浅谈地铁隧道盾构管片生产质量控制

　　摘要：结合南京地铁10号线凤凰大街站至龙华路站盾构隧道施工中管片生产的工程实践，剖析了影响地铁盾构管片成品质量的主要因素，并介绍如何做好盾构管片生产质量控制和监理控制要点。

　　关键词：地铁,盾构管片,生产工艺,质量控制

　　一、前言

　　随着各大城市地铁交通的迅猛发展，造价低、机械化程度高的盾构法施工技术应用得越来越广泛，而标志隧道总体质量水平的管片使用数量也越来越多。管片是隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型主要有钢筋混凝土管片、钢纤维混凝土管片、钢管片、铸铁管片、复合管片等。管片按拼装成环后的隧道线形分为：直线段管片、曲线段管片及既能用于直线段又能用于曲线段的通用管片，其中曲线段管片又分为左转弯管片和右转弯管片。

　　盾构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。盾构管片的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，对控制地铁隧道的质量，保持地铁隧道的线形和保证地铁隧道使用寿命起着关键作用。

　　2010年5月28日南京地铁2号线、2号线东延线、1号线南延线3条新线路正式通车后，南京地铁通车里程已突破85km，极大地缓和了南京市内交通拥堵。而现在，南京市的3号线，4号线及10号线正在同时进行建设。笔者就南京地铁10号线区间盾构管片生产的质量控制作一些经验介绍。

　　二、工程概况

　　南京地铁十号线一期工程D10-TA06标项目工程，包含两个盾构区间：龙华路站～凤凰大街站区间(19+098.950～20+084.000)、凤凰大街站～城西路站区间(20+282.000～20+685.200)。盾构主体线形图如下：

　　本标段共需生产管片1782环，其中直线环计1046环，左转弯环计363环，右转弯环计373环。

　　盾构区间管片采用环宽1.2m的标准环及左转弯楔形环和右转弯楔形环三种管片，楔形环的楔形量为37.20mm,管片混凝土强度等级为C50;抗渗等级P10,钢筋为Ⅰ(HPB235)、Ⅱ级(HRB335)。管环外径6.2m，内径5.5m，宽1.2m，每环由6片管片组成，混凝土量7.719m3。由南京城市地铁实业集团有限公司管片厂按以上要求进行管片生产。

　　管片结构型式：衬砌环管片分成6块，由1个封顶块(K型，中心角21.5º)、2个相邻块(B型，中心角68º)、3个标准块(A型，中心角67.5º)组成。管片主要采用高精度的钢模具制作。为满足直线段和曲线段施工及纠偏的需要，设计了标准补砌环和左、右转弯楔形环，通过标准环与楔形环的各种组合来拟合不同的线路。楔形环为双面楔形，楔形量为37.2mm。示意如下图：

　　三、管片生产准备阶段的质量控制

　　1、按照隧道施工的进度要求制定管片生产计划，合理安排各种型号管片的生产方案，并做好管片存放的场地准备。

　　2、要确保制作后管片有统一尺寸、误差在一定精度的范围内，关键是钢模的刚度、强度及精度，所以要设计加工高精度、拆装方便、刚度大、变形量极小的钢模，来满足管片精度要求所需。钢模具的质量直接影响着管片的尺寸精度、表面裂缝、气泡等问题。

　　3、管片生产中使用自拌混凝土，使用的水泥、砂子、石子、钢材、外加剂等原材料按有关规范和标准进行采购、保存、检验，并得到业主同意和监理工程师认可和批准后方可使用，且必须附有生产厂家的产品质量证明书。

　　四、管片施工过程中的质量控制

　　1、模具组装与清理：

　　模具的组装关系到管片成型尺寸是否标准及浇筑时的安全，而模具的清理和脱模剂的喷涂，则是保持管片外观质量的重要手段，监理工程师在现场每日检查一次并填报“管片模具检测记录表”，本工程使用的是麦斯特脱模剂，型号为frise-902。

　　1)组模前必须认真清理模具，把模具上的混凝土残积物全部清除，清洁后的模具内表面的任何部位不得积有混凝土残积物。

　　2)模具内表面使用海绵块及胶片配合清理，严禁使用铁器清刮。

　　3)清理模具外表面时，特别要注意清除测量水平的所有位置的混凝土残积物。

　　4)混凝土残积物全部被剥落后，应由专人把全部杂物从模具内表面清走，不得有任何残留杂物。

　　5)喷涂脱模剂由专人负责，喷涂脱模剂前先检查模具内表面是否留有混凝土残积物，如有应通知清模人员返工清洁;务必使模具内表面全部均布薄层脱模剂，如两端底部有淌流的脱模剂积聚，应用海绵清理干净。

　　2、钢筋笼加工

　　钢筋笼的尺寸关系到管片的强度，钢筋笼内部钢筋的位置关系到管片内预埋螺栓孔、吊装孔(注浆孔)的位置是否准确，在钢筋笼加工完成后，按监理工程师按规范进行验收，验收合格并填写“管片钢筋骨架制作检查记录”后才能作为合格的钢筋笼备用。

　　控制要点：

　　1)控制钢筋加工尺寸精度。

　　2)在钢筋笼制作完成后，对钢筋笼进行检查并填写记录，在钢筋笼检验合格后将钢筋笼放置在存放区，并设置合格标识牌。

　　3)钢筋骨架采用CO2弧焊机焊接成型时，焊缝不得出现咬肉、气孔、夹杂现象。钢筋的弯曲按设计施工和现行国家标准，焊缝、高度必须符合规范要求，焊接后氧化皮及焊渣必须清除干净。

　　4)安防预埋管时，现将其套上螺旋钢筋，安放在预定位置。

　　3、入模及预埋件安装

　　管片中的各种预埋件位置非常重要。螺栓孔的位置关系到管片间环向缝及纵向缝能否紧密结合，如果缝隙过大就会使隧道存在漏水的隐患;管片中心位置的预埋管是管片吊装时的起吊孔同时也是注浆孔。一旦管片预埋管在预埋时发生偏移、倾斜，或者在浇筑混凝土时被振斜，则造成吊装孔不垂直。当管片在隧道内拼装的时候，不垂直的吊装孔会给吊装带来困难，影响管片的拼装质量;同时极易破坏吊装螺纹，给后续注浆作业带来不便，影响后期注浆质量。

　　因此，我们监理工程师在施工中建议是公司单位在加工钢筋笼时，在预埋管上端增加“井”字型加强钢筋，并焊接在管片的钢筋骨架上，用以固定预埋管的位置，减少发生倾斜的概率，保证吊装孔的成型质量。

　　1)将钢筋笼、预埋件、螺旋筋，螺栓等分别摆放在模具相应的位置，保证环向、纵向螺栓孔预埋件、中心吊装孔预埋件和模具接触面密封良好。

　　2)用吊钩将钢筋笼吊入模具，保证起吊过程平稳，不得使其与模具发生碰撞。

　　3)钢筋笼入模后，按要求将每只钢筋笼一一进行校正。对横向、纵向的螺栓孔位置、保护层等进行校正、实测，并填写好验收表格，监理方代表验收认可后，方进行管片混凝土的浇捣。

　　4、混凝土浇筑

　　控制要点：

　　1)严格控制施工配合比，使实际生产中的混凝土保水性、粘聚性、流动性良好，易于浇筑，表面无泌水，混凝土组成成分均匀分布，管片成型后表面气泡少，色泽亮白。

　　2)混凝土连续浇注完,采用振动棒振动成型,严格控制混凝土振捣时间，分层浇筑，振捣均匀，保证无漏振，少振、过振现象，可以减少混凝土表面气孔及麻面的产生。

　　3)振捣过程中时刻观察模具内各预埋件的情况，振捣棒不得碰钢模模芯、芯棒、钢筋、钢模及预埋件，防止钢筋支架、预埋件移位和损伤钢模,防止发生变形或位移，一旦发现，立即停止浇筑、振捣，并修整好方可继续浇筑。

　　5、管片的养护、脱模

　　管片钢模的数量是有限的，为了尽快拆模加快生产速度，本工程采用蒸汽养护，蒸汽养护可以达到提高混凝土强度，缩短养护时间，为加快钢模周转创造条件，并且加强管片成品外观质量。在本工程中部分管片出现缺棱的现象，经过对施工现场的仔细观察，发现原因有：a蒸汽养护时间不够，混凝土还没有达到强度就被吊出钢模，b在将真空吸盘连接上管片的时候并没有连接在管片中心，起吊管片的时候不平衡，管片棱角被碰掉。因此监理工程师提出增加蒸汽养护时间，以及在管片钢模上做好标记，保证真空吸盘器起吊管片的时候保持平衡，不再发生碰角现象。按此改进后，缺棱现象减少了很多。

　　控制要点：

　　1)管片经光面并在混凝土静养2小时后，盖上养护坑盖引入饱和蒸汽进行无压蒸养。为防止温度升高过快造成混凝土膨胀损害内部结构，在自然温度下，升温温度控制在10℃-15℃/ h(1.5-2小时)，恒温阶段温度控制在50℃(1.5-2小时)，降温阶段控制10-15℃/ h(约1.5-2小时)。到达规定的蒸养时间后关闭供汽筏，吊开养护坑盖，让模具和混凝土自然冷却1小时后再开始脱模。

　　2)管片出坑表面温度与环境温度之差不得大于20℃,混凝土强度达到25Mpa以上时,接试验室脱模强度通知单后开始拆模。

　　3)冬季采用综合蓄热法施工，适当增加蒸汽养护的时间，保证混凝土达到规定20兆帕时拆模、出池，严格控制混凝土养护升温时间，混凝土操作环境的内外温差梯度变化不大于20℃。

　　3)脱模时将真空吸盘连接上管片，保证管片平稳起吊，防止管片在吊出过程中碰到模具出现缺棱掉角的现象。

　　4)管片出模后使用翻片机将管片侧立后吊出要及时进行水养，管片脱模并经冷却后放入水养护池进行7天水中养护，在水中养护必须全部浸没在水中，入池时管片与水的温度差不大于20℃。

　　6、管片外观检查

　　1)管片精度(允许公差)要求(单块检验) 单位(mm)

　　2)对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、无裂纹、缺角，无气、水泡，无水泥浆等杂物，灌浆孔螺栓应完整，安装位置正确无破损。

　　3)不合格品判别规则：

　　7、管片堆放

　　将完成的管片打码，做好标识，按照标准块、相邻块、封顶块进行分类堆放。堆放层数不得超过5层，呈宝塔形堆放，层间垫木必须结实可靠。

　　五、后期管片的质量检测

　　1、三环试拼装：每套模具每生产200环做一组三环水平试拼装检验，其水平拼装检验标准应符合下表的规定：

　　2、抗渗实验：钢筋混凝土管片，每生产50环应抽查1块管片做检漏测试，连续三次达到检测标准，则改为每生产100环抽检1块管片，再连续三次达到检测标准，最终检测频率为每生产200环抽查1块管片做检漏测试。如果出现一次检测不达标，则恢复每生产50环抽查1块管片做检漏测试的最初检测频率，再按上述要求进行抽检。管片检漏测试，检测方法按设计抗渗压力保持时间不小于2h，渗水深度不超过管片厚度的1/5为合格。示意图如下：

　　3、钢模检测：钢模在日常的使用中不可避免的会发生磨损、变形，因此按照相关要求每套钢模在生产500环后都将请钢模生产厂家来进行校验，以保证钢模的外观尺寸的精确。模具允许偏差和检查方法如下：

　　六、结束语

　　随着时代的进步，工程的建设周期的缩短，价低、机械化程度高的盾构法施工技术应用越来越广泛，更多的隧道工程也采用盾构来作为其施工手段,而标志隧道总体质量水平的衬砌管片使用数量也越来越多，管片生产的质量也越来越受到人们的重视。监理也将在工作中常常接触到盾构管片生产，如何监理好盾构工程中的管片生产也将成为一个重要的课题，本文仅仅是笔者的几点的看法，如有不成熟之处，敬请指正。

　　参考文献：

　　1、行业标准 盾构法施工与验收规范《GB50446-2008》 北京 中国建筑工业出版社 2008.6

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