浅谈地铁隧道盾构管片生产质量控制

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  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。
  Abstract: combined with Nanjing subway line No. 10 Phoenix Street station to Longhua Road Station in shield tunneling segment production engineering practice, analyzes the impact of shield segment product quality are the main factors, and describes how to do a good job of shield tunnel segment manufacturing quality control and supervision control points.
  
  关键词:地铁 盾构管片生产工艺质量控制
  Key words: metro shield tunnel segment manufacturing process quality control
  中图分类号:O213.1  文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
  
  
  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)。盾構主体线形图如下:
  
  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:
  
  管片加工精度要求(单位mm):
  
  
  
  管片生产工艺流程大概如下图:
  
  
  
  
  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。
  
  井字形钢筋固定示意图
  
  预埋管安装位置示意图
  控制要点:
  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內各预埋件的情况,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)
  宽度 弧长度 厚度 外半径 内半径
  ±0.3 ±1.0 +3,-1 -0,+2 ±1.0
  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:
  钢筋混凝土管片水平拼装检验标准
  
  
  
  三环试拼装现场
  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:
  
  抗渗实验现场
  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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