TBM盾构法管片生产工艺与质量控制

王俊武 杨六斤 董金梅

【摘要】：甘肃引洮总干渠9#隧洞工程采用了双护盾全断面TBM岩石掘进机掘进开挖和预制管片衬砌的施工方法，解决了长距离隧洞用钻爆法开挖和现浇钢筋存在的种种困难。文章以甘肃引洮总干渠9#隧洞工程TBM盾构法管片生产实践为基础，介绍TBM管片生产工艺和质量控制方法，为同类工程提供借鉴。

【关键词】TBM管片预制工艺质量控制

中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：

1工程概述

引洮总干渠9＃隧洞工程位于甘肃省定西市境内，距兰州市约139km。隧洞全长18275m，横断面型式为圆型，净断面尺寸D＝4.96m，设计纵坡为1/1650，设计流量32m3/s，加大流量36m3/s。隧洞采用一台双护盾全断面TBM岩石掘进机掘进开挖、预制管片跟进衬砌的施工方法。隧洞管片衬砌总长度为18175m，每环衬砌由4片管片组成，管片总需量45406片（含加强段底管片）。管片水平投影长度为4.1m，宽度为1.6m，厚度为0.28m，内径为4.96m，单管片形状呈扁平六边形。

2管片生产工艺

管片生产采取工厂化自动化流水线作业，其生产工艺主要为：生产准备模具清理及喷涂脱模剂钢筋笼吊装入模合模紧固入模振捣模口面清理压平预养护室养护蒸养室蒸养出窑开模检查脱模吊运室内静养缺陷处理及标记止水条安装倒运室外存放达到强度进洞安装。工艺流程见图1。

图1管片生产工艺流程图

3管片质量控制

3.1 原材料控制

（一）水泥：管片混凝土设计为C45混凝土，经试验采用祁连山牌P.HSR42.5级高抗硫酸盐水泥。每批水泥运抵工地后，按每200t～400t同厂家、同品种、同强度和等级的原则，提取一个取样单位，进行复检验收。袋装水泥储存时间超过3个月，散装水泥储存时间超过6个月时，使用前均组织重新检验。

（二）骨料：管片混凝土约8.6万m3，共需粗细骨料约10多万m3。经试验采用香泉料场天然砂和白马峡料厂人工粗骨料，天然砂细度模数为3.0，粗骨料最优级配小石：中石=35：65，各项品质指标均满足规范要求。

（三）外加剂：管片混凝土外加剂采用平凉Ⅰ级粉煤灰、JM-PCA(O)和HT-HPC两种减水剂及DH9引气剂，经检测试验其品质较好，减水率、含气量、泌水率比、抗压强度比、凝结时间差均满足规范要求。

（四）水：混凝土生产用水采用经水质检验合格的人工饮用水。

（五）混凝土拌和系统主要由电子称量系统和拌和系统组成。电子称量系统用于确保拌和水泥、骨料、水和外加剂的用量计量准确。拌和系统安装有两个搅拌机，一个用于搅拌，另一个备用，搅拌机容量为1000升，搅拌时间控制在2～3分钟。

3.2 钢筋笼制作

（一）钢筋进场：每批次钢筋在运抵制作现场时，都要对其出厂合格证明进行检查核对，并取样试验满足设计要求后才可使用。

（二）钢筋加工：钢筋加工前，组织有关人员对设计图纸进行审核，确定每种钢筋的实际下料长度，并根据实际下料长度进行钢筋加工。钢筋在下料、弯曲及弯弧成型前，先放样并制作样板，按样板加工钢筋，确保钢筋加工精度。

（三）钢筋笼制作：单片钢筋及骨架成型均采用低温焊接工艺，焊工经过专业培训，持证上岗；焊接前对焊接处进行检查，除取水锈、油渍，焊缝不得出现咬边、气孔、夹渣现象，焊缝长度、厚度和表面要符合设计要求；钢筋笼制作采用自制的钢筋笼胎模，胎模采用钢模形式，两端固定，保证钢筋骨架两端面在同一直线。按施工图纸要求将钢筋骨架及钢筋安装在钢筋笼胎模上，并用22#绑丝绑扎牢固，保证钢筋笼的制作偏差在规范允许的偏差范围内。加工过程要对钢筋笼的材料及成品逐一进行认真检查，对不合格的钢筋笼进行调整或重新制作，以保证符合设计及规范要求。

3.3 模具设计及使用

管片生产采用国外进口的32套定型钢制模具，即：8套底管片模具、8套顶管片模具，16套侧管片模具。每套模具包括底模、前模、侧模、紧固件和顶模，分为上下两部分，上部分为模具箱体，下部分为行走机构。底模整体坐落在带轮子的钢制支架上，并安装有4个附着式高频风动振捣器，4片弧形侧模板与底模连接。

模具在使用时，在孔边与预留孔之间插入硬质塑料芯棒，防止孔边堵塞。模具起吊、运输及翻转，均采用专用的起重工具及设备进行，避免模板变形。模具使用后应及时涂刷模板油，防止其生锈。模具各部位螺孔及螺栓，每次使用前及使用后均应涂油，并严禁灰浆、杂物等进入等螺孔，以防生锈，同时便于顺利组装。

3.4 流水线生产

（一）模具清理：钢筋笼入模前，必须用压缩空气对模具内的残渣和残留混凝土块进行彻底清理，清理过程沿模具表面铲除残留混凝土渣，并严禁用锤敲和凿子凿；模具清理干净后及时喷涂脱模剂。脱模剂采用气压式喷枪喷涂均匀，不得出现积、流等现象，尤其要对安装孔及定位锁等预埋孔进行脱模剂和黄油涂抹，止水嵌条打蜡保护。脱膜剂喷涂完后要将边角处富余的脱膜剂清除，模具未清理或未涂脱模剂严禁钢筋笼入模。

（二）钢筋笼入模：在吊钢筋笼入模前，按规定位置在模具内安装好垫块，垫块用22#绑丝与主筋邦扎牢固，钢筋笼放置于模具平面中间，与周边及底面须按规定位置和数量安置保护层垫块，垫块厚度符合设计规定的保护层厚度3cm。放置好钢筋笼后要立即安装管片安装孔、灌浆孔、定位销套管、道钉等预埋件，预埋件底面必须平整密贴于底模上，并固定牢靠，防止在浇筑时混凝土进入预埋件内或振捣时移位或浮起，导致预埋件损坏。钢筋笼入模过程质检人员对模具的清理、钢筋笼放置位置、保护层厚度、预埋件安装情况等逐一进行检查，并详细记录于自检表中，经监理工程师验收签证后才可允许合模，进入下道浇筑工序。模具合拢时查看底模与侧模接触良好后，才能合上端模和侧模，拧紧螺栓，打入定位销，并接风检查模具4个附着振动器是否正常，而后合上顶模，上紧固定螺栓。钢模合拢后，还应用内径千分尺检查模具的内径尺寸，抽检3点～5点，若超过误差必须重新整模直至符合要求。

（三）混凝土入仓浇筑：混凝土运输采用两级轨轮式平移小车运输并与料灌配合入仓，入仓前先将模具移动至下料斗下方，而后将一级平移小车料灌卸入二级平移小车料灌内，再将下料斗弧门开启进行入仓浇筑，下料中保持下料斗弧门开度与仓内流动速度一致，并执行先两边后中间，分层由低到高的浇注顺序。在确认混凝土进入模具后才能开启模具自身携带的风动振捣器和局部采用φ50软轴振捣器进行振捣，严禁空振。振捣中严格控制振捣时间，不得随意延长或缩短振捣时间，确保振捣密实。振捣中若出现表面平整，有浮浆析出或混凝土表面停止下沉及气泡停止排出时应停止振捣，防止过振。混凝土入仓浇筑完成后在进入蒸养室养护前，要对模具口混凝土进行抹光平整和清理，将多余的混凝土料清除，并对模具边缘的灰浆进行清理，清理模具的水不可流入混凝土仓面。

（四）管片养护：管片混凝土浇筑完毕后要按预定程序进入蒸汽养护。蒸养室分为预蒸养室和主蒸养室。预蒸养护室中设一条线，可养护4个模具，主蒸养室中设两条线，可养护2×11＝22个模具。即先进入30～40℃的预蒸养护室加热养护90分钟左右后，进入60～65℃主蒸养室蒸养养护，时间3～3.5小时；后进入35～40℃的降温区养护1小时出窑。出窑温度保持在30℃左右，与外界温差不大于20℃。每个管片总养护时间约为5.5～6.0小时。蒸养室的蒸汽由两台4t蒸汽锅炉供给，生产能力为2000卡/h，提供的蒸汽压力为0.6～0.8MPa。蒸养室内布设有自动温度感应器，当温度达不到规定要求时，阀门将自动打开并进行加热，保持管片混凝土养护所需水分和热量。养护时间达到规定时间后要及时运出养护室，不应随意延长或缩短蒸养时间，避免对管片质量造成影响。

（五）开模吊运及室内静养：管片出蒸养室后要运到开模位置开模。开模时首先将顶模和边模打开，再将预留孔口的钢制内模取出，用真空吸盘将管片从模具中吸附到管片翻转机，再利用管片翻片机将管片180°翻转过来，然后10t桥式起重机吊运至室内管片静养区。真空吸盘吸附管片前，管片背面要保持干净。同条件蒸养试件强度达到允许的拆模强度时方可脱模，脱模时严禁硬撬硬敲。管片在室内静养区温度最大温差不超过20℃，养护48小时后，利用10t叉车将管片运至室外堆放场地。

（六）室外堆放：管片在室外按顺序四片堆放一叠，上下用150mm×150mm×120cm的方木支垫，并标注采用的模具编号、管片型号、生产日期及生产序列号等。管片在室外存放28天后，再利用10t叉车将管片转运至TBM施工场地堆存，以备TBM掘进施工之用。

（七）缺陷修补：修补前用钢丝刷或加压水冲刷清除缺陷部分，并凿去薄弱的混凝土表面，用水冲洗干净，采用同标号的砂浆填补处理，并抹平，对修整部位加强养护，确保修补材料牢固粘结，色泽一致，无明显痕迹。管片表面裂缝的缺陷修补。管片混凝土限裂设计δ≤0.15mm。对于小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂封堵；大于0.2mm的裂缝，凿一条宽2cm的槽，深度大于裂缝深度，用水冲洗干净，采用同标号的砂浆填补缺陷处并洒水养护。

（八）止水粘贴：管片止水为复合式M型橡胶密封止水条，规格尺寸为26mm×20mm×10.5mm。按照国标和化工行业标准，经对每批（不超过30000m）止水条进行检验，满足设计规定要求。管片止水条粘贴接头采用硫化模压型式，粘贴前清除管片上预留的凹槽面灰尘，并宜在管片进洞前两周之内进行粘贴，避免止水条因刮风、淋雨、受潮而损坏。管片安装前若止水条损坏或遇水膨胀，则必须重新更换，防止安装后剥离、脱落。

3.5 管片检验试验

管片到达龄期后要进行合格检查，实测实量，经监理工程师检查合格的应及时标注合格标志和安装标记。未标合格标志或缺损的管片不得使用。检验过程以每生产5000块（即1250环）为一个单元，抽检管片制作尺寸和安装缝宽是否满足精度要求。抽检方法是在洞外管片场内对管片进行一次现场拼装衬砌环。

3.6 冬季温控措施

首先在预制厂房侧边铺设两排暖气管，从锅炉送暖进行保温，保持室温为20℃；其次在骨料仓下埋设暖气管道，通过通暖对骨料进行加热，同时采用热水进行混凝土拌制，保证出机温度；运输在预制厂房内进行，热量损失较小，能够满足温控要求；除此之外，根据试验增加混凝土的恒温养护时间和管片在室内的养护时间，同时为防止温差过大，对每块管片进行外裹保温被或塑料篷布进行遮盖保温。

4管理措施

设专职质量工程师和专职质检员，对管片生产各个环节质量进行严格控制。生产开始前编制工序作业指导书，聘请专业人员对操作工人进行技术培训，并定期组织质量安全意识教育。在组织生产过程中严格遵守各工序操作规程和管理制度，坚持推行“三检一验”制度，落实工班“自检、互检、交接检”制度，凡检查验收不合格的不得进入下道工序。

5结语

通过对引洮总干渠9#隧洞TBM管片生产工艺过程的控制，不但保证了管理预制质量和施工安全，而且加快了施工进度，为同类工程提供了有益借鉴。

参考文献：

1、《盾构法隧道施工与验收规范》，GB50446-2008，中华人民共和国住房和城乡建设部组编，中国建筑工业出版社出版，2008。

2、《预制混凝土衬砌管片》，GB/T22082-2008，全国水泥制品标准化技术委员会组编，中国标准出版社出版，2009。

3、《水工混凝土试验规程》，SL352-2006，中国水利水电科学研究院组编，中国水利水电出版社，2006。

4、《混凝土及混凝土构件质量控制》，CECS40：92，中国建筑科学研究院组编，中国计划出版社出版，1992。

作者简介：

1、王俊武，男（1974-）甘肃庆城人，工程师、经济师，中国水电四局有限公司第一分局工程管理部科长

2、杨六斤，男（1988- ）甘肃静宁人，技术员，中国水电四局有限公司第一分局甘肃引洮项目部生产技术办副主任。

3、董金梅，女（1974- ）甘肃武威人，助理工程师，青海路拓设施制造有限公司车间主任。