深圳市地铁集团有限公司 广东深圳 518026
摘要：随着中国经济的不断发展，城市内路面交通的拥堵呈上升趋势。发展地下轨道交通成为国内诸多一线经济城市的必然选择。随着施工技术的不断发展，在城市内造地铁，盾构法隧道施工，因其安全高效，是国内外城市地铁隧道施工的主要做法。预制盾构管片是盾构隧道施工的主要构件，是盾构隧道的永久性支护构件，也是隧道防水、防火和耐久性等综合性能的保证，所以对盾构管片质量的要求极高，盾构管片的生产质量控制是地铁隧道建设质量的关键点。本文从盾构管片生产工艺流程入手，分析各工艺流程质量控制的要点，讨论盾构管片的质量控制技术。
盾构管片预制生产工艺流程主要包括：混凝土配制、钢筋笼骨架焊接成型、管片浇筑成型、滑槽预埋、成品管片的保护与养护等。
关键词：混凝土配制；钢筋笼焊接成型控制；滑槽预埋质量控制；管片浇筑成型控制；成品管片保护与养护控制
一、混凝土的配制
混凝土配制技术是盾构管片制作的关键技术之一。盾构管片混凝土具有高强度、高抗渗性能的要求，同时在生产施工中，对混凝土的和易性、流动性、初凝时间、排气性、密实能力及早期强度等有很高的要求。所以选择优质、合理的配合比设计方案，严格控制原材料质量是混凝土配制质量控制的关键。
1、盾构管片混凝土原材料控制
优质的原材料是生产优质混凝土的保障，建立合格供应商台帐，选择信誉好、质量优、价格合理的供应商，对进场原材料严格做到先检后用，保证合格原材料用于生产。以下是深圳某管片厂用于管片生产的原材料如下：采用台泥（贵港）水泥有限公司生产的P.O42.5级水泥，具体物理性能指标见表一；粗骨料为5-25mm具有连续级配的碎石，具体物理性能指标见表二；细骨料为产于东莞的天然河砂，具体物理性能见表三；外掺料采用深圳妈湾的F类粉煤二级粉煤灰，具体性能指标见表四；外加剂为安徽合肥.四威的聚羧酸高性能减水剂，具体性能指标见表五。
混凝土立方体抗压强度（MPa）：7d 51.5；28d 60.4
3、生产配制过程中对混凝土各项性能的控制
1）、坍落度控制
在管片生产过程中，混凝土的坍落度是一项重要的指标，坍落度过小混凝土触变性能差，不易填充模具，会造成振动时间延长甚至出现管片缺陷；坍落度过大，经强烈振动又会产生较厚浮浆，增大裂缝产生几率。根据长期生产经验，为保证管片质量，同时满足现有施工条件，将混凝土的坍落度控制在70±20mm。
2）、计量
所有原材料计量均采用电子计量设备，计量设备的精度符合现行国家标准《混凝土搅拌站（楼）》GB/T10171的有关规定（见表六），计量设备按规定校验、自校。
3）、搅拌
管片混凝土宜采用强制式搅拌机，因管片混凝土强度高、水胶比低、稠度大，因此应当适当延长搅拌时间，根据长期生产总结，搅拌时间至少控制在90s以上。
二、钢筋笼焊接成型控制
成型钢筋笼的尺寸、焊接质量是管片结构受力的保证，要从钢筋原材质量、下料尺寸、成型尺寸、焊接质量等环节入手予以保证。
1、钢筋原材料的质量控制
1）、设立严格的钢筋采购程序，对钢筋供应商进行严格的评审，选择信誉好，质量优，价格合理的钢筋供应商，并提交业主及监理审核认可，再正式确立最终的钢筋供应商。
2）、每批次钢筋原材供应至管片生产厂家，必须具备质量保证书，且具有完备的铸造号码、炉批号，否则不予以落地接收。
3）、钢筋原材的复试检测，应由业主指定具有相关资质的第三方检测单位进行检测。检测样本的数量按相关规范进行取样，驻地监理见证取样送检，经检测单位对钢筋的各项指标检测合格后方可使用，必须做到先检后用。
4）、管片生产厂家设立专门的钢筋原材料堆放场地，建立分类存储，待检标识、合格标识、不合格标识，不合格钢筋退场程序。
2、钢筋半成品料的成型质量控制
1）、由管片厂技术负责人按图纸要求，对各型号钢筋进行放样分解，确定下料尺寸，保证下料尺寸精度。
2）、制作钢筋弧度、尺寸标准样板，以检测复核钢筋下料尺寸及弧度。
3）、钢筋切断后进入弯弧机时应保持平、匀速、防止平面翘曲，成型后表面不得有裂缝。如主筋有翘曲或扭曲，制作成型的钢筋笼易造成扭曲不平整，钢筋保护层要求难以达到。
3、钢筋笼胎模的制作、精度控制
现国内一般采用的钢筋笼设计方式为：箍筋与主筋垂直交错，钩筋加固，并由箍筋包裹主筋的方式。
钢筋笼胎模主要有内弧向上和向下两种方式，各具有其优缺点。内弧面向上钢筋胎模整体高度较低，焊接工人可站立地面将钢筋笼周侧焊接成型，占地较少，但钢筋笼吊出胎模后要翻转；内弧面向下钢筋胎模需调高一端高度方便入料，焊工需借助工作支凳进行焊接，占地面积更大，优点是钢筋笼可在胎模内一次成型吊出，不需要进行翻转。
主筋和箍筋分布于胎模的横纵向钢板上，按图纸要求的主筋和箍筋间距分别开孔，使主筋和箍筋能分别落位相交，以进行焊接。所以钢筋笼胎模的制作必须保证弧与钢筋弧度相符，预开孔位符合图纸要求，以保证主筋及箍筋间距要求。
4、焊接工艺、设备的选取及焊接质量的控制
随着工艺的进步及焊接质量要求的不断提高，钢筋笼的焊接基本使用二氧化碳气体保护焊进行焊接，其具有焊接牢固、对钢筋损伤少、无有害焊渣残留等特点。
为了保证焊接质量还需对以下几点进行严格控制：
1）、采用CO2保护焊机进行焊接，焊接时焊机电流不得超过额定电流，以免烧伤钢筋。焊机电流不得大于300A，电弧压力30-50V，焊丝送丝速度10-11mm/s。
2）、焊接时枪头对准焊点位置，不得有漏焊、假焊及虚焊，焊接以牢固而不伤钢筋为标准。
3）、为了保证整个成型钢筋笼的稳固性，主筋搭接必须牢固焊接，箍筋与主筋交叉处焊点数量必须保证，边缘合数焊接，面网采用梅花跳点焊接。
三、盾构管片浇筑成型质量控制
1、生产方式与模具的选取
随着城市地铁盾构施工的不断推广与进步，处于供应链一端的盾构管片生产工艺也在不断的革新，由传统的“模具固定”生产方式逐步向生产效率更高的“流水线生产模式”进行转变。“流水线生产模式”具有模具利用和生产效率高，质量稳定，能耗低，安全文明施工程度高等特点，现国内新建厂及厂改造普遍采用此种生产方式。
管片钢模具的选取决定了管片生产的方式、效率及管片尺寸精度，是管片生产质量控制的重中之重。现管片生产所采用的模具主要有两种形式：一种为“插入式振捣模式”模具，即混凝土浇筑时插入震动棒进行振捣，由于其存在生产效率低、工人劳动强度大、混凝土密实度难于控制等缺点，现已基本被淘汰；另一种为“附着式振捣模具”，即模具底板带有高频风动震动器，通入压缩气体后可实现混凝土的振捣密实，其具有劳动强度低、生产效率高、混凝土密实度易于控制等特点，是现在盾构管片生产的主要模具形式。其他如采用震动平台整体震动模式因采用比较少，在这里就不做探讨。
2、钢筋笼入模、隐蔽工程验收控制
钢筋笼入模必须在钢筋笼指定位置上安装符合设计要求的垫块，由龙门吊配合专用吊具按规格将钢筋笼放入模具内。待钢筋笼放入模具后，由质检员对钢筋笼进行检查，以确保钢筋笼完好，无连续损坏的焊点，钢筋笼型号与模具型号相匹配，保护层垫块的位置准确，保护层符合设计要求。按照图纸在指定位置安装好预埋件，安装必须牢固，防止砼浇注时预埋件松动、脱落。
钢筋笼入模后保护层的检查，预埋件的安装要杜绝钢筋碰模、外露，否则由于钢筋的锈蚀、膨胀，将严重影响砼的寿命，进而缩短管片的使用寿命。
3、混凝土入模浇筑、成型控制
混凝土浇筑环节是整个管片成型、外观质量的重点，所涉及的环节众多，如：混凝土质量、模具清洁程度、脱模油涂刷质量、下料振捣把控等。
1）、当混凝土搅拌好后，由试验员对该批混凝土进行取样，只有被确认混凝土坍落度在允许范围内才可进行混凝土的浇注，从保证质量和施工便利性两方面考虑，坍落度在50~90mm之间是比较合适的。
2）、组模前必须认真清理模具，不得有混凝土残积物。模具内表面使用海绵及胶片配合清理，严禁使用铁器清刮。清理模具外表面时，特别要注意清除控制模具精度的所有点位的混凝土残积物。
3）、喷涂脱模油：使用雾状喷雾器喷涂，然后抹布均匀抹干，使模具内表面全部均布薄层脱模油，如出现脱模油流淌成滴，用棉纱清理干净。脱模油的质量及喷涂效果，对管片成型后气泡的多少，外观色泽等有着巨大的影响，如造成管片四角出现翻砂、黑边，内弧面颜色不均、花面等。
4）、在浇注时，开动模具上自带的附着式风动震动器进行振捣。为减少管片成型后的气泡、水眼，在放料时采用分批放料，从而实现分层振捣，当混凝土浇筑至模具三分之二量时，应暂停下料 20~30秒，利于气泡从模具内止水条凸起位置排出。剩余混凝土应采取均匀、匀速的放料方式把模具注满。整个模具的混凝土下料、振捣时间宜控制在5-8分钟，要防止混凝土不密实或过振。全部振捣成型后，根据气温及混凝土凝结情况，大约15-25分钟后，拆除模具盖板，压板进行光面。
四、管片滑槽预埋控制
深圳地铁是国内最早引入管片预埋滑槽的城市，采用该方法后管线安装无须对管片进行打孔，对管片结构无损伤，同时管线安装效率高。预埋滑槽在管片上的预埋固定及质量控制也逐渐得到重视。
1、几种滑槽预埋工艺的比较
在滑槽的预埋工艺上，经过近几年的摸索与经验总结，经历了三个阶断：
1）支撑杆式顶压法：用专用的支撑传力塑料杆，由模具盖板通过支撑杆传力到滑槽，使滑槽贴合在模具底板，固定滑槽。缺点：有可能沿支撑杆形成渗水通道。
3）塑料螺母紧固+塑料卡件配合钢筋笼压紧法：除采用上述方法2外，用专用的塑料卡件，连接钢筋笼和滑槽，模具盖板配合钢筋笼外弧面保护层支凳或飞轮传力压紧滑槽。优点：能够有效、可靠的压紧滑槽，完全隔离滑槽与钢筋笼接触，安装简便、快速。
2）、在卷曲成型时，其弧度尺寸需与图纸设计要求相符，以便与模具底板完全贴合，不得有分段翘曲，否则在混凝土浇筑时，由于模具附着式振捣器的高频振动，混凝土浆液将会窜入翘曲段滑槽与模具底板之间，形成浆液结痂，或透过槽口密封胶条，渗入滑槽内部。由于浆液的流失，管片内弧面滑槽处将会形成“混凝土浆液流失印记”，严重影响管片内弧面外观质量。
3）、预埋滑槽要求满足地铁50年以上正常运营的耐久性要求，要求其表面进行热浸锌防腐蚀处理。
4）、预埋滑槽及其上固定的螺栓要满足地铁区间隧道上需要安装的各种设备及其振动的承载力要求，每个连接螺栓位置沿管片径向拉压承载力不小于10KN，沿切向承载力不小于8KN。
2）、管片模具的定位加工：为了将滑槽固定在模具底板上，使其不向环向及径向移位，尺寸符合图纸设计要求，需在管片模具底弧板上按图纸尺寸要求开孔，并安装钢制螺栓。
3）、开模铸造滑槽专用“塑料卡件”，使其底部卡在滑槽顶部，上部卡在钢筋笼箍筋上。
4）、滑槽安装时先用塑料螺母将其固定在模具底板上，再将塑料卡件利用钢筋笼自重，将滑槽牢牢压制贴合于模具底板上，并利用“塑料卡件”使钢筋笼与滑槽完全隔离，防止电气连通造成电腐蚀。在钢筋笼外弧面安装钢筋保护层支凳，利用外盖板下压力压紧钢筋笼，使管片在浇筑混凝土震动时，钢筋笼不移位，滑槽与底模贴合完好。
五、成品管片的保护与养护
1、成品管片的保护
成品管片不因外力造成边角破损、裂缝等损伤，是隧道结构防水的最有效措施，不能依赖损坏后的修补措施，应从源头抓好成品管片的保护，完全杜绝管片的破损。管片从浇筑成型，经过脱模、吊运入池养护、出池堆存、出货翻转、装车运输到施工现场等诸多吊运环节，如何做到对管片的保护，特别是对混土强度较低的初期保护，在很多细节上要做好控制。
1）、管片采用“真空吸盘”专用吊具进行脱模，具有要求脱模强度更低；操作简便、迅速，可靠性高；吸附牢靠，避免管片摆动与模具、翻片机磕碰损伤；能够有效避免传统销孔吊具或夹具对管片容易造成的损伤等。
2）、对管片脱模后车间内暂存，管片与存储界面间采用软性材料进行缓冲、隔离，防止管片损伤。管片装车运输、入池养护及堆存，管片之间都应有临时的软性缓冲材料进行隔离，防止管片之间互相碰损。
2、成品管片的养护
管片在生产过程中需经历静养、蒸养及浸水养护等三个养护过程。合理有效的混凝土养护技术对混凝土凝结硬化过程中防止有害裂纹发生，提高管片抗渗性能十分关键。
盾构管片养护工艺：
1）、静养：混凝土浇筑成型后，用塑料胶纸对管片混凝土表面进行覆盖，防止水份流失。一般时间为2小时。
2）、蒸汽养护：对于有施工进度要求的需对管片进行蒸汽养护，迅速提高管片混凝土强度，达到循环生产目的。静养2小时后，模具进入流水线蒸养窑内。流水线蒸养窑内已采用隔离室及温控器件，将整个窑洞隔离为升温区、恒温区及降温区。保证升温不超过15～20℃/h；恒温1～2小时，最高温度不超过60℃。
3）、浸水养护：管片脱模，完成气孔修补、管片标识后即可吊入水池中进行浸水养护。养护约7天后，即可吊入堆场中进行贮存，以备出货到施工现场安装使用。
六、结论
从管片生产工序上来看，加强对原材料质量的控制是控制管片质量的源头；高质量模具和合理的混凝土浇筑方法是成型管片外观好坏的重要保证；对每个工艺流程、环节的严格要求是关键；不断的总结、创新，引进先进的设备、技术是管片质量提高的方向，只有这样才能使盾构管片的生产朝着高质量、高效率方向发展。
论文作者:车刚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/27
标签：管片论文; 钢筋论文; 滑槽论文; 混凝土论文; 模具论文; 盾构论文; 质量论文; 《基层建设》2017年第10期论文;