5、盾构机管片的生产、安装与防水一、管片生产1.1 盾构隧道预制混凝土衬砌生产的发展作为与隧道施工密不可分的产业盾构隧道预制混凝土衬砌生产，其工艺是随隧 道施工工艺，特别是盾构施工工艺的发展而发展的。当前 ，就掘进方式说，有土压平 衡、泥水平衡和混合型盾构多种，就截面形式分，也有单园、双园、矩形、异形等分类。 其衬砌产品也随之发展。目前m8线双圆区间隧道已经顺利施工完毕，而国内生产的双 圆盾构隧道预制混凝土衬砌精度也完全达到拼装要求，标志着我国盾构隧道施工技术和 高精度预制混凝土衬砌生产水平达到国际先进水平。盾构隧道预制混凝土衬砌俗称“管片”。管片生产的工序非常多，其中比较关键 的有钢筋笼制作、管片制作、蒸汽养护等，其他如脱模起吊、翻身、堆放等也非常重要。1.2 管片生产工艺管片生产过程中大大小小工序有几十道，只能抓关键工序，抓对管片质量影响大的 工序进行研究，以期最大程度提高管片精度、质量。管片钢筋笼制作过程中关键要控制 钢筋成型精度、钢筋骨架定位精度以及钢筋焊接质量；而在管片车间控制混凝土浇捣质 量、蒸汽养护、脱模起吊、管片翻身、钢模合拢精度、收水质量等工序；其他环节如混 凝土配合比的确定、混凝土搅拌、管片水养护、堆放、自然养护等也有些值得研究的地 方。1.2.1 钢筋笼制作工艺钢筋弯曲成型精度直接影响钢筋笼的成形精度。生产前要进行试弯曲，对钢筋弯曲 角度进行微调，以达到最佳效果。钢筋弯曲精度达到要求了还不够，组装精度比弯曲精度更难控制。目前，成型精度 要求大大地提高，相应的成型靠架的精度也要提高，采用高精度的成型靠架势在必行。 靠架多采用高精度元宝型靠架。这种靠架设置箍筋卡、主筋卡、封头卡等钢筋限位定位 卡，能精确定位除分布筋外几乎管片钢筋笼上的每一根钢筋，钢筋笼精度高，使用非常 方便。使用高精度管片钢筋笼靠架大大提高了管片钢筋笼成型精度，是保证管片钢筋笼 成型精度的必要措施。管片钢筋笼制作过程中还有一个十分重要的环节就是焊接。传统的焊接方式电流大、焊接温度高，容易产生钢筋“咬肉”现象，使钢筋有效截面减小，影响管片的耐久性， 另外焊接温度高也影响钢筋的材质，产生焊接应力，这对管片的耐久性也是不利的。目 前有一种低温 co2 气体保护焊机，这种焊机的特点是焊接温度低，焊接电流小，采用 co2气体保护焊丝，而不是传统电焊机的药粉保护焊条。采用低温co2气体保护焊机焊 接管片钢筋笼，90左右的咬肉现象可以消除，而由于焊接温度比传统焊接低，对钢 筋材质的影响也可以减小。每环地铁管片钢筋笼约有3000 个焊接点，可见焊接方式的 改进对管片质量影响非常大，可以说低温 co2 气体保护焊机在管片钢筋笼焊接中的应 用是非常必要的，效果也是非常明显的。1.2.2 管片制作工艺 本文所谓管片制作工艺是指在管片制作车间内进行的包括混凝土浇捣、埋件埋设、 钢模合拢、钢筋笼入模、收水等工序的总称。图 混凝土浇捣管片混凝土振捣通常有两种方式：插入式振动棒振捣、附着式整体振动器振捣。重 力式钢模自重重、弹性差，不宜采用附着式整体振动器振捣。轻型钢模自重轻、刚度大、 弹性好，可以选择采用插入式振动 棒振捣或者附着式整体振捣器振 捣。国外管片生产多采用轻型钢模 附着式整体振动器振捣，而国内由 于技术材料等原因生产的钢模多为 重力式，不宜采用附着式整体振动 器振捣。另外，由于附着式整体振 动器振捣噪音非常大，在市区或者 附近有居民的地方不宜采用。管片埋件埋设精度要求相当高，螺栓孔埋件、注浆孔埋件、连接件拼装孔埋件在钢 模上都有限位定位卡，以将埋件与钢模牢固连接在一起。钢模合拢除了保证合拢前钢模 已经清理干净以外就只有五个字“宜紧不宜松”。钢筋笼入模除了保证保护层垫块数量及位置正确以外并无其他可言。收水主要是为 了压实管片外弧面混凝土，并使管片外弧面混凝土均匀光洁，收水工作要在混凝土初凝 之前完成，夏季可适量撒水。图 钢筋笼入模1.2.3 蒸汽养护工艺蒸汽养护是为了提高混凝土早期强度使管片混凝土迅速达到起吊强度，提高管片产 量，缩短管片生产周期，国外一般不采用。一般来说，蒸汽养护对混凝土质量产生负面 影响，比如增加裂缝、降低混凝土最终强度，但如果加以控制，这种负面影响可以减少 到可以接受的范围内。经过一系列试验和生产实践，管片生产行业的前辈们总结了许多 蒸汽养护方面的经验，比如蒸汽养护最高温度不超过60C,每小时升温不得超过15C, 恒温时间2小时，在恒温时相对湿度不小于90%,降温速度每小时不超过20C。蒸汽 养护工艺沿用至今，事实证明在提高管片产量，缩短管片生产周期方面取得了比较好的 效果，但对管片耐久性的影响目前还没有得出定论。至于实施蒸汽养护的方式有很多， 一般采用蒸养罩、轨道式蒸养棚和蒸养窑。蒸养罩优点是一个钢模一个罩，可以独立控 制每块管片的蒸养过程，随浇随蒸，不用等其他管片浇捣完成后一起蒸养，缺点是蒸养 罩体积大，笨重，需要起重设备吊运，并且在管片车间要留一块较大的地方堆放蒸养罩； 轨道式蒸养棚是一种可以通过在轨道上滑动折叠或者释放的棚，滑动折叠原来类似于折 叠大门，优点是占地小，使用方便，两个人就可以推动，缺点是必须一行或者一列钢模 一起蒸养；蒸养窑是在钢模旁边砌四面墙，收水结束后加顶封门形成封闭空间蒸养，优 点是操作简单，缺点是必须成片蒸养或者所有钢模一起蒸养，温度不均匀，难以控制。 目前普遍使用的是蒸养罩方式蒸养，个人认为轨道式蒸养棚比较经济方便。1.2.4 其他工艺其他工艺主要指管片的脱模起吊、管片翻身、水养护和堆放。脱模起吊常规方式，四个吊点受力不均，螺栓孔受集中力，容易引起螺栓孔损坏， 并且速度慢，需要两个人协调起吊。真空吸盘起吊设备，起吊时与管片是柔性接触，受 力均匀。此设备在上海市轨道交通明珠线管片、大连路越江隧道管片、复兴路越江隧道 管片生产中使用，大大加快了起吊速度，明显减少了螺栓孔部位局部开裂、混凝土脱落 现象，并且减低了对管片起吊强度的要求。管片从成型到出厂至少要经过两次翻身，目前使用的管片翻身装置是采用液压系统 实现管片翻身的，翻身速度慢，翻身过程中造成管片缺角掉边情况比较严重，所以要尽 量减少管片翻身次数。管片经过蒸汽养护后，脱模翻身以后要吊入水池中养护 7 天才能运至堆场堆放。 管片经过蒸汽养护温度较高，要注意管片温度与水温温差不能太大，特别是冬季，以免 因为温差太大使管片产生裂纹、剥落等现象，影响管片质量。一般认为，温差不能超过 20CO管片堆场可以选择侧放或者元宝型放置。侧放堆放占地小，但是管片叠放稳定性比 较差，出厂不方便，要翻身至元宝型才能吊上车。元宝型堆放管片叠放稳定，出厂方便， 可直接吊上车，但占地面积相当较大，而且注浆孔内容易积水，在冬季注浆孔内积水结 冰会破坏注浆孔封头混凝土。所以，堆放时间较长的管片宜采用侧放堆放，堆放时间较 短的管片宜采用元宝型堆放，而在冬季不宜采用元宝型堆放。二、管片拼装管片拼装是建造隧道重要工序之一，管片拼装后形成隧道，直接影响盾构姿态。 在施工中必须控制管片拼装质量，减少管片破碎和隧道渗漏水现象，为盾构姿态调整创 造有利的条件，保证成型隧道后的质量。2.1 拼装准备工作管片在存放或放置入位时，在其下部的方木应有一定的间距，尽可能在管片的两 端，以防管片受损破裂，尤其是管片的外弧面不得破损，此种情况管片不能使用。拼装 区作业面较小，管片在吊运时，应注意人员、设备和管片的安全，防止出现碰撞事故。在施工中遇到管片有破损，管片表面不干净，影响施工进度。管片接缝防水密封条的构造形式，材料的性能与尺寸必须符合设计要求。防水密 封条的粘贴应遵守下列规则：按管片类型使用相应的防水密封条；在管片角隅处加贴自 粘性橡胶薄片时，要严格控制其粘贴厚度和位置，符合图纸要求；管片粘贴防水密封条 前应将槽内清理干净，粘贴应牢固，平整，严密，位置正确，不得有起鼓，超长和缺口 等现象。管片接缝防水密封条粘贴后，在下井，拼装前要仔细检查，发现问题及时修补。 拼装时必须防止防水材料发生损坏，脱槽，扭曲和移位等现象。2.2 拼装前的注意问题2.2.1 检查盾尾有无泥水，特别是检查泥水中有无固体硬物，淤泥等，泥水中拼装 会影响管片的防水橡胶也不利于底片的准确拼装,杜绝带水作业现象；2.2.2 检查管片有无破损，特别是要杜绝使用外弧面破损的管片,此类管片将造成 漏水,而且极难修补；2.2.3 检查管片与盾壳四周的间隙量；阅读管片掘进报表、拼装报表和垂直偏移报 表,以便适当调整拼装；检查上环管片拼装质量，包括平整度、错台、喇叭、破损等情 况，以便在拼装中进行调整；2.3 管片拼装工艺2.3.1 拼装原则：先下后上，左右交叉，纵向插入封顶成环。2.3.2 管片拼装顺序可以有以下两种情况：程序一：B2 （底片）一B1B3L1L2K。程序二：B2 （底片）一B3B1L2L1K。需要注意的是，直线段的标准环管片规格相同，但不准彼此掉换位置，要求隧道内B1管片和B3管片应始终位于同一侧。2.4 密封材料丁晴软木橡胶的粘贴丁晴软木橡胶粘贴是管片拼装不可缺少的辅助施工工序，在管片拼装中起到缓冲 碰撞、竖曲线纠偏、调整环面平整度、解决喇叭问题等作用。由于丁晴软木橡胶防水功 能弱，一般与红色遇水膨胀橡胶共同使用。丁晴软木橡胶也称传力衬垫，现场主要有厚度1.5mm、2.0毫米和3.0毫米三种规格，其具体粘贴厚度，通过不同规格软木的叠加组合实现。红色遇水膨胀橡胶具有较强的止水功效，一般在变形缝和丁晴软木较厚处粘贴， 粘贴于弹性密封垫之上，宽度为24mm,现场具有厚度1mm、2mm和3mm三种规格的材料， 一般不叠加使用。丁晴软木粘贴厚度一般限定在6mm以内，特殊情况可以增加至9mm，如没有项目部 领导的指示，现场严禁超过 6mm。丁晴软木在管片端头的粘贴厚度一般不变，应为1.5mm。丁晴软木的粘贴主要针对 环面粘贴而言，软木粘贴应沿环面不同位置渐变布置。在竖曲线纠偏时，施工图纸设计 为1.2mm的阶梯渐变量，但现场根据材料情况，将相邻阶梯渐变量确定为1.5毫米。考 虑到环面平整度和喇叭等现象的调整措施，软木的阶梯渐变量最大可以增加至3mm,但 应在阶梯处对应密封垫位置采取加贴膨胀橡胶的措施。一般在丁晴软木粘贴厚度超过 4mm 时，考虑在密封垫对应位置粘贴红色遇水膨胀 橡胶，总体控制原则为：软木橡胶厚度在45mm范围时，粘贴2mm厚的膨胀橡胶；软 木厚度在56mm范围时，粘贴3mm厚的膨胀橡胶；在某种情况下，丁晴软木厚度为3 4mm时，可以加贴1mm的膨胀橡胶。在竖曲线段位，考虑到环面平整度问题，丁晴软木阶梯设置时，应保证在管片接 缝处，相邻两块管片端面处软木厚度一致。2.5 常见施工问题的处理措施2.5.1 环面平整度差采用在环面凹陷位置的管片凹槽内粘贴丁晴软木的方法予以调整、解决，宜逐步调整，当1?_丁晴软木厚度超过4毫米时，在对应位置的弹性丁晴软木密封垫上粘贴红色的遇水膨胀橡胶。举例如右图I-三所示：间隙量纠偏前纠偏后2.5.2 封顶块破损建议安装封顶块时分四步进行：拼装前，在邻接块管片与封顶块相接界面涂润 滑剂，以减少封顶块插入时弹性密封垫间的摩阻力。将封顶块先初步就位至与相邻块 管片有一定支撑力，但尚未完全锚合；当管片锚合较紧时，应松开两侧邻接块的千斤 顶，然后用一号千斤顶将封顶块就位；最后，将所有千斤顶同时顶紧。2.5.3 管片破损 主要指在管片拼装时，出现外弧面破损现象。当外弧面出现大块破损时，应及时予以更换；当外弧面破损不严重时，可以不予更换，但应采取以下措施：采用双快水 泥及时将破损处进行修补，停顿几分钟到水泥有强度后再推进；在破损对应位置粘贴 23毫米遇水膨胀橡胶。2.5