盾构隧道混凝土管片预制工艺及质量控制

唐永新

唐永新

杭州建工建材有限公司浙江杭州311107

摘要：混凝土管片是一种质量要求极为严格的预制构件，其预制生产在我国才刚刚起步，质量控制体系也极不健全。采用盾构法进行隧道施工的过程中，其衬砌作业需要混凝土管片拼装而成，而且管片不仅需要承受来自隧道外侧的水压、土压等多种压力，而且还要有效防止隧道渗漏，因此，盾构隧道对混凝土管片的规格尺寸、外观、性能等都提出了较高的要求，从这个角度出发，混凝土管片的质量控制工作就显得尤为重要。

关键词：盾构法；隧道；混凝土管片；预制工艺；质量控制

本文将重点阐述盾构隧道中所用混凝土管片的预制工艺，并根据该类隧道的施工要求提出其质量控制措施，以期提高混凝土管片在我国盾构隧道施工中的应用水平。

一、盾构隧道混凝土管片介绍及其在杭州地区的应用分析

目前盾构隧道施工中所采用的混凝土管片尺寸一般是比较固定的，小管片外径、内径分别为6200mm、5700mm；大管片外径、内径分别为11300mm、10300mm，一个混凝土管片在环向上被分为六个小构件，分别为标准块（3块）、邻块（2块）和封顶块（1块），两个构件之间采用弯螺栓进行连接，封顶块则采用楔形的方式插入[1]。管片厚度不同，其所适用的盾构隧道类型也不同，厚度为1.2m的管片适用于转弯半径＜300m的隧道，厚度为1.5m的管片则适用于转弯半径≥300m的隧道。靠近水面的管片四周设置有专门的防水装置。不论是混凝土管片的设计参数如何，其预期年限均在100年以上。例如：庆春路过江隧道所使用的混凝土管片即为大管片，庆春路过江隧道北接庆春东路，南连萧山市心北路，是杭州市第一条过江隧道，全长约5352m，该隧道采用盾构法技术施工，是杭州市过江隧道工程建设的又一个重要里程碑。盾构段隧道长约1765m，江底段长度约1241m，盾构隧道管片外径11300mm，管片厚度50cm，环宽2m。为了保证混凝土管片的预制工艺符合施工要求，同时也为了提高加强质量控制，项目组成立了管片项目部，专门负责管片原材料的验收及管片的预制管理，同时项目部还投资建设了“大孔径管片生产线”，这也是杭州第一条大孔径管片预制生产线，为管片预制奠定了坚实的基础。

二、混凝土管片预制工艺流程及几种常见的预制工艺对比

（一）混凝土管片预制工艺流程

盾构法隧道施工对混凝土管片的规格型号等参数有着极为严格的要求和规范标准，为了尽可能地满足地下工程施工需要，需要在混凝土管片预制工艺上充分发挥其技术优势，从而生产出质量等级高、性能稳定、经济效益显著的产品。混凝土管片的生产流程可以简述为以下步骤：检验和清理模具→合模→涂刷脱模剂→钢筋骨架入膜→安装预埋件→保护层定位→混凝土浇筑成型→粗光、中光、精光→蒸养→开模起吊→水池养护→场地码放→粘贴密封垫缓冲垫→28天后出厂。其中，钢筋骨架入模之前需要经过进场检验、加工两个环节才能制造出符合要求的钢筋骨架[2]。

（二）混凝土管片不同预制工艺对比

目前混凝土管片的预制工艺主要有三种：固定台座法、机组流水法和自动化流水线法，每种工艺的特点、设备、混凝土振捣方式、适用范围都不同。在选择预制工艺时要充分考虑本企业的投资规模、设备现状、产量等，在综合分析的基础上选择合理的预制工艺。下面本文将对上述三种混凝土管片预制工艺进行相抵的比对分析。（1）固定台座法[3]。固定台座法的最大工艺特点是模具是固定的，整个生产过程包括混凝土浇筑、养护、脱模等模具均不发生移动，整个工艺流程需要用到搅拌站、叉车、养护池、桥吊等设备，混凝土的拌制一般是采用插入式振捣器完成。该工艺的优点是投资小、工艺简单，由于模具是固定不变的，因此混凝土的浇筑成型操作容易控制，但是其占地规模大，而且模具的利用效率不高。该预制工艺适应于一次性投资建设项目。（2）机组流水线法。机组流水线法的中心是振动台，模具浇筑完成后被吊离振捣台，在管片脱模过程中模具的位置是固定不变的，生产过程中所用到的基础设备与固定台座法相似，其混凝土振捣过程同样需要采用插入式振捣器完成。该工艺的优点是可同时作为其他产品的生产线，生产线的兼容性较高，而且设备可转换性强，其缺点是模具起吊过程中桥吊的负荷较大，而且模具在运输移动过程中容易发生变形，从而影响管片的制备效果。机组流水线法比较适合需要改造、扩建的管片生产线，如北京建工五建构件厂就是代表案例。（3）自动化流水线法[4]。该工艺方法与上一种方法相同均以振动台为中心，混凝土浇筑操作完成后，流水线传送设备将模具传送到下一环节，整个生产过程都在移动过程中，混凝土的振捣方式与上述两种有所不同，一般是采用振动台完成振捣操作。自动化流水线法的最大优势是成本低，生产效率高，但是模具在频繁移动过程中容易受震动影响产生质量瑕疵，而且其生产过程对工人素质要求较高，自动化水平较高，该工艺适用于生产任务重需要连续生产作业的管片厂家。

从上述三种预制工艺的对比分析可以看出，每种生产工艺的区别主要在于混凝土浇筑至养护期间模具是否发生移动，这也是区分和鉴别不同生产工艺的关键点。为了对三种预制工艺进行量化分析和对比，拟采取不同的的方法对随机抽检混凝土管片进行分析。（1）抗渗性能。抗渗试验可以检测不同预制工艺所生产的混凝土管片的抗渗性能，检测结果显示固定台座法所生产的管片的渗透高度为20-40mm，机组流水法和自动化流水线法所生产的管片未出现渗透，渗透高度为0，提示三种预制工艺所生产的混凝土管片均符合杭州市混凝土管片生产技术规定的相关要求，但是机组流水法和自动化流水线法所生产的混凝土管片具有更加优异的抗渗性能。（2）裂缝评价。裂缝评价可以通过观察现场照片完成，从固定台座法、机组流水法抽选管片照片可以看出，管片外弧面出现轻微裂缝，用裂缝测宽仪检测发现裂缝宽度在0.02-0.08mm之间，自动化流水线法抽选管片为见裂纹，而且管片外弧面纤维分布均匀。综上，自动化流水线法所生产出的混凝土管片质量更加上乘。

三、盾构隧道混凝土管片质量控制措施

（一）建立健全质量管理体系

盾构隧道混凝土管片质量控制应当严格参照国家和行业标准，同时建立健全符合本企业的质量管理体系和相关生产制度，便于在质量管理过程中“有法可依”。混凝土管片质量管理体系应当涵盖原材料进厂检验到产品交接的全过程，确保各个环节都做到自检、互检[5]。此外，企业应当对参与混凝土管片生产及质量管理的人员进行教育，使其意识到保证产品质量的重要性，提高全体员工的质量控制意识，严把质量关。企业应当积极借鉴PDCA质量控制过程，通过计划、执行、检查、改进四种方法持续改进管片生产质量，提高企业的产品竞争力，为企业创造更多的经济效益。

（二）加强关键工序的质量控制

对于混凝土管片生产的关键工序，应当提高重视程度，加强质量控制，具体包括：（1）原材料进场质量控制。原材料质量直接关系到最终产出的管片质量，因此，原材料进场应当成为质量控制的首要环节。对于钢筋、石子、水泥、外加剂等原材料的选购均应当选择信誉等级较高的供应商作为合作伙伴，而且还要要求其提供完整的材料文件，原材料进场后应当接受一系列取样、送检等检验流程，待检验合格后方可进入生产线进行加工，检验不合格的产品严禁进场。（2）钢筋骨架质量控制。钢筋骨架成型环节所采用的模具要保证尺寸正确，而且使用过程中还要仔细检查防止发生变形，确保钢筋骨架的加工弧度符合设计要求。钢筋骨架不能直接摆放在地面上，要使用专用的支架进行支撑，而且骨架堆叠层数不能超过四层，防止骨架受压变形。（3）混凝土浇筑质量控制。浇筑混凝土之前首先要仔细核对配合比，保证配合比符合设计要求，配合比需要经过严格的试配才能确定。为了保证混凝土浇筑中各种原材料的准确计量，需要不定期校验搅拌站的电子计量系统，避免因材料计量错误而影响混凝土配制效果。混凝土的振捣时间应当控制在2-3min之间，时间不能过短或过长，振捣停止标准为混凝土不再产生喷射状气泡。（4）蒸汽养护：混凝土振动成型并光面2h后，混凝土表面用手压有轻微的压痕时，在管片外弧面上盖上湿润的养护布，将用于蒸汽的帆布套在模具上，下部同地面接触的地方用木方压实，在帆布套上预留的小孔中插入温度计，检查无误后通人蒸汽，布置于模具底部的蒸汽管布满小孔，蒸养时蒸汽会从每个小孔中均匀的喷出来，使整个模具均匀的升温，升温速度每小时不宜超过20℃，防止升温太快管片出现收缩裂纹，最高养护温度60℃，恒温3-4h，降温速度每小时不宜超过20℃，并保证蒸养后的管片温度与外界温度差不大于20℃。在整个过程中要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。（5）脱模后的养护：管片脱模后吊入水池内进行养护，确保管片完全浸泡在水里．管片入池时管片与池中水的温度差不得大于20℃，温差过大时，管片应在室内车间进行降温，直到管片表面温度与环境温度差不大于20℃，养护龄期为28d，其中水养至少七天，然后进行自然养护达到28天龄期后方可出厂。

结语：

混凝土管片是盾构隧道施工中的重要构件，其规格参数和产品性能等对盾构隧道施工质量有着重大的影响，因此，需要合理选择管片的生产工艺，并加强质量控制。管片生产企业应当结合自身的实际情况在综合比较的基础上选择合适的生产工艺，同时在生产过程中还要采取各种措施加强质量控制，保证管片质量符合盾构隧道施工要求。

参考文献：

[1]张龙，高菊茹，张博，等.盾构隧道现浇混凝土复合衬砌系统的应用现状及展望[J].现代隧道技术，2015，05：24-31.

[2]魏龙.有关预制钢筋混凝土盾构管片生产质量控制的研究[J].低碳世界，2014，21：261-262.

[3]王新，李庭平，王印昌.软土大直径泥水盾构隧道施工期上浮的控制措施[J].隧道建设，2014，12：1168-1174.

[4]谈永泉，杨鼎宜，俞峰，等.我国预制混凝土衬砌管片生产技术及标准现状[J].混凝土与水泥制品，2011，02：25-30+34.

[5]王亮，薛彦.北京地铁4号线14标段盾构隧道防水工程质量控制[J].北京建筑工程学院学报，2010，01：20-23+27.