浅谈管片生产工艺流程控制

一生产技术　翘　浅谈管片生产工艺流程控制　陈舒　２０１４．雏　（福州城市地铁有限责任公司，福建福州３５００００）　摘要　目前全国在城市地铁隧道和其他过江隧道建设中越来越多地采用盾构法施工，管片是盾构法施　工中使用的预制混凝土构件，是隧道结构的主体，对整个隧道质量和使用寿命起着关键的作用。本文结合福州　地铁１号线管片生产的实际经验，简要介绍了管片生产工艺流程控制要点。　关键词地铁管片；流程控制；养护；三环拼装　０引言　福州地铁１号线隧道衬砌采用由６片管片（１块封顶　块、２块邻接块、３块标准块）拼环而成，管片外径６２００ｍｍ，内　径５５００ｍｍ，环宽１２００ｍｍ，壁厚３５０ｍｍ，按配筋不同分为浅　埋、中埋、深埋　种类型，对应不同的地质情况。管片具有隐　蔽性强，且施工后出现质量问题难以解决，因此控制好管片　生产质量是保证隧道高质量完成的重要环节。　粉煤灰和矿粉等掺和料，掺量根据季节的不同一般控制在　３０％　４５％，以降低水化热，提高胶凝材料的填充性能。　（１）水泥。管片生产采用流水线蒸养方式，为缩短静停和　蒸养时间需提高早期强度，应采用不低于４２．５ＭＰａ的ＰⅡ硅　酸盐水泥，水泥中的硅酸三钙含量要高，但水泥不宜过细，比　表面积３００～３５０ｍＺ／ｋｇ，否则易造成水化热释放集中。另外为　避免产生碱骨料反应，水泥的碱含量控制在Ｏ．６％以下。　１　管片主要生产工艺流程（见图１）　横拜洧麓、赜豫艇攥辫　祺盛嘏虢　ｆ２）掺和料。粉煤灰应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤　灰＞＞（ＧＢ１５９６—２００５）的不小于Ⅱ级低钙粉煤灰；矿粉为符合　攥鼎捡骥　ＧＢ／Ｔ１８０４６—２００８￣凝土和砂浆用粒化高炉矿渣微粉》的￥９５　矿粉。主要具有降低水化热、补偿收缩等耐久性方面功能；二　次水化增加后期强度和降低水胶比等优点。　二＝＝］［＝＝＝　铆精致臻耀摊变鹱　稍赫煳在帑用藏共王＝髓怍　＝＝】＝二＝＝ｊ［＝　　髓疆土浇牲摄播　墨曼辜堕竺｝‘　’Ｎｏ　耀氍土樯鞲Ｉ　璺曼圭苎墅　２．１．２细骨料　撵耐　藏汽彝护　＝二　＝释禳．敞Ｉｉｌ　符片标记　　不得使用碱活性细骨料，要求使用中砂，品质满足《建筑　用砂￣（ＧＢＰＦ１４６８４—２００１）规定，细度模数２．３～２．９，含泥量≤　１．５％，泥块含量≤０．５％，同时规定必须选用河砂。　２。１．３粗骨料　＝＝工＝＝　＝＝夏＝＝＝　馈片承｛电彝护　二二＝］［二＝＝　嚣片幢群彝护　不得使用碱活性粗骨料，控制粒形规格。碎石应符合《建　二＝　二＝＝　青片蝽槔　筑用卵石、碎；ｉ￣－｝（ＧＢ／Ｔ１４６８５—２００１）的规定，要求级配良好，最　大粒径小于３８ｒａｍ，且小于钢筋骨架最小净间距的３Ｎ，含泥　量小于０．７％，泥块含量≤０．３％，针片状含量≤０．８％。　２．１．４外加剂　臂对瓣精出厂　图１管片生产工艺流程图　２混凝土的质量控制　２．１混凝土原材料及配合比控制　品质应符合《混凝土外加剂￣（ＧＢ／Ｔ８０７６—２００８）的规定，　要有＞２０％的减水率和对胶凝材料有良好的适应性，严禁使　用氯盐类外加剂。研究表明当水胶比降低到０．３８以下时，能　有效地减小毛细管孑Ｌ隙，因此福州地铁管片水胶比不大于　０．３５。作为控制管片气泡和裂缝的一种措施，经福州管片厂试　验表明，外加剂一般选用聚羧酸高效减水剂，最高收缩率比　不超过１００％。含气量控制在≤３％，对管片气泡和耐久性也　较大的改善。　２．１．５水　福州地铁的管片混凝土设计指标：强度Ｃ５５、抗渗等级　Ｐ１０，设计使用寿命为１００年。在强度基础上应保证其耐久　性，其中混凝土密实性、抗渗透性能、抗裂性能和抗碳化性能　做为主要控制指标。　２．１．１胶凝材料　为达到高耐久性的要求，应每立方米混凝土中胶凝　材料的最低和最高用量（４５０～５２０ｋ￣ｍ　），其中水泥用量不宜　过大，否则易增加开裂的趋势。在满足强度前提下，尽量增加　混凝土拌和用水应满足《混凝土拌和用水｝（ＪＧＪ６３—２００６）　・７２・　第３期（总第１５５期）　翘　建．前　生产技术■　的规定。　２．２福州地铁管片主要的混凝土配合比指标　ｆ１）水胶比小于０．３５，坍落度３０　７０ｍｍ。选用适当的砂　率以确保混凝土的工作性，便于浇捣、减少成品产生裂缝的　可能。　（２）胶凝材料按强度等级４２．５ＭＰａ普通硅酸盐水泥为基　准，控制在４５０　５２０ｋｇ／ｍ３，更高标号的水泥可根据实际情况　调整。　（３）碱含量小于３ｋｇ／ｍ３，氯离子含量不超过胶凝材料重量　的０．０６％。电通量小于１０００库仑，氯离子扩散系数不大于　３．０×１０　ｃｍ２／ｓ，快速碳化深度小于ｌｅｎａ。　２．３原材料的堆放　砂、石原料根据不同规格分仓堆放，堆场均加盖，在气候　异常的情况下骨料基本上能保持较稳定的含水率，各分仓显　著位置挂上明显标识，严禁出现混料现象。　３管片生产质量控制　３．１钢模控制　地铁管片应由高精度钢模来生产，钢模还应具有足够　的承载能力、刚度、稳定性和良好的密封性能。　（１）钢模进场检测：管片钢模安装后应进行初验，钢模　的允许偏差和检验方法应符合表１要求。满足后可试生产；　在试生产的管片中，随机抽取３环进行水平拼装检验，合格　后方可投入正式生产。　表１　模具允许偏差和检验方法　（２）钢模定期检验：在常规情况下，每套钢模周转１００次做　为一个检验周期，检测方法按表１。在此基础上通过每生产　２００环管片进行一次三环拼装检测，其作为钢模是否合格的　最后手段。三环拼装试验需任意抽取不同套钢模生产的三环　管片。其检测标准如表２。　表２水平拼装检验标准　３＿２管片钢筋骨架制安控制　管片是隧道主要受力构件，其承载力主要由钢筋骨架　和配筋所决定的。钢筋骨架成型制作需从断料、弯曲、焊接、　检测等环节严格控制。　３．２．１钢筋加工　钢筋断料加工应严格按照设计图纸及规范要求，钢筋　加工尺寸应满足表３的要求。设计无具体要求时，箍筋弯钩　的弯折角度为１３５。且弯折平直长度不应小于箍筋直径的　１０倍。　表３钢筋Ｊｊｎ－ｒ尺寸允许偏差　３．２．２钢筋骨架制作　ｆ１）骨架尺寸制作按设计图纸要求加Ｔ，骨架尺寸应符　合表４要求。　表４钢筋骨架制作、安装允许偏差及检验方法　预埋件焊接　焊缝长度、符合要求厚度，无咬肉、夹渣、气孔　ｆ２）钢筋骨架应在成型靠模上就位后进行焊接，钢筋骨架　采用ＣＯ　气体保护焊焊接成型。焊接以保证焊接点牢靠不伤　及主筋为标准，不得漏焊、假焊、咬肉，焊点不得出现气孑Ｌ、夹　渣现象。焊机电流不得大于３００Ａ，电压３０～３５Ｖ，焊丝送速　度１０～１１ｍｍ／ｓ。　（３）钢筋骨架成品堆放应整齐堆放，堆高不宜多于４层，　避免在自重下发生变形。　３．３管片混凝土浇捣成型　３．３．１混凝土搅拌　开盘前，应测定粗、细骨料的含水率，给出施　配合比。采　用电脑自动计量装置，保证原材料计量偏差满足水泥、外加　剂、掺合料、水≤ｌ％，粗、细骨料≤２％。混凝土应搅拌均匀，搅拌　时间不应低于１２０ｓ，冬季生产混凝土搅拌时间应适当延长。　３．３．２管片浇捣成型　ｆ１）管片浇捣成型方式选择。目前国内主要有三种：①插　入式人工振动器，主要受控于人，特殊位置（螺栓孔、吊装孔）　振捣质量容易控制，但能量小，要求工人熟练掌握振捣技术，　工作效率不高。②附着式高频振动器，对于钢筋较密、厚度较　小的混凝土效果较好，但对钢模的强度和刚度要求较高，并　影响使用寿命。③振动台振动成型，能量大，效率高，但在垂　直面上不易均质，并且易在外弧面形成浮浆；在特殊位置，因　构造筋密集会出现过振离析现象。振捣应分层摊铺，并保证　震动频率满足要求，以减小管片气泡产生。　ｆ２）混凝土塌落度的控制。控制范围５±２ｃｍ，冬天坍落度　控制在４　５ｅａｒ，夏天控制在５．５—７ｃｍ为宜。　ｆ３）振捣时间的控制。以混凝土表面停止沉落或者沉落　不显著；混凝土表面气泡不再显著发生或在振捣器周围没有　气泡冒出；混凝土表面呈水平，并有灰浆出现；混凝土已将模　・７３・　一生产技术　翘　板边角部位填满充实并有灰浆出现为宜。　（４）混凝土管片收水光面。成型后为保证管片外观和表面　质量，振捣之后应进行收水光面。混凝土管片外弧面混凝土的　收水，间隔时间应控制在外弧面混凝土达到初凝，一般以掀　开中间的薄型布用手按微平凹痕为准。光面程序应分三步进　行：①粗光面：刮平去掉多余混凝土或填补所凹陷处，并进行　粗抹；②中光面：待混凝土收水后使用灰匙进行光面；③精光　面：使用长匙精Ｔ抹平，力求使表面光亮无灰匙印。　管片收水光面后立即覆盖塑料薄膜，可以最大程度避免　失水龟裂。　３．４管片养护　３．４．１蒸汽养护　为了脱模周转，蒸养是不得已而为之的。如果交货期不　急的话，最好采用自然养护。蒸养工艺一般分为静停、升温、　恒温、降温４个阶段，为了防止制品因内外温差过大或恒温　温度过高而导致混凝土产生裂缝，应严格控制蒸养过程中的　升、降温速率及恒温温度。根据实际情况，管片厂选择不同静　停时间，一般要求不小于１ｈ。蒸养具体要求如表５。　表５蒸养控制要求　项　目　要　求　静停时问／ｈ　≥ｌ（从管片收水抹面结束后算）　升温速度／　／ｈ）　＜ｌ　５　最高温度／￣ｃ　＜６Ｏ　恒温时间／ｈ　≥２　降温速度／　／ｈ）　＜１０　恒温阶段棚对湿度／％　≥９０　３．４．２二次养护　针对管片厂特点，选择二次养护方式。目的在于贮存期　问管片强度发展和防止干裂，二次养护主要采用水中养护和　喷养护剂，应保证混凝土水分不丧失。　（１）水中养护：是前最好、最广泛采用的养护方式，入水　前管片与水的温差不得大于２０℃。为维持碱的平衡度，水池　ｐＨ值宜控制在９～１１；养护时间一般在７　１４ｄ，有条件尽可　能做大养护池延长水养期，对混凝土强度发展和抑制收缩应　变等方面优势明显。　（２）养护剂养护：管片脱模后，应尽快进行养护剂喷涂。　养护剂应均匀喷涂在结构构件表面，不得漏喷，养护剂应具　有可靠的保湿效果。　３．４３管片的堆放　管片的堆放不当经常会引起缺角掉边，既影响成品的质　量又破坏美观，因此需加强堆放的管理。重点在于：①管片在　吊运、堆放、装卸时有专人指挥，两人扶持。采用防撞垫块，使　侧向储运引起的管片缺损减少到最低限度。②堆场上一般采　用侧立方式码放，层数不超过３层。若采用内弧向上堆放，一　旦不同层间的垫条不在一条直线上时，其受力方式对管片结　构会产生不利影响，且其高度一般不超过４层。③管片在堆　・７４・　２０１４．年　场上的堆放时间在３个月以上的，必须采取保护措施，以避　免管片在自然气候交替作用后产生微裂纹。　４管片质量判定及缺陷修补控制　对管片生产施＿丁、养护静停以及管片脱模过程中，由于　种种原因而导致管片表观出现的外观瑕疵，应及时进行修　补。外观质量判定标准：①不得出现贯穿性裂缝、贯穿止水条　的裂缝。②内弧面在隧道中处受拉状态，因此不得出现裂缝。　③管片外弧面掉角高度超过止水条高度的１／２或露筋时，不　允许修补。④单块管片密封槽中直径大于５ｍｍ的气泡不允　许多于５个，如在生产中有此情况出现，经确定是否报废或　修补。⑤对于一般缺棱掉角、宽度不大于０．２ｒａｍ的裂缝可进　行修补并打磨平整。　管片缺陷修补时，修补材料的强度不应低于管片设计强　度。修补的管片应满足判定标准方可出厂。　５管片实体检测　除了常规回弹试验、保护层厚度检测及室内的抗压、抗　渗试验外，管片生产还强调实体检测，检测频率按设计要求　进行。实体检测包含水平拼装、抗弯折试验、吊装孑Ｌ抗拔试　验、检漏试验（见图２）及防迷流试验，其要求应满足《预制混凝　土管片》（ＧＢ／Ｔ２２０８２—２００８）的规定要求。　图２检漏试验　６结语　本文主要结合福州管片生产实际经验，主要介绍了隧道　管片的生产工艺方法，希望做到抛砖引玉。混凝土管片生产　和其他混凝土工程一样，自始至终受到环境（包括温度、湿　度、通风等）、人、设备、材料、工艺因素影响。先进的数控设　备，稳定的熟练工队伍，环境湿度、温度的良好控制等等管片　全过程的控制，才能有效保证混凝土管片的质量，从而为盾　构隧道的工程质量打下坚实的基础。　参考文献　【１】竺维彬，鞠世健，等，复合地层中的盾构施工技术【Ｍ】．中　国科学技术出版社．２００６：２３１—２３２　【２】ＧＢ／Ｔ　２２０８２—２００８，预制混凝土衬砌管片【ｓ］　［３】ＧＢ　５０４４６—２００８，盾构法隧道施工与验收规范ＩＳ］　作者简介：陈舒（１９７８一），男，工程师，从事工作：福州地　铁管片业主代表