管片质量（共11篇）
管片质量 篇1
1 概述
南京地铁南北线一期工程有六个区间段采用盾构法施工。盾构通过后留下的隧道由六块高精度、高强度、耐久性和抗渗性优良的钢筋砼管片组成[1]。隧道管片由纵横向螺栓和防水密封胶垫连接一起, 既能承受水土压力、列车振动的荷载, 同时100年使用期内经受可能地震、火灾、有害介质的侵蚀。管片几何尺寸偏差, 直接影响到管片拼装质量产生渗漏水, 表1给出了管片几何尺寸偏差要求。强度、耐腐蚀性、耐高温、抗渗性等品质差异直接影响隧道长期使用, 因此进行钢筋砼管片质制, 从原材料品质, 到生产工艺过程, 产品的出厂检验层层把关, 确保质量, 关系到百年大计, 不能丝毫马虎。量的控制是提高盾构法隧道工程质量的第一步, 也是最重要的一步。
南京地铁南北线一期中华门至三山街 (共计1144环) , 新街口至珠江路区间隧道 (1 5 4 9环) 是上海隧道工程股份有限公司总承包, 其中钢筋砼管片由南京大地构件厂生产, 上海同济建设监理咨询有限公司监理。南京大地构件厂原先从未生产过如此高精度、高品质的预制构件, 南京市也是第一次。为了满足试验段推进要求, 在半年不到时间, 完成设备改造, 砼级配调整, 生产出合格的源源不断的供使用管片, 任务重、时间紧。
因管片制作质量引起隧道渗漏水, 沉降变形, 腐蚀……灾害的事例国内外时有发生。上海打浦路越江隧道内严重的渗漏水, 不得不多次大修。正在运营的上海地铁1号线, 广州地铁1号线有不同程度渗漏水。1997年阪神地震资料表明盾构法隧道, 因强烈地震力使得管片砼剥离、钢筋裸露, 盾构隧道与端头井连接接头错开并产生掉块。因此加强钢筋砼管片质量的控制, 从原材料品质, 到生产工艺过程, 产品的出厂检验层层把关, 确保质量, 关系到百年大计, 不能丝毫马虎。
2 原材料检验及砼级配优化
2.1 砂、石、水泥筛选
监理和施工单位对砂石、水泥等原材料基地、运输渠道深入调查比较。重点检查砂级配, 石子的含泥量。含泥量偏高的石子组织工人冲洗, 确保原材料的纯度。对江南水泥厂、宁国水泥厂、小野田三家水泥厂出产和粗细骨料进行碱含量检查控制。水泥碱含量控制在0.5%以内。由于骨料中含活性二氧化硅岩石 (蛋白质、玉髓、凝绿泥岩) , 水泥中碱性氧化物 (K2O、N a2O) 含量偏高, 砼在长期受潮湿环境作用, K2O和N a2O水化生成NaOH和KOH碱, 同骨料中二氧化硅反应生成碱硅凝胶体。这种凝胶体膨胀造成砼结构出现深的网状裂纹, 因此低碱水泥和低碱骨料选择对保证钢筋砼管片耐久性至关重要。
2.2 砼级配优化
砼强度要达到设计要求的C50, 抗渗等级S8, 原材料确定后确定合适的配比是关键。开始地铁指挥部委托三家单位做并列试验性配比设计, 在此基础上, 由大地构件厂对优化的三种配比对比检验。通过优化控制水泥用量每方砼360～400kg, 水灰比0.35～0.4, 粉煤灰80～100kg, 坍落度4～6cm, 3～4kg高效的减水剂等, 可使配制砼品质优良, 满足使用要求。
图1钢筋砼管片车间生产的工艺流程图
3 生产工艺流程和跟踪监理
3.1 钢筋砼管片车间生产的工艺流程
钢筋砼管片车间生产的工艺流程如图1。
3.2 每道工序的跟踪监理
原材料的数量、出厂合格证齐备。钢筋笼采用二氧化碳保护焊接技术, 经过现场技术交流评比, 使钢筋咬肉得到严格控制。在发现钢模四边角水泥浆渗漏, 即使更换, 增加密封橡胶条。通过控制水灰比, 改进振捣方式, 使管片侧面气孔大大减少。严格控制蒸气养护温度和升温速度, 保证升温2小时, 恒温2小时, 降温2小时, 最高养护温度低于60℃。升温太快, 砼早期强度升高太多, 对于后期温度不利。如果不采取蒸养, 利用自然喷水养护不能减少脱模时间, 钢模的利用率不高。适当温度的蒸养和水池井养是合适的。上海隧道国产钢模, 人工振捣, 价格低, 为进口钢模价格的一半, 供货及时, 振捣噪音比进口意大利钢模小, 适合中国国情。
4 产品出厂的检验
钢筋砼管片作为砼构件出厂时严格检验, 质量控制主要有以下方面。
4.1 砼试块的检验
砼试块抗压、抗拉、抗渗各三组, 除厂家检验外, 地铁检测中心随时抽查, 保证了砼的品质。
4.2 砼管片抗渗检验
每天进行2～3块管片抗渗漏检查。在一个特殊加压水的台架上, 当压力水达到8mg/cm2, 即0.8MPa, 稳定3小时, 从背面渗水水渍不超过管片厚度的1/5即7 c m为合格。
4.3 每100环3环试拼装检验
3环试拼装检验, 主要检验纵横接缝的宽度, 加了缓冲垫后, 仍小于1.5mm。检验螺栓留孔尺寸精度, 否则试拼装出现碎裂。见图2。
因为试验涉及经费、人力、物力时间不允许, 这方面试验没进行。南京地铁2号线开始, 应进行相关试验, 以检验设计的安全度。经过上述检验后, 对管片编号, 注明出场日期, 合格标识, 才能启运施工现场。
4.4 单块管片的强度试验, 成型隧道加载试验
因为试验涉及经费、人力、物力时间不允许, 这方面试验没进行。南京地铁2号线开始, 应进行相关试验, 以检验设计的安全度。经过上述检验后, 对管片编号, 注明出场日期, 合格标识, 才能启运施工现场。
5 小结
(1) 在指挥部各级领导指导关怀下, 经过各参建单位的努力, 经过半年攻关, 生产的管片基本上满足TA4标盾构区间隧道对管片的需求, 还支援TA7标250环。
(2) 管片基本上到达设计尺寸, 强度、抗渗指标要求, 经过铁路质检站验收, 管片分部工程评为优良工程。
(3) T A 4标生产的管片9 9%以上用于工程, 个别的管片修复后重新应用, 极个别管片未用于正式工程, 但在盾构工作井负环使用, 没有造成浪费。
(4) 纯净合格的原材料, 合适的配合比, 科学的生产工艺, 严格管理是管片生产取得成功的技术关键。
摘要：南京地铁盾构一标高精度优质管片管片生产的质量监理与控制从原材料品质, 到生产工艺过程, 产品的出厂检验层层把关, 确保质量, 为今后南京地铁建设高精度优质管片的生产质量监理与控制提供经验。
关键词：南京地铁,高精度优质管片,质量监理与控制
参考文献
[1]地下铁道设计规范.GB50157-92
[2]地下铁道施工及验收规范.GB50299-1999
[3]监理大纲和监理细则.南京地铁南北线一期工程盾构一标 (TA4) 试验段, 上海同济建设监理咨询有限公司南京地铁盾构一标监理部
[4]上海隧道工程股份有限公司南京地铁TA4标项目部.南京地铁南北线一期工程盾构一标钢筋混凝土管片生产施工技术方案
[5]张庆贺, 朱合华等.地铁与轻轨.人民交通出版社.2002, 3
管片质量 篇2
近年来，为适应城市发展和满足城市居民日益增长的出行需求，各主要城市加快了地铁建设的步伐。地铁区间隧道建设一般都采用盾构法施工。盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法．。管片是在盾壳的保护下，在盾尾拼装成环形成隧道的，管片的质量好坏直接影响到隧道结构的安全和使用功能。因此，为确保管片的质量满足设计和规范要求，监理人员应熟悉和掌握盾构法隧道管片生产监控要点，真正做到有效地对管片生产质量进行监控，从而为业主提供优质的监理服务。笔者针对监理人员在管片生产施工中的质量控制要点进行阐述。管片生产的特点 1．1 管片精度要求高
管片的精度主要取决于模具的高精度。必须从源头进行控制，对每一套进场的模具要进行严格的验收，验收合格后方可投入使用。在模具使用前应对每一位操作员工进行培训。在管片生产过程中加强模具清理的力度；定时对管片、钢模进行检测；钢模使用过程中应有严格的使用保养制度，并定期进行整修保养，确保管片的高精度要求。
1．2 管片用混凝土强度、抗渗要求高
加强原材料质量控制是重中之重。必须选择质量优、信誉好的厂家供应各种原材料，并做到每种原材料由同一厂家供应，并按规定对原材料进行复试。严格按照混凝土配合比生产，确保混凝土强度、抗渗等级合格。
1．3 管片生产操作要求高
管片生产工艺复杂，要经过钢筋骨架制作加工——钢模合拢——钢筋骨架架设——管片混凝土拌制——混凝土浇捣成型——养护脱模等工序。操作过程中应安排有实际经验的员工并持证上岗。混凝土浇筑过程中做到分层布料、分层振捣，选用优质的脱模剂，克服管片质量通病，如大量气泡、出现麻面等，做到尺寸正确、外光内实。1．4 管片养护要求高
做好混凝土管片的养护工作是保证管片质量的重要工序。管片蒸汽养护要严格按蒸养制度进行，防止温度梯度突变，出模、出水养池的管片应有有效保护，防止管片混凝土干缩湿胀产生微裂纹及温差过大而产生裂纹。
1．5 管片吊装、堆放和运输要求高
管片吊装应使用专用吊具，防止碰撞；管片在水养池和堆场中的堆放都应排列整齐，在正确部位搁置柔性材料的垫条，堆高和间距符合安全要求；管片运输中应平稳放置，并有可靠的拖架或柔性隔离垫料。2 管片生产监理控制目标
管片生产质量的好坏，对于盾构隧道工程衬砌拼装的线型、防水至关重要。监理通过对管片生产用料和生产全过程的控制，督促承包商按施工组织方案实施，达到为盾构隧道施工提供结构尺寸准确、表面密实光洁、边棱完整无损、内在质量符合设计要求的优质管片的目标。管片生产的监理质量控制要点 3．1 对施工组织方案的控制
3．1．1审核承包商的施工组织方案，重点审查下列内容，符合规范要求时给予批准。
3．1．2 监督承包商在工地以外所购物料及机械的生产进度。主要监督下列几点：(1)材料的供应及有效性和符合性：(2)钢模、模具、工具及夹具的情况；(3)零件及预制件的生产隋况；(4)机器或仪器的装配过程：(5)检测及检查过程；(6)材料交运情况及运输安排。
3．1．3检测生产厂方提交的所有或部分产品，决定所检测的产品是否符合有关要求，并要求厂方对所有不符合标准的产品予以更换、修正或申请批准。所有经检测合格的产品方可批准交运。3．2 对管片生产的控制
3．2．1 管片生产基地检查管片生产厂方应具备合格管片生产能力。‘
3．2．2监理对管片生产场地布置要求
(1)原材料堆场应采用硬地坪，砂、石原材料根据不同规格进行分仓堆放，并挂显著标识以表明管片生产专用，水泥、掺和料、外加剂等用专用筒仓储存。(2)设置独立的钢筋断料、弯折(弧)工段，混凝土由专用搅拌机提供。
(3)管片生产一般应分区域：1)钢筋骨架成型区：钢筋骨架成型区采用专用成型架并配备相应数量的CO2气体弧焊机，占地面积满足生产的要求。2)管片浇捣成型和蒸养：配置适量的蒸养设备，管片在制作区内浇捣成型，蒸养温度应配置温控仪表控制。3)管片翻转整修区：应设有液压翻转架，管片初检及整修区域。4)管片水养护区：设钢筋混凝土管片水养护池，面积应满足最大生产进度时的管片水养护周期的需要，并在池底设有软垫层以放置管片。5)管片成品堆放区：占地面积应分合格成品区、待检区和不合格区并分别挂标识牌予以区分堆放。其中钢筋骨架成型区、管片浇捣成型和蒸养区、管片翻转整修区均在厂房内操作。(4)配置钢筋混凝土管片拼装检验平台，其表面平整度达No．25mm，并能承受三环管片的重量而不变形。(5)配置相应数量的管片抗渗检漏架。3．2．3 监理对生产计划的控制
(1)应根据隧道的施工工期要求，审查并批准生产厂方的管片生产计划、钢模配备计划、原材料供应计划、劳动力配备计划等。
(2)监理应对上述计划进行跟踪检查，协助生产厂方分析进度偏差原因，督促生产厂方及时纠正，以保证管片生产顺利进行。
(3)监理应对钢模的整修、制造等进行跟踪检查，督促生产厂方将管片钢模按时到位，以保证管片生产计划的实现。
3．2．4监理对材料及工程试验、抽检的控制(1)合格供应商的确认。监理对生产厂方提出的欲购买材料、半成品、构配件、设备的供应商和准备送测材料的试验室进行资质审核，必要时可到其现场进行考察。同时对生产许可证、材料准用证等进行审核。(2)审核进场的材料、构配件。监理接到生产厂方提出的各种规格的材料、构配件的申报后，检查质量(包括对质保单、外观、抽检复试和记录数量)，发现问题不作验收，对于不符合规定要求的材料、构件及设备，禁止投入使用。对成品、半成品、监理根据供料计划到厂家检查生产工艺和质量，到场后记录数量，检查外观，发现问题请厂家到现场解决或退货。
(3)水泥：要求采用同一厂家生产的42．5硅酸盐水泥，督促生产厂方每批水泥进货应有质量保证书，并对每批水泥按现行规定进行复试。水泥贮存期不超过3个月，严禁使用过期水泥。
(4)碎石：采用粒径5~25mm质地坚硬的青石，含泥量<1．0％，针片状含量<5％。每批进料后进行质量检验。合格后方可使用。
(5)黄砂：应采用中砂(Mx1>2．5)，含泥量<1．5％，每批进料后需进行质量检验。合格后方可使用。(6)水：采用可饮用的洁净水。
(7)减水剂：采用质量稳定的高效减水剂，按批量复试，并进行掺量试配。
(8)钢筋：每批钢筋必须有质量保证书，进场钢筋应按规格分类堆放，并按60t一批复试，不得使用进口钢筋。(9)原材料试验及检验执行现行标准。
(10)监理检查：监理对生产厂方报送的资料进行审核，并对进场的实物按照委托监理合同约定或有关工程质量管理文件要求采用试验见证取样方式。
(11)专业监理工程师从以下五个方面对生产厂方所选择的送检材料试验室进行考核：试验室的资质等级及其试验范围；法定计量部门对试验室设备出具的计量鉴定证明；试验室的管理制度；试验人员的资格证书；本工程试验项目及要求。3．2．5监理对管片钢模的控制
选用高精度管片钢模并做好维护保养。管片精度和质量的关键之一取决于钢模的质量，因此监理对以下方面进行检查：
(1)管片钢模应由有经验的专业生产厂家制作提供。钢模运输到现场后，对钢模的精度进行检查和复测。(2)钢模有足够刚度，不会因振捣混凝土而引起变形，并保证生产的管片尺寸在允许误差范围内。
(3)钢模紧密连接，坚固而平滑，接缝处无漏浆产生。(4)钢模及其附件具有永久性独特的标记。
(5)钢模每次使用后，进行彻底清理。混凝土的残渣全部铲除，并用压缩空气冲净，不准用重物敲击与混凝土有接触的钢模表面，严防钢表面受损。在正常的生产状态下，应对钢模精度进行定期检查。如发现超标情况，必须及时进行分析，并督促生产厂方进行修正。在复查达标后，方可重新进行生产。
(6)选用优质脱模剂。为确保管片的外观质量，督促生产厂方最大限度地减少管片外表面的气泡，在管片生产中选用优质脱模剂是必要的措施之一。3．2．6 监理对钢筋骨架制作的控制
(1)检查钢筋骨架的制作加工是否按设计图纸要求加工。
(2)钢筋进入弯弧机时保持平衡、匀速、防止平面翘曲，成型后表面不得有裂纹。
(3)钢筋骨架成型必须在符合设计要求的靠模上制作。(4)管片钢筋全部采用CO2气体保护焊，不得使用绑扎。(5)焊接中不得出现咬肉、气孔、夹渣现象，焊缝长度、高度必须符合设计要求，焊接后氧化皮及焊渣必须清除干净。
(6)成型后钢筋骨架质量应有专人负责检查，并按规格挂牌整齐堆放。
(7)预埋件制作按设计图纸要求加工，分类堆放，挂牌标识。
3．2．7 监理对管片混凝土拌制的控制(1)管片混凝土的制作应符合《高强度混凝土结构技术规范》中的有关规定。
(2)对上料系统计量装置，检查是否按规定定期检验并做记录。在搅拌中发生称量不准或拌料质量不能保证时，停止搅拌，检查原因，调整后方可继续搅拌。(3)材料允许误差：水、水泥、外加剂和掺合料的允许误差为±1% ；粗、细骨料的允许误差为±2％；计量系统用计算机或电子秤控制，超出误差标准不得用作管片混凝土。
(4)混凝土配合比经过试配合格后才可使用，并随季节变化作适当的调整。拌台上不准随意更改配合比。(5)检查石子、砂、水泥、掺合料是否按顺序倒入搅拌机中，在倒料同时加水搅拌，外加剂滞后5s，搅拌时间控制在1~2min。
(6)检查混凝土坍落度是否控制在要求范围内。(7)督促生产厂方在搅拌机出料口设置立管，以使混凝土的离析减至最低程度，并小心运输至浇捣现场。3．2．8监理对管片混凝土浇捣和成型的控制(1)混凝土浇捣：督促生产厂方先两端后中间，并分层摊铺，振捣先振中间后两侧，用高频手插入式振捣器振捣。
(2)两端振捣后盖上压板，压板应压牢，再加料振捣。(3)振捣时督促生产厂方振捣棒不得碰钢模、芯棒和预埋件。
(4)混凝土浇捣后10min才可拆除压板。
(5)外弧面收水后，先刮去多余浆水，并使外弧面沿钢模弧度平顺，然后用压板碾压，用铁板油光。(6)静止l～2h再抹面1～2次，管片外弧面不得有石子影印和气孔。
(7)混凝土初凝后退出芯棒，防止塑料套管移位。3．2．9 监理对管片养护、脱模的控制(1)在浇捣结束静养应不少于2h后开始蒸养。(2)每块蒸养罩在蒸养前必须安放完善，不应有间隙。(3)升温速度： 每小时不超过l5℃，恒温时间2~3h，恒温温度55℃(士5℃)，降温速度每小时不 超过10℃，养护制度随季节等因素调节。在整个蒸养过程中应有专人负责检查，并做好记录。监理随时检查记录表。
(4)蒸养过程中监理巡视检查时应注意整个养护温度是否均匀，是否严格按蒸养制度进行养护。(5)管片经蒸养后以同条件养护的试件的抗压强度达到设计强度50％(如采用真空吸盘，可降低 lO％)，便可脱模，出模温度与环境温度差应不超过20℃。脱模检查要点：1)先拆卸侧板，再卸头板。在脱模时严禁硬撬硬敲，以免损坏管片和钢模。2)管片脱模是否用专门吊具，平衡起吊。不允许单侧或强行起吊，起吊时吊具和钢丝绳保持垂直。3)起吊的管片在专门设计加工的翻身架上翻身，使其成侧立状态。4)翻身架与管片接触部位是否有柔性材料予以保护。5)在脱模过程中遇有管片损坏，及时按规定要求修补。6）管片脱模后应放入水池中进行7 d 水中养护。在水中养护时管片必须全部浸没水中。入池时管片与水温度不得大于20℃。
3．2.10监理对管片运输和堆放的控制
(1)管片在内弧面醒目处应浇注有管片型号和钢模编号，端面盖有生产日期章。
管片质量 篇3
地铁区间隧道盾构管片衬砌设计简述西南交通大学
万璐 一、管片设计内容管片结构设计主要包括两个方面：管片的构造设计，结构分析。具体内容见1-1。管片制造费用在盾构隧道工程总投资中所占比重较大，在地铁工程中约为45%，因此合理地选择管片的形式是十分必要的。盾构隧道中，管片衬砌的作用可以总结为：A.足够安全地承受作用于隧道上的荷载；B.具有适应于隧道使用目的的功能；C.具有适合于隧道施工条件的结构形式。二、管片结构型式盾构法隧道衬砌主要有：预制装配式衬砌、模注钢筋混凝土整体衬砌相结合的双层衬砌 、挤压混凝土整体式衬砌三大类。预制装配式衬砌与其它两种衬砌相比较具有以下优点：管片在工厂预制，质量易于保证；安装后能立刻承受地层荷载；施工易于机械化。且随着防水、截水材料质量和施工工艺的提高，采用单层衬砌即可满足强度、刚度及功能的需要。依据国外一些超大断面盾构隧道及国内盾构隧道的成功经验，本隧道采用预制装配式衬砌。按管片的截面形状钢筋混凝土管片又可分为箱形和板形两类。箱形钢筋混凝土管片存在以下的缺点：在千斤顶推力的作用下易开裂，在通风要求很高的隧道的运营通风中通风阻力大，不利于隧道通风，浪费了本已构筑好的地下空间。而板形管片则能很好地满足千斤顶顶推力的要求，同时对已构筑的地下空间无浪费。对于中小直径的盾构隧道，国内外普遍采用平板型管片，因其手孔小对管片截面削弱相对较少，对千斤顶推力有较大的抵抗能力，正常运营时对隧道通风阻力也较小。根据目前国内外的实践经验，在成都地铁区间隧道皆采用平板型管片。综合以上分析，本隧道采用单层装配式平板形钢筋混凝土管片衬砌的结构形式。三、管片分块关于国内地铁区间隧道的管片，早期在上海地铁试验段曾进行过四分块的试验，主要考虑管片的接缝位置较好。而且在通缝拼装的情况下 ，管片纵向接缝能够在受力较小的位置；由于分块少，管片的接缝也较少，从防水、节约工程造价考虑有利的，但是，由于管片较大，运输、拼装作业相对不便。而盾构施工的一个发展趋势是快速拼装，因此四分块方案现在已经淘汰。现在在国内的地铁区间隧道全部采用六分块方案：一块封顶块+二块邻接块+三块标准块。在成都地铁中，衬砌环采用3标准块+2邻接块+1封顶块的分块方式。四、管片厚度确定管片厚度为0.3m，则得管片外径为6m。五、管片幅宽依据类似的盾构工程，同时从考虑运输、吊装、装配等方面进行综合分析比较，最终确定管片的幅宽为1.2m。六、管片接头构造管片衬砌接头构造包括接头连接方式、接头面构造形式、防水凹槽形式等几方面内容。 1）衬砌接头连接方式选择（1）纵向接头管片采用错缝拼装方式拼装。这里纵向接头选择弯螺栓接头结构。接头均采用M24型5.6级螺栓，每个接缝在幅宽方向布置一排，每个接缝处共2个螺栓，一环内共布置10个接头螺栓。（2）环向接头环向接头采用M24型5.6级螺栓12个，等圆心角布置。2）接头面构造形式由于管片拼装时不可避免地存在一定误差，接头面的四个周边容易产生应力集中而被破坏。故在接头面周边设置退缝槽以解决因应力集中而产生的管片破损问题。3）防水凹槽形式根据接头防水的需要，一般地铁盾构管片中在环缝和纵缝靠近外弧侧处设一条止水条槽，在内弧侧设嵌缝槽即可满足结构防水要求。在成都地铁工程中，在靠近外弧侧设置一条止水条槽，同时在内弧侧设置嵌缝槽。七、管片拼装方式管片的拼装方式有两种：通缝拼装和错缝拼装。在国内，上海的盾构隧道一般采用通缝拼装；广州地铁、深圳地铁、成都地铁五号线试验段和南京地铁一号线皆采用错缝拼装。在国外，不管欧美，还是日本，一般皆采用错缝拼装。错缝拼装可提高管片接头刚度，加强结构的整体性，这点在国内有着统一的认识。从结构受力分析考虑，采用错缝拼装的管片相对于通缝拼装而言一般结构计算内力要大一些，是管片配筋经常由最小配筋率控制，因此整个结构的配筋量未必会加大。从具体的施工管理看，错缝拼装相对复杂一些，管片的拼装需要按三维进行，环面的平整度以及千斤顶的行程控制需要相对难一些。若施工中部分环节控制不当，管片错台会大一些、开裂也相对多一些。但现在管片生产一般采用高精度刚模，盾构机系统配备也很先进，施工技术也日趋完善，错缝拼装的经验越来越丰富。预计在以后的盾构工程中，错缝拼装将是主流趋势。从这里看，区间隧道衬砌采用错缝拼装。八、衬砌环组合形式区间盾构隧道的线路拟合是通过不同的管片衬砌环组合来实现的。线路的拟合包括平、竖曲线两个方面。一般有三种管片组合方法来模拟线路。这三种管片组合方法应该说都是可行的。采用哪一种方法，一方面取决于设计施工习惯，另一方面取决于区间的线路曲线情况。一般而言，采用标准衬砌环+左转弯衬砌环+右转弯衬砌环组合施工更方便，但管片的生产数量控制相对复杂一些，管片模具的利用率可能低一些；采用万能管片，由于只需要一种模具，模具的利用率高，管片的生产控制单一，但管片的拼装相对复杂；采用左转弯衬砌环+右转弯衬砌环组合可以算是以上两种方法的综合，可在以后的设计和施工中进行实践。在本工程中采用标准衬砌环+左转弯衬砌环+右转弯衬砌环。参考文献：[1]曾艳华 王明年.计算机在地下工程中的运用.成都：西南交通大学出版社，2004；[2]杨其新 王明年.地下工程施工与管理.成都：西南交通大学出版社，2002；[3]张凤祥 朱合华 傅德明.盾构隧道.成都：人民交通出版社，2004；
管片质量 篇4
作为盾构法隧道的衬砌管片，其生产质量对整个盾构隧道工程的耐久性影响甚大。本文结合广深港客运专线狮子洋隧道盾构管片的生产过程，探讨盾构隧道管片生产工艺流程与质量控制，通过全程监控，确保管片生产质量。
1 狮子洋隧道管片生产概况
广深港客运专线狮子洋隧道是国内第一条水下铁路盾构隧道，也是为数不多的大直径铁路盾构隧道。盾构隧道内径9.8m，外径10.8m。管片环宽2.0m。衬砌环为通用楔形环方式，全隧道采用同一种楔形环拟合而成。每环管片由5块标准块、2块邻接块及1块小封顶块组成。环与环之间设置22颗斜螺栓连接，块与块设置3颗斜螺栓连接。
盾构隧道分别从进口工作井、出口工作井掘进，盾构管片在施工现场生产，管片厂设置在工作井附近，其中进口标段管片共生产4 754环，出口标段共生产4 611环。
2 管片生产工艺
管片是盾构隧道的基础，管片利用高精度模具在管片厂内生产。精度不够或破损的管片将直接危及隧道安全，故管片生产现场管理是盾构隧道工程管理的重要内容。
管片生产工艺流程见图1、图2。
管片生产工艺流程基本可以分三部分：钢筋骨架制作、钢筋混凝土管片制作和管片生产循环。
3 管片质量控制
3.1 管片外观尺寸偏差检验
单块管片外观尺寸偏差和检验应符合表1规定。
3.2 管片质量控制措施
根据管片质量管理要求，建立管片质量控制体系如图3所示。管片抗渗试验见图4，尺寸控制见图5，整环拼装试验见图6。
3.3 管片制作控制重点及要点
3.3.1 管片裂纹控制
1)优化混凝土配合比，采用外加法在混凝土中加入适量优质粉煤灰，以进一步改善混凝土的和易性，减少混凝土的收缩量，使得管片表面不易产生裂纹。
2)施工过程中严格控制振动器的振捣频率、混凝土的振捣时间，使得混凝土振捣密实而不离析。
3)使用尽量小的水灰比，并保持水灰比的稳定，以免混凝土中水分过大，失水过快致使管片产生裂纹。
4)严格控制蒸养升温降温幅度及时间，以免因温度控制不佳致使管片外表面开裂。
5)对管片采取水浸泡养护，使管片养护充分均匀，不因缺养或表面温差致使管片表面开裂。
6)严格控制管片的收面时间，不得过迟，以免在蒸养前混凝土失水收缩产生裂纹。
3.3.2 管片气泡孔、水泡孔控制
1)优化混凝土的配合比，在混凝土中掺入适量高效减水剂，减小混凝土的含水率。
2)使用水容性优质脱模剂，通过使用这种粘度指标小的脱模剂减小混凝土的黏性，以减少对排气的阻力而利于振捣排气。
3)提高混凝土的和易性，以增加混凝土内部润滑，以利于振捣排气。
4)清模干净彻底，强化清模认真，杜绝模具的清理不洁净致使管片产生气泡。
5)加强模具维护保养，保持模具内表面光滑以减小对混凝土的流动阻力。
6)严格控制振捣频率，避免过振混凝土离析致使管片产生水泡孔。
7)严格控制混凝土的水灰比，不使用大坍落度混凝土，以减少混凝土的含水量。
8)严格控制混凝土原材料的质量，保证混凝土的性能良好。
4 结语
本文结合广深港客运专线狮子洋盾构工程隧道，对盾构管片的生产工艺流程、管片质量控制、管片裂纹控制与管片气水泡控制等关键技术进行了介绍。通过以上关键技术的实施，广深港客运专线狮子洋盾构工程隧道管片质量得到了较好的控制，实现了较好的经济效益和社会效益，可为同类工程参考。
参考文献
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[3]史英俊.盾构管片工厂预制生产技术[J].铁道建筑技术,2005,[增]:131-133.
[4]胡洪安,王伯海,张健宾.论创新管理提升盾构隧道管片生产专业水平[J].铁道建筑技术,2008,[3]:69-71.
[5]薛晓芳,高钟伟,来立志,等.地铁盾构管片生产全面质量管理[J].混凝土,2006,[11]:74-76.
管片养护方案 篇5
深圳市城市轨道交通9号线BT项目9104-2标段
管片养护方案
编制： 审核： 批准：
中国建筑第五工程局有限公司 深圳地铁9号线BT工程9104-2标段项目经理部
2013年 12 月 26 日
中国建筑第五工程局有限公司 I 深圳市城市轨道交通9号线BT项目9104-2标段 管片养护方案
目 录
第1章 编制目的.......................................................1 第2章 编制依据.......................................................1 第3章 资源配置.......................................................1 第4章 养护工艺.......................................................1 第5章 养护方法和要求.................................................2 5.1 静停养护........................................................2 5.2 蒸汽养护........................................................2 5.3 水池养护........................................................4 5.4 喷淋养护........................................................4 5.5 自然养护........................................................4 第6章 质量保证措施...................................................4 第7章 安全、环保及职业健康措施.......................................5
中国建筑第五工程局有限公司 II 深圳市城市轨道交通9号线BT项目9104-2标段 管片养护方案
第1章 编制目的
为确保管片混凝土内部有足够的水分进行水化热反应，从而确保混凝土强度正常增长和避免出现裂缝，最终保证管片强度和耐久性，同时为促进管片生产周转率，提高管片脱模强度和早期强度，指导管片由浇筑后至出厂期间的养护的有序进行、有规可依，制定此方案。第2章 编制依据
（1）《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2008；（2）《盾构隧道管片质量检测技术标准》CJJ/T164-2011；
（3）《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999（2003年版）；（4）《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002；（5）类似工程管片养护经验。第3章 资源配置
（1）人员配置
锅炉工2名，帆布工2名、水池养护工2名、堆场养护工2名。（2）设备配置
帆布若干，帆布支架若干，红外线测温仪1只、PVC塑料薄膜若干、自动控温系统1套、喷淋装置若干。第4章 养护工艺
混凝土浇筑后完成光面工序以后，进入管片养护阶段，根据不同的生产计划安排，每天生产1个班次，不需要蒸汽养护，如计划日生产2～3个班次，则需要使用蒸汽养护的方式缩短养护时间。
管片养护工艺与时间流程图：
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图4-1 管片养护工艺与时间流程图
第5章 养护方法和要求 5.1 静停养护
管片混凝土入模浇筑完成，打开盖板，人工三次收面至表面平整光滑、无抹刀痕迹后，静停待砼表面初凝，手指按压无明显凹痕后，盖上塑料薄膜，保持水分不蒸发，进行静停湿润养护。薄膜与砼表面要紧贴，面积略大于砼面积，四角使用重物或夹子固定，防止被风吹开使水分挥发。静停养护得当，能避免或减少管片外弧面收缩裂缝的产生。5.2 蒸汽养护
根据生产方式的不同，蒸汽养护装置分为固定模具的帆布套法养护装置和生产线自动蒸养窑养护装置两种。5.2.1 帆布套法养护装置
（1）固定模具管片成型后，按要求进行光面，混凝土达到初凝后，用手指按压外弧面无压痕时，外弧面覆盖塑料薄膜，安装帆布支架，然后用帆布把管片连同模具整体覆盖，使之形成一个密闭空间；
（2）帆布支架支承帆布套，使帆布与管片间形成5～10cm的距离，让蒸汽在此空间流动；
（3）帆布套脚应紧贴地面，不让蒸汽跑出；（4）从模具内部空腔均匀通入蒸汽。（5）采用红外线测温仪，每小时测温一次。
图5-1 帆布养护装置示意图
5.2.2 自动化生产线蒸养窑
（1）管片成型后，按规程进行光面，混凝土达到初凝后，用手指按压外弧面无压中国建筑第五工程局有限公司 2 深圳市城市轨道交通9号线BT项目9104-2标段 管片养护方案
痕时，外弧面覆盖塑料薄膜，在模具收面区，布置的蒸汽管道会对管片进行预热预热时间，预热时间1.5小时以上。然后根据模具工序流程，模具依次自动运转入蒸养窑进行蒸汽养护；
（2）蒸养窑内设置3个温区：升温区、保温区、降温区。利用隔板及温度传感器、电磁阀控制蒸汽量将各温区的温度分别控制在40-45℃、50-55℃、40-45℃。管片顺序进入蒸养窑后，经过三个区域的总时间大于3小时。
（3）养护系统是由热源、温度传感器、温度控制器组成。每个区域都在温度控制器上设定好温度范围, 温度控制器会根据传感器反馈回来的温度自动控制各个区域的温度, 来保证管片的蒸养条件。5.2.3 蒸汽养护规程
（1）从成型到输入蒸汽此段时间为静停时间，静停时间不得少于1.5小时。（2）为防止因温度升高使混凝土各组分膨胀损害内部结构，在自然温度下，每小时升温10～15℃,禁止超过20℃。
（3）蒸养温度55～60℃，最高不得超过60℃。
（4）固定式模具蒸汽养护分两班进行蒸养，每班6小时，设一专人负责。每小时记录一次温度，并及时调整汽量，控制温度。
（5）流水线模具蒸汽养护控制电脑设置好程序后进行自动化控制，人工辅助测量出蒸养窑后的管片温度，控制与外界环境的温差。
（6）混凝土脱模强度大于15MPa（真空吸盘）或20MPa（夹具）。
（7）初期蒸养与混凝土试件同步进行，由试验室配合，以便调整蒸养曲线。（8）坚决执行降温制度，未达到规定的降温时间禁止脱模。降温方法是，到达规定的蒸养时间后关上供汽阀，让模具和混凝土自然冷却一小时后才允许脱模。在降温阶段会引起混凝土失水、表面干缩。为防止因内外温差过大使混凝土产生收缩，导致出现温差裂缝。
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5.2.4 蒸汽养护曲线图
图5-2 蒸汽养护曲线图
5.3 水池养护
管片达到脱模强度，拆模吊出后即吊入管片养护水池进行泡水养护。管片如水温度与水温相差不能超过20℃。水池养护的目的是确保管片在脱模后及时补充水分，保证水泥水化热反应有足够的水分，确保混凝土强度的增长，达到设计要求。水池养护的水质必须是清洁的自来水，养护池的水位应高出管片顶端5cm以上，并及时补充和更换，保持水质清洁。管片在池内养护7可出池。5.4 喷淋养护
管片在水池养护到期后，转至储运场，进行管片喷淋养护，堆场需要设置自动喷淋装置，并能覆盖到所有管片，养护期内保持管片表面湿润，按照由水池进入喷淋堆场的时间顺序，管片喷淋7天后即完成喷淋养护。5.5 自然养护
管片完成喷淋养护后，原地放置采用自然静停养护至混凝土28天龄期到期。管片在28天龄期达到设计强度时可出厂。第6章 质量保证措施
（1）做好各工序的过程记录。
（2）严格执行衔接工序安排，注意各环节温度差。
（3）管片未达到足够强度时，避免碰撞和进行下一道工序，以免碰损管片。
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第7章 安全、环保及职业健康措施
（1）施工人员必须佩戴劳保鞋、手套、口罩等劳动防护用品，加强劳动保护。（2）蒸汽阀门打开后，闲人必须远离，操作人员应随时注意蒸汽有没有泄露的情况，并及时采取措施解决。
（3）地面的积水、裸露的管道，均为高温，极易产生烫伤，作业人员应避免接触。（4）管片吊运过程中，严格执行各个设备设施的操作规程，不得违章作业。
管片质量 篇6
盾构法施工具有地面影响小、机械化程度高、安全、劳动强度低、进度快等优点。但在施工中，隧道管片经常会出现局部或整体上浮，表现为管片错台、裂缝、破损，乃至轴线偏位等现象，尤其是在穿越粘性较高的古土壤、老黄土、饱和软黄土和粉质粘土等浅覆土区域时，该问题尤为突出。根据有关文献，广州、上海、南京等地铁盾构施工中，都不同程度地出现过管片脱出盾尾后，在注浆过程中上浮的现象。
本文结合西安地铁三号线某区间隧道工程实例，就施工期盾构隧道上浮机理及控制进行研究探讨，并从多方面提出了针对性措施，为解古土壤、老黄土、饱和软黄土和粉质粘土地区盾构隧道管片上浮问题提供方法借鉴及建议。
l 工程概述
西安地铁三号线某标区间隧道工程，全长：1796.607m，最小平曲线半径为R=450m，最大纵坡为20.06‰，纵坡走向呈“v”型坡。隧道采用6250土压平衡盾构机，采用装配式单层衬砌结构，隧道外径为6.0米，内径5.4米，管片衬砌环宽1.5m，采用错缝拼装。本区段隧道覆土厚度为12～22m，穿越土层包括古土壤，老黄土、粉质粘土、粉土、中砂等。地下水属潜水类型，地下水埋深9.5——16.3m.。
通过对该区间左线350环中掘进管片姿态稳定后的复测和盾构掘进中的姿态的对比，，管片最大上浮位移达145mm，最小上浮位移达25mm，上浮平均值为60mm左右。可见隧道管片上浮对隧道的影响比较大，需在施工中严格加以控制。
2 盾構隧道管片上浮机理
2.1 盾构隧道管片上浮产生的原因
① 当地下水、注浆浆液、泥浆等包裹管片而产生的上浮力大于管片自重及上覆土荷载时，管片会局部上浮。
② 因注浆而产生的动态上浮力作用使管片上浮。
③施工中盾构顶进千斤顶造成的管片纵向偏心荷载，致使管片纵向发生的弯曲变形。
④隧道开挖卸荷导致的地基回弹作用，也可能造成盾构隧道的局部或整体上浮。
⑤已经成型的上浮管片对相邻的脱出盾尾管片的作用也会产生较大的力。
鉴于千斤顶偏心荷载及盾尾上抬的偶然性，相邻管片对管片产生的力也较难以分析且在施工中可以通过技术措施控制，本文主要围绕上述① ②④三个常态的上浮原因展开分析。
2.2静态上浮力产生机理
依据盾构工法特性，管片脱离盾尾后，盾尾空隙一般为8—16 cm（本区间使用的盾构为中铁建长沙生产的基于海瑞克技术的6250型盾构机，盾尾空隙为12.5cm，周围土体暂处于无支护状态，需要进行同步注浆填补盾尾空隙，并尽快形成强度，以防引起上部地层下沉或管片上浮。盾尾空隙可能会被各种液体包裹，从而形成的上浮力主要有：①盾构在透水性较好的饱和土层中掘进时，整个隧道都被水包裹，很容易形成浮力；② 泥浆盾构施工尤其是大断面盾构施工，以泥水盾构居多，需要用较大的泥水压力与切口处的水（土）压力保持平衡，这些泥浆在遇到透水性好的地层、超挖较大或者小曲率拐弯的时候，可能向后方流窜，充斥整个盾尾空隙，从而承受产生较大的泥浆浮力；③注浆浆液 当管片脱离盾尾时，若同步注浆的浆液不能达到初凝和一定的早期强度，隧道被包围在壁后注浆的浆液中，从而承受浆液形成的浮力。
2.3动态上浮力产生机理
壁后注浆浆液扩散过程是一复杂过程，与周围土质、施工工艺、浆液性质、注浆压力、地下水等多种因素有关。考虑到其在一定条件下总是以某种流动形式为主，本文将浆液在盾尾管片壁后的扩散方式归纳理想化的扩散模型。
1）充填阶段，浆液充填未被周围土体挤压填实的盾尾间隙。管片脱离盾尾后，周围土体会向管片方向移动，注浆充填范围与土体的位移量的大小此消彼长。同时，充填范围还与注浆压力的大小及浆液的流动性有关，注浆压力大、浆液流动性好，充填范围就大。
2）渗透阶段，主要发生于颗粒和孔隙率较大的砂性土中。盾尾间隙被浆液充满以后，随着浆液的持续注入，颗粒间的空气和水将被挤出，而被浆液取代。有注浆管的点源注浆，浆液常呈球面。
3）压密阶段，用较高压力将浓度较大的浆液注入土层，在注浆管底部附近形成“浆泡”，使注浆点附近的土体挤密，它主要发生于颗粒和孔隙率较大的砂性土中。
4）劈裂阶段，在压力作用下浆液使地层中原有裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙和孔隙，促使浆液注入并增加其可注性和扩散距离。其特点是将引起土体结构扰动和破坏，注浆压力相对较高。
动态上浮力主要由注浆过程引起，浆液的种类、配比、注浆压力、注浆位置等都会对管片上浮产生一定影响。事实上，该力并不一定是真正意义上的浮力，它有可能是一集中力，也可能是分布力，有可能作用在管片环底部，也可能作用在管片环注浆孔附近位置。
2.3土体卸载后的回弹上浮产生机理
土体在盾构隧道通过的过程中，其为一个卸荷后的回弹变形过程，尤其对具有压缩性的土体，变形更为明显，也造成盾构管片的上浮，土体受力的过程过程大致分为三个阶段：1、盾构通过以前土体在原来的自重荷载下，产生的内部受力和变形，此时，土体处于一个相对稳定的阶段，但存在一定的应力，应力的大小可以通过土力学的公式计算出来，主要和土体的埋深、土体的容重等因素有关，计算公式简化为：δ=γ*h，盾构开挖范围的土体自重为Q=L*γ*πd2/4，盾构管片的自重可以通过设计文件查找，本区间管片自重为每米约20吨，远小于每米的土体自重荷载变形。
3 盾构管片上浮力的计算
3.1 “静态上浮力”计算方法
当管片由地下水、泥浆或注浆浆液包裹时，由浮力定律，得管片环受到的上浮力为
F浮=πR0 2 γj-πR（R02 –R2）γc
式中R0、R为管片外径、内径，γj为浆液或水的密度，
γc为混凝土管片密度。
3.2 “动态上浮力”计算方法
假设注浆浆液为不可压缩流体，在地层中的渗流在盾尾间隙影响厚度范围内，以注浆孔为球心，以半圆球形向四周扩散。在对扩散时产生的压力进行分析后可以看出，壁后注浆浆液的扩散半径及对管片产生的压力与注浆压力、注浆时间、浆液黏度、土体渗透率、盾尾间隙厚度、注浆管半径等众多因素有关。
3.3 土体卸载后的回弹上浮计算方法
土体卸载后的回弹计算可参照前述对回弹机理进行分析的公式进行计算，核心的问题是土体在一定压力下卸荷后的回弹模量，对该回弹模量虽未进行试验，但分析认为该模量与土体的埋深、土体结构等有较大的关系，也可以通过原状土室内试验的方法进行测试。
3.4实例计算
以西安地铁三号线X标隧道为例计算（计算过程略）。
静态上浮力：
F浮：281kn
运用上式可以反算浅埋地段覆土厚度能否满足抗浮要求。即当上浮力与隧道上覆土重量相等时的覆土厚度就是临界覆土厚度。
动态上浮力：F浮：1 580kn
也可利用上式计算在不同上浮力时应采用的注浆压力值，以便于施工中对注浆压力进行控制。
地层回弹造成产生的上浮力F浮：378kn
4 盾构隧道上浮的控制措施
4.1 选择适当的注浆浆液
注浆材料主要有单液型浆液和双液型浆液。单液型又可分为惰性浆液和硬性浆液。惰性浆液浆液中没有掺加水泥等胶凝物质，早期强度和后期强度均很低。硬性浆液在浆液中掺加了水泥等胶凝物质，具备一定早期强度和后期强度。双液型浆液的胶凝时间通常较短，按凝结时间来分，又可分为缓凝型、可塑型、瞬凝型三种类型。
解决管片上浮问题实质上是同步注浆稳定管片，理想的情况是注浆浆液完全充填施工间隙并快速凝固形成早期强度，隧道与周围土体形成整体构造物从而达到稳定。在浆液性能上唯有选择双液瞬凝性浆液能解决管片上浮问题，因其时效特点在隧道位移控制上具有优势；但双液浆随着温度变化，同种配比化学凝胶时间因时而异，且堵管极易发生，故在西安地铁的施工中仍然采用水泥砂浆浆液为多，目前南京、上海等地区普遍采用惰性浆液。
4.2 选择适当的注浆方法
注浆有盾尾注浆和管片注浆两种方法。盾尾注浆能够及时、均匀注浆，自动化程度高，施工控制相对容易，浆液在盾尾间隙的分布相对均匀。但堵管时清洗困难；一般只适于单液注浆，若选双液浆，需配置专门清洗装置。管片注浆操作灵活，容易清理，既可选单液浆，也可选双液浆；可对局部地段进行二次补浆，适合对隧道偏移、地表建筑物变形控制等特殊情况的处理。但易造成注浆不均匀，注浆孔是潜在的渗漏点；易有时差，很难做到真正的同步注浆。实践证明，盾尾注浆对管片产生的注浆压力小于管片注浆对管片产生的压力。所以应首先进行盾尾注浆，在浆液凝固达到一定强度后，再根据注浆情况进行管片二次注浆。
4.3 选择适当的注浆参数
1）控制注桨压力。注浆过程中，靠增加注浆压力来改善注浆加固效果应慎重，因为增大注浆压力的同时也大大增加了对管片的压力，极易引起上浮，压力一般控制在0.2—0.4 MPa。
2）控制注浆时间。在相同注浆压力下，浆液扩散半径及对管片的压力均随注浆时间的增长而增加，相比之下，对管片的压力增长更快。在施工中为防止注浆时间过长对管片产生不利影响，往往待浆液初凝后再继续注浆。
3）控制浆液黏度。在相同的注浆压力与注浆时间条件下，随着浆液黏度的增大，浆液的扩散半径与对管片的压力均随之减小。在施工中通过控制浆液黏度和注浆压力，来控制浆液扩散半径。浆液黏度不能过大。
4）注意渗透系数影响。土体渗透系数越大，浆液扩散半径越大，对管片产生的压力也越大。说明在盾
构隧道掘进中，应该随土性的变化调整注浆施工参数和浆液参数，在大断面盾构隧道施工中，同一横断面不同注浆点处的土性参数也会不同，也应区别对待。
4.4 考慮上覆土的抗浮效应
上覆土对隧道有很好的抗浮作用，应充分发挥。特别是浅埋隧道或隧道穿越江河，必要时应改良上覆土体的性能，对隧道顶部土体进行注浆加固，或者增加覆土厚度。隧道注浆时还应依据上覆土特性，验算浆液扩散范围，使浆液不通过土体间隙流出地表或流入水中，并避免造成上覆土的隆起。
4.5 控制盾梅机姿态及参数
盾构机过量的蛇形运动必然造成频繁纠偏，纠偏过程就会使管片环面受力不均。所以必须控制好盾构机姿态，发现偏差时应逐步纠正，避免突然纠偏而造成管片环面受力严重不均。要合理调整各区域千斤顶油压，使油压差不宜过大，与盾构中心线相对称区域的千斤顶油压差应小于5 MPa，其伸出长度差应小于12cm。同时要跟踪测量管片法面的变化，及时利用环面黏贴石棉橡胶板纠偏，黏贴时上下呈阶梯状分布。同步注浆过程中，为使浆液及时有效地固结，应适当控制盾构掘进速度，一般以缓推为宜，推进速度不大于3 cm/min。在盾构隧道推进中，根据管片拼装后上浮经验值，将盾构机推进轴线高程降至设计轴线下一定数值，以此来抵消管片衬砌后期的上浮量。
5 结语
1）通过对隧道管片上浮机理的分析，总结出具有实用性的隧道上浮力计算方法，同时根据对影响隧道上浮各因素的分析，在工程中采取了控制隧道上浮的一系列措施和方法，取得良好效果。经过最后对隧道上浮情况进行统计，隧道上浮平均值由原来的5.9 cm减少到3.2 cm，且达到线形美观，接缝平顺平整，保证了隧道的质量。
2）分析注浆对管片产生的压力时，将浆液假设为牛顿流体，对于非牛顿流体情况下，尚需进一步研究；壁后注浆浆液在管片后的扩散过程是一复杂的过程，半球面扩散以及压密注浆中的浆液分布模式的适用条件值得进一步研究。
3）文中抗浮计算未考虑整环管片接头端面摩擦及纵向连接螺栓对上浮力的影响；同时也未考虑已拼装成型的管片纵向整体对上浮力的影响。
4）通过对在不同地层中各种推进状态的研究和比对，管片上浮在透水性较好，浆液扩散较为容易的地层上浮量很小。同时在盾构掘进过程中，掘进后的间歇时间对管片上浮量也有较大的影响，分析原因主要是浆液的凝固、后部的管片和盾构机对新成型管片的挟制共同作用的结果。
管片质量 篇7
蒸养预制混凝土管片生产是自动化的流水线作业, 每一道工序环环相扣, 紧密相连。某超大型水利隧道工程蒸养预制混凝土管片需要专用水泥, 下面介绍伊犁南岗建材 (集团) 有限责任公司 (以下简称公司) 生产蒸养预制混凝土管片专用水泥质量控制方面的经验, 以供同行借鉴。
1 专用水泥技术要求
除满足GB175—2007中52.5级普通硅酸盐水泥的性能指标外, 还必须满足以下特殊性能要求:
1) 水泥和易性好, 与外加剂适应性好, 配制的混凝土工作性能好, 黏度小, 混凝土5min坍落度控制在 (18±2) cm;
2) 配制的混凝土蒸养强度 (蒸养参数按施工设计规范执行) 需满足:8h蒸养强度>20MPa, 7d抗压强度>36MPa, 28d抗压强度>40MPa;
3) 水泥中R2O含量小于0.6%。
2 现有水泥蒸养预制管片情况
2.1 采用A厂中空窑熟料试验
A厂熟料化学成分、率值、矿物组成及抗压强度见表1。采用1号窑熟料掺加不同掺量的矿渣磨制4批水泥, 其物理性能、颗粒分布及混凝土8h蒸养强度见表2。
由表2看出, 混凝土8h蒸养强度低 (其它各龄期蒸养强度也达不到设计要求, 故没有统计) 。但混凝土的工作性能很好, 黏度比较合适, 与外加剂适应性能较好, 坍落度损失小。同时我们采用2号和3号窑熟料进行试验, 结果也十分相近, 与设计要求相差较大。
2.2 采用B厂预分解窑熟料试验
B厂熟料化学成分、率值、矿物组成及抗压强度见表3。
采用B厂预分解窑熟料掺加不同掺量的矿渣磨制2批水泥, 其物理性能、颗粒级配分布及混凝土8h蒸养强度见表4。
从表4看出, 混凝土8h蒸养强度达到设计要求。但混凝土3d、7d养护强度富余系数小, 且混凝土坍落度损失大、黏聚性过大, 和易性差, 与外加剂适应性能差, 有“拔板”现象。
3 方案设计
我们对影响水泥蒸养强度及适应性的主要因素进行全面分析。大量试验数据证明:C3S、C3A含量高, 水泥强度高, 对提高混凝土的蒸养强度十分有利, 但与外加剂适应性差, 混凝土的工作性能变差, 坍落度损失大。因此, 必须合理控制熟料矿物组成, 特别是C3S、C3A的含量和水泥颗粒级配。通过反复试验, 无论是采用A厂或B厂现有的水泥均无法达到用户配制蒸养混凝土性能要求, 若满足设计要求, 必须对现有生产工艺进行较大幅度调整, 又很不经济。对此, 公司技术中心设计了一个投资少、见效快的方案, 及时研制出了满足用户要求的特性水泥。
1) 优化A厂生料配比, 适当提高熟料KH、P值, KH控制在0.91～0.94之间, P控制在1.0±0.1, C3S控制在55%～65%, C3A含量提高到4%～5%, 熟料3d抗压强度大于26MPa, 28d抗压强度大于58MPa。
2) 设计熟料C3A含量控制在5.5%～6.5%。采用A厂熟料和B厂熟料按一定比例进行搭配使用。通过反复试验, 最终确定了A厂熟料与B厂熟料的比例为4∶6。B厂熟料KH控制在0.92±0.02, C3S为55%～65%, C3A为6%～8%。
3) 通过多次正交试验, 确定水泥的几个关键颗粒分布为:<3μm颗粒在19%～22%, 3～32μm颗粒在58%～65%, >80μm颗粒小于1.2%。
4) 针对出磨水泥颗粒分布不合理, <3μm、3～32μm颗粒含量低的问题, 对水泥粉磨系统又进行了调整。将水泥磨一仓的平均球径从80.27mm调整到79.22mm, 二仓的平均球径从40.46mm调整到39.53mm, 同时对粉磨系统进行了全面的维护。
调整搭配后的熟料成分达到了设计目标, 其分析结果见表5。
通过以上几方面的工艺调整, 在熟料各项性能指标达到设计要求后, 同时进行了大磨工业性试验, 经检测, 各项物理指标与化学性能完全满足设计要求, 检测结果见表6。
4 工业生产
按设计方案要求, 2008年1月31日生产了50t水泥送施工现场, 用户采用该特性水泥配制蒸养混凝土生产预制管片100片。混凝土配合比见表7。
kg/m3
按以上配合比配制混凝土预制管片, 蒸养预制管片8h出窑强度27.3MPa、3d抗压强度36.0MPa、7d抗压强度40.9MPa、28d抗压强度49.5MPa, 各龄期强度达到设计要求;混凝土的工作性能很好, 黏度适中, 与外加剂适应性能较好, 彻底解决了混凝土“拔板”现象, 5min坍落度均控制在 (18±2) cm, 各项性能指标完全满足设计与用户需求。得到了专家和用户的一致认可, 解决了施工单位的燃眉之急。
为了保证此特性水泥的顺利供应和蒸养预制管片的工业连续性生产, 公司技术中心按设计要求严格控制熟料的矿物成分, 对进厂熟料分堆存放, 做好标识, 不定期对出磨水泥进行颗粒级配检验, 随时指导水泥磨机级配调整, 加大过程工序质量检测频次, 并将设计方案关键参数纳入公司考核制度。
5 结论
管片质量 篇8
预制混凝土衬砌管片生产技术及应用在我国较为普遍,特别是在地铁项目中被大量使用,水利工程使用双护盾TBM施工相对较少,混凝土强度等级采用C50居多,C60较少。目前,关于单掺粉煤灰技术较多,双掺矿粉、粉煤灰技术介绍较少,本文主要介绍严寒地区矿粉、粉煤灰双掺技术在冬季生产C60高性能混凝土管片的质量控制。
1 工程背景
兰州市水源地建设工程是从距市区60km以外的刘家峡水库采用Ø4600mm单线隧洞工作模式向市区供水,全长32km,入水口与出水口高差超过100m,沿线土岩质结构复杂,工程质量极其重要。采用TBM施工法,管片设计有A、B、C、D四种规格应对不同土岩质的工作环境。
2 技术难点
(1)工程属水利工程,因此,从原材料检测、混凝土配合比设计、相关检测都必须在满足建工标准的同时满足水利标准。
(2)工期紧张需要在冬季进行生产,蒸养制度控制难度加大,管片温差控制精度高,开裂隐患大。
(3)配筋量大,配筋密,混凝土间隙通过性差,最大钢筋为Ø22mm螺纹钢,最大配筋量达290kg/m3。
(4)混凝土坍落度要求60~80mm,含气量要求4%~6%,抗渗等级W8,抗冻等级F100。C60混凝土属于高强高性能混凝土,具有水胶比小、黏稠度高流动性差、混凝土自收缩量大、气泡不易控制、混凝土工作稳定性差、施工难度大等特点。
3 材料选择及配合比设计方案
3.1 原材料及配合比
参考以往生产泵送混凝土和排水管的蒸养制度等经验数据,考虑管片混凝土耐久性、水化热、自收缩等因素,选择使用矿粉粉煤灰矿物掺合料双掺技术、考虑市场供应情况选用P·O 42.5级水泥、根据工艺要求选择使用无缓凝组分早强聚羧酸管片专用减水剂、依据产品几何尺寸选用5~20mm连续级配的碎石。
3.2 原材料
(1)水泥:选用祁连山P·O 42.5级水泥,性能指标见表1。
(2)矿粉:选用S95级矿粉,性能指标见表2。
(3)粉煤灰:选用Ⅱ级粉煤灰,性能指标见表3。
(4)减水剂:使用LH-JS早强型聚羧酸管片专用减水剂,性能见表4。
(5)骨料:粗骨料选用5~20mm连续级配碎石,性能指标见表5;细骨料选用细度模数2.8左右的中砂,性能指标见表6。
%
(6)拌合水:选用城市自来水,性能指标见表7。
mg/L
3.3 配合比设计
依据JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》、DL/T 5330—2015《水工混凝土设计规程》及GB/T 50746—2008《混凝土耐久性设计规范》的相关规定进行配合比设计。特殊性考虑成型工艺、流动性、包裹性、降黏措施、减缓水化热进程、减小混凝土自收缩、减少气泡提高密实性、提高混凝土耐久性等,根据计算提出配合比,见表8。
4 试配及配合比确定
三种配合比试验同时进行,依据JGJ 55—2011及DL/T 5330—2015,参考振动成型工艺混凝土的特殊要求。分别制作100mm×100mm×100mm和150mm×150mm×150mm试块进行标养试验。
kg/m3
(1)工作性能:不同配合比下混凝土的相关指标见表9。
(2)力学性能:不同配合比下标养试块力学性能见表10。
(3)配合比确定:对比分析新拌混凝土的工作性能及力学性能结果,最终确认G2号配合比为最佳配合比。
5 蒸养制度与养护制度的确定
采取全自动流水线生产,依据JC/T 2030—2010《预制混凝土衬砌管片生产工艺技术规程》、GB/T22082—2008《预制混凝土衬砌管片》及相关经验参数制定的蒸养制度,见表11。
由于要在冬季连续生产,室外环境温度最低达到-15℃,相对湿度非常低,所以采用全封闭的水池加热养护工艺,水温控制在15℃以上,保证管片从脱模到入水池完全在室内完成。
6 试生产情况及调整
选用最佳配合比(G2号)进行试生产,发现混凝土的流动性、入模流畅性、振动后的浮浆厚度、凝结时间等各项工作性能都符合预期,24h出窑后的管片迎水面外观质量完全符合要求(见图1),脱模强度为43MPa,管片实体回弹值45MPa左右,满足夹具起吊要求。
6.1 主要缺陷及原因分析
(1)裂缝:由于出窑温度(40℃左右)与车间(供暖加火炉升至10℃左右)温差超过20℃,过大温差导致管片背面出现大量脱模裂缝,裂缝发展很快,有些甚至是贯穿性的,见图2。
(2)气泡:尽管迎水面光洁度较好,没有缺陷,但是4个边却出现了不同程度的气泡。规律是两个侧边气泡极少,两个端面气泡严重,有些气孔直径超过了5mm,分布如图3和图4所示,每片的气泡严重程度不同。初步分析可能是由于:①混凝土含气量过大;②混凝土布料过快;③振动时间不足;④强弱振规律不对;⑤脱模剂问题;⑥原材料问题。
(3)孔径缩径:局部几何尺寸出现偏差,主要是注浆孔、穿钉孔的孔径出现缩小,原因可能是打开盖板及拔出栓钉时间过早、行车振动造成混凝土坍陷所致。
6.2 解决措施及效果
(1)针对裂缝原因,主要从两个方面改善:①调整砂率,观察混凝土振动过程包裹性能良好,砂率有降低的空间,将其砂率由原来的34%下调为33%;②尽量缩小管片脱模后的温差,采取延长降温区降温时间、车间增加采暖火炉设立隔离区保温、门窗封闭保温等措施。两步完成后管片出窑裂缝基本得到解决。
(2)针对气泡分析的五个原因,主要采取以下措施:①首先降低外加剂中的引气组分,由于混凝土的含气量指标设计目的是保证抗冻性能,在达到抗冻等级的基础上混凝土的设计含气量可以适当下调到3.5%左右;②在观察总结的基础上通过工艺调整对布料速度、振动时间、特别是强弱振动顺序、总成型时间做出明确规定;③为了保证脱模剂均匀,全面改人工刷涂为喷涂,杜绝流淌积液;④严格控制砂石含泥量;⑤混凝土搅拌均匀前提下,适当缩短搅拌时间,减少带入空气。通过调整工艺参数,管片端面气泡总数量降低了近40%,且无大尺寸气孔的出现,生产班组之间、每片之间端面气泡趋于稳定,观感有明显改善。
(3)为了确保孔径的几何尺寸,将打盖抽取栓钉等芯件的工序延后30min,安排在预养窑内完成,有效杜绝了缩径现象。
7 正式生产情况
根据试生产阶段总结的各类参数和经验,制定了完整的工艺方案,方案对配合比执行、原材料控制、拌合物性能监测、成型工艺参数设置调整、脱模剂使用原则、脱模清模工序要求、成品翻转运输堆码支护要求、水养要求、出厂程序都做了明确规定。混凝土管片顺利通过了业主、监理、总包、施工、生产五方参与的联合验收后进入批量生产。经过对正式生产的阶段性统计,其强度情况如表12所示。
8 结语
(1)商品混凝土生产企业通过技术改造,将过剩的产能向地下管廊、装配式建筑等预制构件等方向转移符合国家产业政策,也是企业转型升级的必经之路。
(2)采用矿粉、粉煤灰双掺技术,配合专用聚羧酸减水剂能实现管片高性能化生产,可提高混凝土管片的耐久性,延长水利工程寿命。
(3)严寒地区冬季生产管片制约产品质量的因素较多,因此,需做到科学合理、操作规范。
(4)对于无法量化的造成外观缺陷的原因,要善于总结经验。
(5)气泡无法完全杜绝,但能减少、稳定,做到有限可控。
摘要：以引水工程TBM施工使用C60W8F100高性能混凝土管片生产为背景,针对严寒地区冬季生产的管片混凝土强度等级高、耐久性要求高、制作难度大、外观质量要求严、环境温度对质量影响大、工期紧等诸多因素,通过双掺粉煤灰和矿粉矿物掺合料技术,并采取优化混凝土配合比、调整工艺参数等措施,研制出了符合设计要求的高性能混凝土管片。
成型隧道管片碎裂分析 篇9
1.1 工程概况
该线某区间盾构隧道单线全长1703.2m, 区间隧道平面总体走向呈“﹙”字形, 纵断面总体走向呈“V”字形。汉~开区间起讫里程YCK13+172.953~YCK14+874.753, 长1701.8m;平面曲线半径为1200m、450m、800m;最大纵坡23‰;隧道埋深12~16m, 隧道水平曲线最小转弯半径为399.851m, 最大纵坡为37%。
衬砌管片外径6.0m, 内径5.4m, 宽1.5m, 厚0.3m, 分为6块, 管片采用C50S10混凝土, 错缝拼装, M30双头直螺栓联接;环缝及纵缝间防水材料采用三元乙丙弹性密封垫。
1.2 工程及水文地质条件分析
本区段盾构隧道穿越地层分布较稳定, 分层界限明显, 土层起伏变化不大。整个区间隧道穿越土层主要为粘土层, 包括2-2-1粉质粘土、2-2-2粉质粘土、3-4-2粉质粘土, 局部夹杂2-4-1粉细砂、2-6-2粗砂等。3-4-2粉质粘土是盾构施工的主要土层, 黄褐色, 土质较均匀, 可见少量氧化铁、黑色锰质斑点, 该层中部局部含中砂透镜体, 可塑, 属中等压缩性土。
2 盾构隧道管片碎裂观测
盾构右线自45环开始, 已拼装管片拖出盾尾后管片出现连续的碎裂, 主要出现在11、12、1、2点位。
3 盾构隧道管片碎裂的影响因素分析
3.1 盾构隧道管片上浮的影响
3.1.1 管片上浮位移的观测
由前所述, 本区间隧道纵断面总体走向呈“V”字形, 隧道具有埋深浅、大坡度等特点。在整个区间盾构掘进过程中, 一直对管片姿态主要是管片中心高程上浮加强监测, 监测频率为1次/日。对下行线纵坡为-24‰的第50~65环段管片中心高程上浮位移值进行统计, 见表1。从统计数据可以观察出, 在纵坡为-24‰的第50~65环段管片拼装后最大上浮位移达85mm。
3.1.2 管片上浮的影响因素分析
⑴盾构工法特性的影响
为保证盾构的顺利掘进和管片拼装, 盾构机的切削刀盘直径D与隧道衬砌管片的外径d有一定的差值, 于是在盾构开挖的洞身与管片外径间存在建筑间隙Δ=D-d。成型隧道处于水位线下黄土地层中, 土体自稳性好, 管片脱出盾尾后, 拱顶土体全部塌落到管片结构需要一定时间和过程, 如不及时充填此空间, 脱出盾尾的管片周围处于无约束的地下水的包围状态, 给管片的位移提供了可能的条件。盾构隧道是空心的简体, 在混凝土自重作用下有下沉的趋势;但在全断面地下水压力作用下, 防水性能优良的衬砌隧道则有上浮的趋势。以本区间盾构隧道外径6.0m、内径5.4m、宽1.5m的管片为例:
管片混凝土自重:G=ρ×g×Vc=2400×9.8×8.05≈189 (k N) (式1)
水浮力:F=ρw×g×V=1000×9.8×42.39≈415 (k N) (式2)
式中:混凝土比重ρ为2400kg/m3, 管片混凝土方量Vc约为8.05m3, 一环管片所占空间体积V约为42.39m3。
可见管片混凝土自重G小于水浮力F, 而拱顶土体施加在管片结构上需要时间, 这就给管片上浮提供了空间。
⑵同步注浆工艺的影响
如前所述, 隧道上浮有两大条件:一是土层间隙Δ的存在, 二是引起上浮位移的力, 同步注浆浆液在填充了建筑间隙的同时, 让隧道与周围土层紧密接触形成稳定的复合构造体共同抵抗外力。从衬背注浆的目的和对浆液的性能要求上分析, 及时填充固结管片背后环形建筑空间是解决管片上浮位移的关键。要达到上述目的, 关键问题是选择的注浆浆液应满足: (1) 必须具有充填性; (2) 应具有一定的和易性且离析少; (3) 应及早凝固且有一定的早期强度, 以抵抗变形对管片产生的不均匀压力。同时, 浆液硬化后的体积收缩率要小, 以便更好地固定管片; (4) 应有合适的稠度, 以便不被地下水稀释。
本区间隧道同步注浆浆液采用惰性浆液, 其主要成分为砂、粉煤灰、膨润土和水, 24h强度很低 (基本无强度) , 在富水地层中, 惰性浆液初凝时间长, 浆液在初凝前容易被稀释, 因此低强度浆液不仅无法对管片提供约束, 相反提供了上浮力;另一方面, 在盾构机掘进震动和重力作用下, 未凝固的浆液材料很可能被挤到隧道底部或地层其他间隙, 进一步加剧了隧道上浮。
注浆量计算, 根据刀盘开挖直径和管片外径, 可以按下式计算出一环管片的注浆量。
V———一环注浆量;
L———环宽 (m) ;
D1———开挖直径 (m) ;
D2———管片外径 (m) ;
K———扩大系数取1.5~2。
代入相关数据, 可得:V=3.0~4.0m3/环, 根据上面经验公式计算, 注浆量取环形间隙理论体积的1.5~2倍, 则每环 (1.5m) 注浆量V=3.0~4.0m3/环。
从盾构机掘进到管片脱出盾尾后的工况分析来看, 隧道管片在一定长度范围内就象两端固定的弹簧梁, 一端受到盾尾的约束不能上浮, 另一端受到已凝固注浆固体的约束也不能上浮。这时, 如果管片脱出盾尾后 (一般情况2~3环) , 同步注浆的浆液不能达到初凝和一定的早期强度, 隧道管片仍然可视为浸泡在液体之中, 在浮力的作用下必然会产生上浮现象。
⑶黄土地层地基回弹
本段隧道设计轴线纵断面呈“V”字形上下坡, 所处地层又是黄土, 而盾构机的重量主要集中在前盾 (切口环和支承环) , 由盾尾至后配套台车间一段衬砌 (约9~10环管片) 基本无压载, 同时上浮管片脱出盾构后失去了约束, 盾构出土造成地基卸载, 管片受到地基回弹的作用, 进一步上浮。
3.2 盾构机械的影响
此次盾构掘进采用的是日本小松生产的土压平衡盾构机。据施工单位反映, 小松盾构机适合在粘土地层掘进, 但盾构机使用时间一长, 会出现不同程度的推进油缸同缩现象。小松盾构机推进油缸分为4个区 (如图1所示) , 分别是也就是说在收缩A区推进油缸时, 邻近B、C区推进油缸会出现卸力的情况, 直接导致已拼装完成但尚未拖出盾尾的管片受重力作用往下掉。
如前面3.1、3.2所述, 管片拖出盾尾后在浮力作用下产生上浮, 为限制管片的上浮, 螺栓将受到向下的反作用力F浮, 同时拼装过程中的千斤顶同缩导致的管片下降, 再对螺栓产生一个向下的自重力G, 最终超过螺栓处混凝土的承载力, 产生碎裂。
3.3 盾构姿态与推力的控制
盾构机在掘进过程中的运动轨迹实际上是一条蛇形运动轨迹, 始终围绕着隧道轴线作蛇形运动, 要通过不断调整各分区油缸千斤顶的推力来让盾构机运动中不断逐渐靠近隧道设计轴线。在盾构掘进中, 由于盾构机自身重量, 可能发生盾构机偏离隧道中心线以下。此时, 为纠正其运动轨迹不断靠近理论轴线, 要加大下部千斤顶的推力以克服盾构机身的自重。在隧道轴线由下坡改变为上坡或由急下坡改变为缓下坡时, 亦需要加大下部千斤顶的推力, 循序渐进地改变盾构机的运动轨迹, 以满足设计线路的需要。但分区推力及盾构姿态的不同对管片质量造成较大的影响。
盾构机推力是通过千斤顶在已拼装管片上施加力来获得反作用力, 并实现推进。如表2所示盾构机垂直姿态, 使得千斤顶施加在管片上的力F推与管片形成了一定的夹角, 在上下部的推力分布平均的情况下, 对成型管片产生影响较小。当上下部的推力差大时, 对管片螺栓连接处产生一个向下的剪切力FV, 当剪切力与管片上浮的合力超过螺栓处混凝土的承载力, 就会发生碎裂。
4 管片上浮及碎裂控制处理措施
4.1 选择适当的注浆浆液及方法
在含水黄土地层中, 解决管片上浮问题实质上是同步注浆稳定管片与管片上浮在时间上的竞赛。比较理想的注浆方法应是管片拖出盾尾后, 注浆浆液完全充填施工间隙并快速凝固形成早期强度, 隧道与周围土体形成整体构造物从而达到稳定。那么, 通常的选择是双液浆 (水泥浆液和水玻璃浆液) 和同步注浆工艺。双液浆因其具有瞬凝时效特点而在隧道位移控制上具有优势, 也可以采用小松盾构机自配的注浆设备注浆, 但双液浆在注浆过程中极易发生堵管, 且同步注浆管在掘进结束前只能清洗无法更换, 因而效果不太理想;综合考虑成本因素, 最后依然采用水泥砂浆惰性浆液。
根据管片上浮原因分析和盾构推进姿态的关系合理选择注浆孔位、注浆量和注浆压力。根据本区间施工经验, 调整浆液的配合比, 缩短浆液凝固时间;控制同步注浆量在3.5~4.0m3之间, 注浆压力0.25MPa以内;选择上方两个注浆孔注浆。
4.2 控制盾构机姿态
盾构机过量的蛇形运动必然造成频繁的纠偏, 纠偏的过程就是管片环面受力不均的过程。所以要求在掘进过程中必须要控制好盾构机的姿态, 尽可能地使其沿隧道轴线作小量的蛇形运动。当盾构机姿态有偏移的趋势时, 应提前缓慢纠偏避免突纠, 保证盾构垂直姿态前后点的差值小于40mm, 千斤顶行程差不得超过40mm, 合理的调整千斤顶油压, 严格控制各区千斤顶油压差, 以免管片受千斤顶推力差过大影响产生碎裂, 影响成型管片的质量。
4.3 控制掘进速度
在同步注浆过程中, 为确保浆液能有一定的时间及时有效地固结和稳定管片, 应适当控制盾构掘进速度, 一般以缓推为宜, 推进速度不大于30mm/min, 确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡, 尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能。
4.4 加强盾构机械的维修保养
加强与盾构机厂方服务代表针对千斤顶同缩问题的沟通, 尽快找到相应的解决方案。
5 结语
在对区间隧道施工过程管片上浮控制中, 要对地质情况进行分析研究, 加强管片姿态变化监测并做系统分析、归纳, 从中摸索出适应不同土质、覆土等条件与之相对应的盾构掘进参数的变化规律并及时对其进行动态优化和调整;同时适时合理地管理注浆作业, 调整不同施工段的配比和注浆量、注浆压力, 最大可能地控制隧道管片在施工过程中的上浮和碎裂情况, 使隧道质量满足设计规范要求。
参考文献
[1]沈征难.盾构掘进过程中隧道管片上浮原因分析及控制[J].现代隧道技术, 2004, 41 (06) :51-56.
隧洞管片裂缝修补处理工艺 篇10
关键词：裂缝普查,缝宽,化学灌浆,灌浆材料,表面涂刷
一、工程概况
某隧洞施工采用TBM法与钻爆法相结合施工方案, 掘进机施工段采用六边形预制钢筋混凝土管片衬砌, 管片宽1.6m、厚28cm, 拼装后四片组成一环, 管片内周边设两道止水, 作为拼装后管片之间纵缝和环缝的止水设施。管片裂缝修补处理范围为左、右、顶三管片及管片间渗水的纵环缝和安装孔。砼管片属薄壁结构, 隧洞通水运行管片裂缝出现渗漏产生诸多破坏因素, 不仅会导致水量损失, 恶化洞周围岩, 还会引发钢筋的锈蚀, 混凝土保护层脱落、温度变化胀裂等。部分洞段地下水对混凝土管片有不同程度硫酸盐型腐蚀性, 管片裂缝加速了混凝土结构老化、使用寿命缩短等危害。为恢复结构整体性, 保证管片混凝土强度、耐久性和抗渗性, 进行裂缝修补处理。根据裂缝普查结果, 三管片上的裂缝大多为压缝、横向分布, 宽度一般为0.02mm~0.5mm, 局部宽达0.6mm~2.2mm;裂缝长度一般为0.5m~1.6m, 多数裂缝贯通1.6m板宽, 少数裂缝只从一侧往板中心位置发展、缝长达2.0m。
二、主要施工项目
宽度≥0.15mm的裂缝和渗水裂缝, 采用先进行化学灌浆, 再涂刷接近弹性的涂层进行表面封闭处理;宽度<0.15mm的无渗水裂缝, 采用表面涂料涂刷进行封闭处理。管片间渗水纵环缝及安装孔处理均先进行化学灌浆处理, 纵环缝沿缝钻孔灌浆、安装孔沿孔周对称钻四孔灌浆;对于前者, 沿接缝外边缘向两侧涂刷宽度不小于10cm (不含缝宽) 的接近弹性涂层进行表面封闭处理;后者以管片安装孔为中心涂刷接近弹性涂层进行表面封闭处理, 涂刷直径20cm的圆形区域。
三、施工方案
㈠施工程序
施工总体程序为先进行裂缝普查, 后化学灌浆, 最后进行表面涂刷, 各检查试验穿插进行;以管片裂缝处理 (化学灌浆或表面涂刷) 为主, 渗水纵环缝及安装孔处理随之行进。
㈡主要施工工艺
宽度≥0.15mm的裂缝和渗水裂缝处理及主要工艺流程:裂缝清理→钻孔、下灌浆嘴、封缝→畅通、密封性压水检查→化学灌浆→检查孔压水、取芯检查→表面溢浆清理→表面涂刷。
1.裂缝清理。用钢丝刷或磨光机清除缝面浮泥、泥垢及部分管片裂缝上残留的硬化水泥浆。
2.钻孔、下灌浆嘴、封缝。为减少施工平台来回移动, 连续进行钻孔、下灌浆嘴、封缝作业。为保证管片衬砌完整性, 在缝隙串通情况下, 孔距不宜过密, 沿裂缝两侧每隔20cm~30cm梅花状布孔, 在裂缝交叉处、较宽处、端部及裂缝贯穿处都布置钻孔。钻孔孔径10mm, 斜穿缝面不少于5cm, 孔深约三分之一管片厚, 即9cm左右, 吹干净孔内粉尘后即可下灌浆嘴, 然后用环氧胶泥封孔、封缝。
3.畅通、密封性压水检查。封缝后隔一定时间压水, 以便观察封缝后的效果, 如有旁渗的需返工, 直至整个封面不渗水为止。采用单孔压水、逐孔检查, 并记录各孔漏水率及串通情况, 压水压力0.2MPa, 直至回清水。
注浆前进行压水检查, 试压有四个目的:一是通过压水疏通裂缝, 清理缝内杂物;二是检查裂缝贯穿情况;三是检查封闭层有无被压浆冲破的薄弱点;四是判断注浆流量、大概饱和时间。试压压力0.2MPa, 试压过程中做好详细记录, 供灌浆时分析判断, 用来比较耗浆量是否规律变化。
4.化学灌浆。经试压检查无异常后, 用高压风将缝面及孔内积水吹出, 即可进行注浆。根据隧洞施工条件及各项技术指标要求, 灌浆材料应具备特点为黏度小、可灌性好、材料与混凝土粘接性好、抗渗性好、材料固化后其抗压、抗拉性能比管片混凝土性能高、材料固化后收缩性小、施工工艺简便好控制、无毒。裂缝处理灌浆选用水溶性聚氨酯化学灌浆材料, 该材料固结体具有遇水膨胀特性, 具有较好的弹性止水、吸水后膨胀止水双重止水功能, 适用于变形缝的漏水处理, 其次该材料可灌性好、强度高、无毒性。当聚氨酯被灌入含水混凝土裂缝中时, 迅速与水反应形成不溶于水和不透水的凝胶体及二氧化碳气体, 这样边凝固边膨胀, 体积膨胀几倍, 形成二次渗透扩散现象 (灌浆压力形成一次渗透扩散) , 从而达到堵水止漏、补强加固作用。
采用专用灌浆泵进行纯压式注浆, 灌浆顺序由下至上、一端至另一端进行, 灌浆孔上部预留出气孔供浆液流出。注浆压力0.5MPa, 稳定压力下灌注10min左右至浆液流出, 即完成此孔灌浆, 将下部灌浆孔封闭, 以此出浆孔作为灌浆孔继续注浆, 依次直至顶部出气口出浆, 说明裂缝灌满浆液。整个灌浆过程中, 人工用喷壶在灌浆缝面喷水湿润, 加速溢出浆液凝固, 避免浆液溢出过多流挂在管片上。
5.检查孔压水、取芯检查。化学灌浆效果检查采用压水试验检查法和钻孔取芯检查法。压水试验检查法:当灌浆材料固化强度达到设计要求后钻检查孔进行压水试验。裂缝灌浆结束7d后, 取5%工程量的裂缝条数进行压水试验。在需要检查的裂缝上布设检查孔, 孔数根据裂缝长度L确定, L<0.8m布1孔, 0.8m≤L<1.0m布2孔, L≥1.0 m布3孔, 采用电锤造孔与缝面相交, 用水将孔内粉尘冲洗干净后埋设低压灌浆嘴, 进行压水检查。孔口压力为0.3MPa, 检查孔单孔吸水量小于0.01L/min或裂缝不漏水为合格, 不合格者必须补灌。钻孔取芯检查法:选部分重要裂缝用小口径 (32mm) 工程钻骑缝取样, 观察浆液结石在缝面充盈情况, 检查数量为化学灌浆的1%~5%裂缝条数, 取出芯样应缝内浆液饱满、充填密实。否者不合格, 必须补灌。
6.表面溢浆清理。压水试验、取芯检查合格后, 将混凝土表面溢出浆液、预埋灌浆嘴清理干净。
7.表面涂刷。化学灌浆结束后进行表面防水涂料涂刷处理。
㈢宽度<0.15mm的无渗水裂缝处理及主要工艺流程
裂缝清理、打磨、贴纸框→涂刷界面剂→刮涂防水涂料→粘贴台基布→表面再涂刷一层防水涂料→黏结强度检测。
1.表面清理、打磨、贴纸框。用毛刷、钢丝刷或磨光机清刷基面浮灰、岩粉、浮渣等杂物, 用高压水清洗, 并保持裂缝内部和被涂表面干、净。以单条裂缝为准, 沿裂缝左右及外延各打磨150mm;管片裂缝密集时连在一起打磨处理, 沿打磨周围贴宽度10cm纸框来界定涂刷范围, 贴纸外形应规则。
2.涂刷界面剂。待裂缝内部和被涂表面干、净后, 涂刷界面剂 (本工程采用HYT150环氧界面剂) , 以适应洞内的潮湿或干燥混凝土面, 确保涂层的粘接强度, 界面剂涂刷要求薄而均匀。
3.刮涂防水涂料。材料要求耐水性要好﹑黏结强度高﹑有较强的抗拉强度, 收缩性小, 有一定的变形能力。表面涂刷采用HYT908单组分聚脲防水涂料, 涂刷厚度1mm左右。
4.粘贴台基布。表面涂层增加台基布, 以增强抗拉强度, 根据打磨宽度确定台基布宽度, 单条缝沿缝粘贴宽度30cm左右的台基布。
5.表面再涂刷一层防水涂料。再涂、刮刷一道HYT908单组分聚脲防水涂料, 厚度1mm左右, 涂刮后表面应均匀, 避免管片上流挂涂液。
6.黏结强度检测。在隧洞内同等环境条件下, 随着施工的进行, 每涂200m2另选取1.0m2左右作为检测区进行刮涂, 15d后强度达到要求最终强度的70%以上后可进行黏结强度检测。试验方法是在1.0m2的检测区域内, 选取3.0个位置进行黏结强度检测, 每处用专用刀 (美工刀) 切透涂层至砼面, 切缝形状为直径50.0mm圆形或正方形。将标准钢块 (40×40mm) 用高性能结构AB胶粘贴在测试位置, 24h后采用黏结强度测试仪进行检测。黏结强度≥2.3MPa为合格, 不合格重新将200.0m2喷涂合格为止。
㈣管片间渗水的纵环缝及安装孔处理
处理方法与化学灌浆和表面涂刷主要工艺流程及主要施工工艺相同。
四、施工技术难点及控制方法
㈠施工组织设计是做好施工的前提
开工前做适宜的施工组织设计, 安排施工程序, 制定各项施工作业计划。
㈡裂缝的状态是制定化灌方案的基础
裂缝的位置、宽度、长度、渗水性、连通性等发育状态是研究制定化灌的基础。施工前, 应详细做好裂缝普查工作。
㈢化灌及涂刷材料的质量和浆液配比的稳定性、可靠性
施工前, 应进行完整、有效的化灌及涂刷材料试验, 以确定合理的化灌施工工艺和适宜的灌浆材料, 确保化灌及涂刷材料的质量和浆液配比的稳定性、可靠性。
五、结语
混凝土管片冬季养护措施 篇11
1 工程概况
天津西站至天津站地下直径线工程 (简称天津地下直径线) 盾构隧道长度2 146 m, 采用圆形钢筋混凝土管片衬砌, 共计1 182环, 其中浅埋段103环, 特殊段79环, 标准段1 000环 (包括3段特殊风险点地段90环) , 并根据隧道地质状况设计管片规格。
隧道衬砌采用C 5 0 P 1 2预制钢筋混凝土管片, 内径10.6 m, 外径11.6 m, 厚500 m m, 环宽1 769～1 831 m m。管片为双面楔形通用环, 最大楔形量62 mm。衬砌环全环为“8+1”模式, 由6块标准块A、2块邻接块B和1块封顶块K组成。管片接触面纵缝设有凹凸榫, 全部采用直螺栓连接, 环与环之间以50根M30的纵向螺栓连接, 块与块之间以2根M36的环向螺栓连接。
2 混凝土管片冬季养护措施
冬季施工, 对混凝土管片预制的生产原材料及生产工艺、管片养护措施, 提出严格要求, 对各环节的施工也要采取相应措施。
2.1 原材料的防护及冬季施工措施
为确保冬季管片施工质量, 生产原材料要进行保温及加热处理。施工前应储备好砂石料及所需原材料。
(1) 苫盖砂石料使其保持一定温度, 防止雨雪天气淋湿后冰冻结块, 防止大风天气将周围杂物及尘土混入。设专门人员对砂石料进行检查, 严禁砂石料中参有冰雪或冻结物。 (2) 水泥、粉煤灰、矿粉进场后直接吹入储料管, 储料管管口封闭包裹防止热量散失。 (3) 2个外加剂储料罐采用保温棉进行保温处理。储料罐内缠绕一圈加热管道, 通过蒸汽进行加热, 温度采用通气量控制。冬季外加剂使用温度不得低于10℃。 (4) 为确保混凝土的特性, 冬季施工混凝土搅拌采用热水, 水温一般不高于80℃, 通过蒸汽管道加热后, 直接用于混凝土搅拌。根据生产过程, 仔细观察, 对水温进行控制。
2.2 混凝土管片浇筑
(1) 混凝土出机后的温度不得低于10℃, 应设专人对入模温度检测, 冬季施工搅拌时间可适当延长, 一般控制在210～240 s。 (2) 冬季施工时, 为保证混凝土生产车间温度, 应保证供暖, 平均温度不得低于15℃;尽量缩短搅拌混凝土到其入模时间, 做到混凝土料随出随入, 保证入模温度;浇筑工艺与常温生产相同, 收水时间根据混凝土凝结时间确定, 收水期间不作业时用塑料薄膜覆盖;搅拌站应严格按照冬季施工混凝土配比, 保证冬季管片生产质量。
2.3 混凝土管片的蒸汽控制
混凝土振动成型后必须静停2 h, 当其表面用手按压有轻微压痕时, 将蒸养的帆布套套在模具上, 下部与地面接触的地方用木方压实, 在帆布套预留的小孔中插入温度计, 检查后开始通蒸汽。模具底部的蒸汽管道上均匀开满小孔, 蒸养时蒸汽从小孔中喷出, 模具均匀升温。升温速度控制在15～20℃/h, 防止升温过快导致管片出现收缩裂纹, 最高养护温度50～60℃, 恒温时间3～4 h。专职质量检查员每半小时查看模具温度计, 以调节蒸汽通入量的大小。降温时间不少于2 h, 降温速度不大于20℃/h。
管片浇筑成型后, 必须有防冻措施。车间内打开蒸汽阀门, 小汽慢蒸, 根据实际情况加设火炉, 保证车间温度, 使混凝土及时预热。等混凝土压面完毕, 其表面达到一定硬度, 盖蒸养罩进行蒸汽养护。管片蒸汽养护必须严格控制温度与保温时间。
冬季施工期间, 室内外温差较大, 应将脱模后的管片置于室内6 h以上, 使管片降温, 同时采取措施保持室温相对稳定。
2.4 养护剂养护
管片冬季养生传统的做法是水养池启动水循环系统, 对水进行循环加热, 以保证管片养护质量。在北方的冬季, 传统做法浪费时间, 增加施工成本, 降低了企业竞争力。在天津地下直径线中, 采取聚合物系列养护剂。液态养护剂可方便用于混凝土表面、立面及复杂形状的构件。混凝土表面喷涂或刷涂养护剂后, 封闭混凝土表面微孔, 保持混凝土内部水分, 达到养护目的, 代替了浇水养护, 改善了施工条件, 保证混凝土的养护质量。与传统自然养护相比, 保水性能明显优于自然养护效果。养护剂无毒、不燃烧, 是一种环保型材料。
2.4.1
养护剂性能指标 (见表1)
2.4.2 养护剂养护施工工艺
(1) 使用工具。压缩型喷雾器, 工作压力0.2～0.4 MPa;胶管与喷雾器配套使用, 长度可视高度和距离而定;搅拌棒、滚刷、秤等附属工具。 (2) 喷洒养护剂时间。合适的喷洒时间是在混凝土初凝及表面没有游离水后喷洒, 喷洒过迟将造成混凝土水份过早、过多蒸发, 喷洒过早则会降低养护剂对混凝土表面的黏接力。 (3) 操作方法。采用喷雾器将养护剂溶液喷洒在混凝土表面, 喷头距混凝土表面约30 cm。喷洒时操作人站在上风处, 从上到下逐行喷洒, 第一遍横向喷洒成膜后 (夏季0.5 h、冬季2～3 h) 进行第二遍纵向喷洒, 喷洒时保证均匀和防止漏喷。 (4) 养护剂用量。养护剂喷洒膜厚按每公斤溶液的喷洒面积控制。喷洒面过大膜厚度太薄, 影响混凝土强度, 面积过小造成浪费, 养护剂用量为4～6 m2/kg。
3 结束语
天津地下直径线创新地提出采用养护剂养护代替传统的水养护, 并成功应用。养护剂养护最大优点是节省时间, 节约施工成本, 增强企业竞争力。养护剂养护对盾构混凝土管片冬季养护有借鉴和推广意义。
参考文献
[1]庞强特.混凝土制品工艺[M].武汉:武汉工业大学出版社, 1988
[2]李玉寿.混凝土原理与技术[M].上海:华东理工大学出版社, 2011
[3]GB506666—2011混凝土结构工程施工规范[S]
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