角”现象。为解决上述问题，妥善存放管片，谨慎操作，减少碰撞是关键。

结论

综上所述，在预制混凝土盾构管片的基础上，利用管片进行地铁施工，可有效提高工程质量。以地铁工程为代表的隧道工程，可在分析施工当地地质及水文条件的基础上，做好砼准备，确保砼配比合理。应根据工程需求，拟定管片预制流程。在此基础上，预制钢模及钢筋，充分利用砼成型、脱模、存储及病害防治工艺，提高管片质量，最终使工程的整体施工效果得以改善。

参考文献：

[1]张子新，朱叶艇，朱雁飞.1∶1站立式大断面异形盾构管片力学试验系统的研发与应用[J].岩石力学与工程学报，2017，36（12）：2895-2905.

[2]丘贵华.回弹法检测盾构管片混凝土强度厦门地区专用测强曲线的制定研究[J].江西建材，2017（08）：132-133.

[3]潘登，黄民水，周麟.基于声时和声幅的盾构管片预紧力的监测方法及应用[J].武汉工程大学学报，2016，38（05）：471-475.