5盾构机管片的生产安装与防水.docx

1、5盾构机管片的生产安装与防水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

2、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

3、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

4、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。 管片

5、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。 图 混凝土浇捣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

6、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60，每小时升温不得超过

7、15，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20。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

8、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

9、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20。 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

10、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

11、、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

12、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）B1B3L1L2K。程序二：B2（底片）B3B1L2L1K。需要注意的是，直线段的标准环管片规格相同，

13、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

14、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

15、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34mm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，当丁晴软木厚度超过4毫米时，在对应位置的弹性密封垫上粘贴红色的遇水膨胀橡胶。举例如右图所示：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

16、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。2.5.4管片与盾壳局部无间隙或间隙量小采取下环管片整环位移的拼装方法，应首先根据情况确定是否粘贴丁晴软木设定局部超前量，然后在B2块拼装时，有的放矢地进行定位，随着各块管片有意识地向内或向外拉伸安

17、装。但要求管片拉伸量（环面错台量）不得超过5毫米。实施管片内翻或外翻，此时，调整管片丁晴软木的厚度。2.5.5上超前或下超前量偏大一般在无盾构姿态调整或盾尾间隙要求的情况下，管片的上、下超前量应界定于10mm范围内，超过10mm时，应及时调整超前量。超前量做法与竖曲线纠偏软木粘贴方法基本一致。2.5.6内、外张角张角一般系管片成环椭圆度所致。这时，应调整各块管片的径向位置，保证其位置圆弧位置，即可得到解决。2.5.7前、后喇叭在环管片拼装过程中，如发现上环管片产生喇叭现象时，应首先测量纵缝扩张值，然后在本环与上环管片对应位置的两相邻管片上粘贴丁晴软木，纠正喇叭。如为前喇叭，应在两管片远离喇叭的

18、一端，加厚丁晴软木粘贴量，当加贴量超过3mm时，应考虑管片软木的渐变量问题，并注意加贴膨胀橡胶。反之，如为后喇叭，则应在靠近喇叭一侧加贴软木橡胶和遇水膨胀橡胶。2.5.8丁字缝渗水应采取在封顶块和邻接块相接部位加贴遇水膨胀橡胶或自粘性防水橡胶的做法予以缓解，一般遇水膨胀橡胶长度应介于20cm30cm即可。根据渗水程度，由轻微到严重，材料选择可以按照自粘性防水橡胶、1mm3mm遇水膨胀橡胶的顺序采用。2.6螺栓安装螺栓安装质量应做到以下两条：螺栓紧固，无松动现象；螺柱对成分布，在加设垫圈和遇水膨胀胶圈且紧固后，螺柱在螺母两侧的裸露量基本一致。为使螺栓最终到达紧固标准，要求螺栓紧固应分三步进行：在

19、管片拼装完成后，即实施第一遍紧固；在管片脱出盾尾后，进行第二遍紧固；在管片越过操作室进入后备台车后，进行第三遍紧固。建议一、二遍紧固由管片拼装人员完成，第三遍紧固由看土箱人员完成。2.7左、右转弯环的选择在非设计指定位置采用左转弯环或右转弯环管片时，首先，应分析盾构姿态状况、隧道轴线和盾尾间隙量三方面的情况，当盾尾水平超过60mm，盾构仍需继续纠偏，且盾尾间隙量不能满足纠偏条件时，可以考虑增设或更改转弯环管片类型。2.8拼装注意事项在施工中,还有一些问题虽然不大,但也影响施工质量2.8.1严格杜绝采用双轨梁拼装B2管片；2.8.2严禁在拼装机未将管片姿态摆放正确的情况下，采用千斤顶直接将管片推

20、动就位。2.8.3严禁在管片拼装前将所有千斤顶全部回缩，应根据拼装块位置，分区回缩。2.8.4注意B2块的拼装定位，B2块的位置直接关系到整环的拼装位置与质量。三、管片防水3.1防水要求根据地下工程防水技术范（GB50108-2001）,地下铁道区间隧道的防水等级一般为2级，即：总湿渍面积不应大于总防水面积的6/1000；任意100m2防水面积上的湿渍不超过4处，单个湿渍的最大面积不大于0.2m2。3.2隧道渗漏原因分析引起隧道渗漏水的原因主要是防水材质不良或违反操作规程造成的，具体可分为以下几类：（1）管片没有达到设计要求的强度和抗渗等级；管片表面出现气孔和龟缩裂缝；管片在运输、拼装中受挤压

21、、碰撞，缺边掉角。（2）水膨胀橡胶粘贴不牢或下坡时过早浸水使膨胀止水效果降低。（3）管片拼装质量差，螺栓未拧紧，接缝张开过大。（4）手孔、螺栓孔等薄弱部位未加防水垫片，封孔施工质量差。3.3防水环节（1）管片外注浆防水（2）管片自防水（3）衬砌接缝防水（4）手孔、螺栓孔防水（5）嵌缝防水 （6）洞门防水3.4防水施工方法3.4.1管片外注浆管片外注浆是隧道防水的第一道防线，盾构机推进后,盾尾空隙在四周土体坍塌前及时进行压浆,不但可以防止地面沉降,而且有利于隧道衬砌的防水,选择适用的浆液、注浆参数、注浆工艺可形成稳定的管片外围防水层，将管片包围起来，形成一个保护圈。3.4.2管片自防水结构自防水

22、是首选的防水措施，主要方法是管片材料采用防水混凝土，混凝土的强度等级C50,抗渗等级Mpa。3.4.3衬砌接缝防水加强接缝防水效果，在管片接缝中设置弹性密封垫和嵌缝两道防水措施，并以弹性密封垫为接缝防水的主要措施。1）衬砌环缝、纵缝沟槽尺寸相同，弹性橡胶密封垫的材质为三元乙丙橡胶和水膨胀橡胶。如下图所示。防水结构图2）弹性橡胶密封垫与管片间用单组份氯丁-酚醛胶结剂粘结。涂刷前，保持管片、密封垫干燥（运输过程中装在塑料袋内防潮，运至现场后放在烘干房内保持干燥），涂刷中将密封垫沟槽满涂，并且涂抹均匀，等到胶结剂不沾手时再粘贴。这一工作在管片下井前完成。嵌缝防水示意图3）封顶块拼装前在密封垫表面涂润

23、滑剂，减少封顶块插入时弹性橡胶密封垫间磨阻力。如下图所示。封顶块示意图4）拱底部分管片（XB2）拼装前在密封垫表面涂缓膨胀剂，防止拱底部分的密封垫过早遇水膨胀。如下图所示。XB2块示意图5）衬砌嵌缝防水变形缝，钢管片衬砌环环缝、纵缝，钢管片衬砌与混凝土衬砌间环缝采用高模量聚氨脂密封胶整环嵌缝;其它环纵缝处采用氯丁胶乳水泥嵌缝。环纵缝嵌缝拱顶150和拱底101、进出洞口20环采用整环嵌缝。3.4.4衬砌角部防水在橡胶密封垫外角部覆贴自粘性橡胶薄板，加强弹性密封垫角部防水；橡胶薄板粘贴时仅覆盖一半弹性密封垫表面（遇水膨胀橡胶表面全露）。衬砌角部防水示意图3.4.5手孔和螺栓孔防水道床表面下手孔封填与道床混凝土的浇筑一并完成；其余手孔封填硫铝酸盐超早强（微膨胀）水泥。螺栓孔的密封圈采用遇水膨胀橡胶材料利用压密（安装螺栓时的扭力）和膨胀双重作用加强防水。手孔和螺栓孔防水示意图环（纵）向螺栓孔密封垫圈详图3.4.6洞门防水出、进洞防水主要由帘布橡胶板装置构成，如下装置图所示出洞帘布橡胶板装置图进洞装置图