摘要：盾构机和管片是控制盾构隧道质量的两大要素，管片质量的好坏直接影响了盾构机掘进控制、管片拼装质量以及成型后隧道的结构性能、防水性能和耐久性。就盾构掘进而言，盾构是第一位的，管片是第二位的，而在使用阶段，管片就是第一位的。本文介绍其现状并探究其发展趋势。
关键词：隧道管片；盾构管片模具；发展趋势
1盾构管片模具的发展史
盾构法施工是地铁建设最安全有效的施工方法，已慢慢被施工单位所采用。盾构施工最关键的一个部件为隧道衬砌管片；随着盾构法施工的快速发展，隧道衬砌管片的需求日益增长；隧道衬砌管片作为地铁盾构施工的主要混凝土预制构件，其生产工艺较复杂，要求也越来越严重。其中，每一片盾构管片的浇注主要借助于管片模具来完成。高精度管片模具的设计有多种类型，最早也是由欧洲、日本等国家进行研究生产，混凝土管片1892年起源于法国巴黎，在1914年美国克利夫兰成功应用，20世纪60年代在日本得到迅速发展，也是此时引进国内，并逐渐在中国发展壮大。
2钢模的现状
2.1钢模的振捣形式：盾构管片钢模的设计已形成多种流派：日本的、法国的、瑞士的、意大利的等等，各有特点。欧洲的钢模大多采用附着式整体振捣，而日本和上海的钢模为人工插入式振捣。
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图一 各国钢模的振捣形式
2.2钢模的结构形式：钢模主要由三大件(底座、两块侧板、两块端板)和相关构件组成。钢模的设计主要是围绕三大件的设计。从三大件的设计着手，需考虑它们的定位方式和开启方式等。端、侧板的开启方式有多种：侧板的开启方式铰链式、滚轮平移式；端板的开启方式铰链式、滚轮平移式、固定式。
2.3钢模的精度要求：高精度钢模的精度要求主要有三项检测项目：钢模宽度、钢模高度、钢模内外径弧弦长
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图二 高精度钢模的精度检测
2.4管片在钢模中的脱模
2.4.1脱模形式：管片在钢模中浇注成型后，混凝土达到规定强度就可以脱模了。管片的脱模必须符合脱模斜度的要求。根据一般铸件的脱模要求和混凝土构件的脱模经验，管片的脱模斜度一般需达到4°以上，钢模的设计也必须符合这一要求，否则容易造成砼“啃边”而损坏管片。钢模的脱模形式有铰链开启脱模、平移开启脱模。模芯的脱模也有多种形式：有固定模芯形式，活动模芯形式、镶块形式模芯等。
2.4.2各类端、侧板脱模形式的特点
1）铰链式脱模：铰链翻合式脱模的端、侧板，结构比较简单。脱模时，松开紧固螺栓，端、侧板以铰链销轴为圆心打开，转动一定角度，即可脱模。
2）滚轮平移式脱模：滚轮平移式的脱模形式，端、侧板底部装有滚轮装置，可在滚轮上水平移动。脱模时，只要将端、侧板往外拉出即可，操作比较方便，对应脱膜角度要求不高；
3）固定式脱膜方式：一般应用于端板上，在满足的脱膜角度的情况下，直接起模。此种方式主要应用于异性管片（分块角度较大的）。
2.4.3钢模模芯的脱模
管片的连接螺栓有直螺栓，也有弯螺栓，故根据不同的联接方式需采用不同的模芯和芯棒。模芯的形式不同，它的脱模方式也不同。如能达到脱模要求的，就采用固定模芯，达不到脱模斜度要求的，就必须采取措施，解决脱模问题，有整体活动模芯形式的，也有镶块活动模芯形式的等等。整体活动模芯形式在钢模底座上是用定位销轴固定，脱模时，模芯整体与管片一起吊出，然后将管片中的模芯取出，再次安装。镶块形式的模芯是将模芯一分为二，一半固定在钢模底座上，另一半为活络的镶块，通过模芯棒将两部分联接成一体。脱模时，镶块随管片一起吊出，然后把镶块从管片中取出，重新安装。
3钢模的发展趋势
经过数十年的隧道技术、施工工法研究和工程实践，隧道管片钢模正在向高精度、多品种、便于操作、劳动强度低、生产周期短的方向发展。可以从以下几方面研讨。
为了提高隧道管片的拼环质量，管片的精度要求越来越高。目前，国家标准GB50157—2003地铁设计规范10.5.3条，规定了盾构法施工的隧道结构设计要求。这对于钢模制作是一个新的挑战，必须进一步提高钢模设计和制作水平，才能满足管片的精度要求。
为了提高管片的外观质量，也有利于管片脱模，钢模型腔面的表面粗糙度要求越来越高。以往的钢模型腔面的表面粗糙度为Ra6.3，现在的要求为Ra3.2以上，这就需要改进钢模的制作工艺和装备，才能制作出外型十分美观的钢模。
管片在钢模中的脱模是钢模设计和制造的关键技术，与产品的质量密切相关。底座弧板弹性变形脱模是一种新型的脱模形式。钢模的端板固定在底座的弧面上，在管片脱模时，端板是依靠弧形钢板的弹性变形来实现开启。因此，端板的脱模斜度取决于弧形钢板的变形量。
钢模的检测正在改变过去传统的检测方法，过去钢模的弧长尺寸不能直接测量，只能由加工机床来保证。设计和制造高精度的样板，采用高精度的样板作为检测工具，进行钢模及管片的检测。采用样板法，可控制钢模制造过程中的误差，使装配尺寸精度容易控制，还能使模芯定位更为精确，提高了钢模的制造质量；在钢模检验及管片厂生产管片过程中，使检测变得更精确、直接和简易。
钢模的形式随着管片的形式变化，越来越多样化。如：管片的连接方式，过去一直采用直螺栓或弯螺栓。现在已经开始采用快速接头的方式，使拼装管片更方便，提高了工作效率。相应地在钢模上便可省去模芯和模芯棒，使钢模的设计和制造更简便。
4结语
综上所述，随着科技的发展和经济建设的需要，盾构法建设隧道的技术日新月异，盾构法施工中的配套设施———钢模，其形式越来越多样化，其精度越来越高。作为隧道管片钢模的专业生产企业，钢模的设计和制造技术必须进一步提高，才能与日新月异的隧道新技术的发展相适应，才能赶超世界先进水平。
参考文献
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论文作者:钱凤亮,叶娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/12
标签：管片论文; 盾构论文; 形式论文; 隧道论文; 方式论文; 铰链论文; 精度论文; 《基层建设》2019年第29期论文;