狮子洋隧道盾构管片试生产技术

狮子洋隧道盾构管片试生产技术
郑清君;王坤;杜闯东;蔡军锋
【摘要】狮子洋隧道是国内第一条铁路客运专线盾构隧道,隧道防水设计等级为一级,且隧道处于氯盐及化学侵蚀环境下,对管片结构自防水要求.结合管片混凝土原材料选择、配合比试配、试生产,依据设计文件中对管片质量的具体要求,采取针对措施,在深入学习和理解现行客运专线规范对混凝土特殊要求基础上,对管片试生产进行了总结,管片成品等各项指标均满足规范要求,对类似工程施工有一定的参考价值.【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2007(000)0z1
【总页数】4页(P162-165)
【关键词】客运专线;盾构隧道;管片;混凝土;施工
【作者】郑清君;王坤;杜闯东;蔡军锋
【作者单位】中铁隧道股份有限公司第一工程公司,河南新乡,453000;中铁隧道股份有限公司第一工程公司,河南新乡,453000;中铁隧道股份有限公司第一工程公司,河南新乡,453000;中铁隧道股份有限公司第一工程公司,河南新乡,453000
【正文语种】中文
【中图分类】U459.1
1 工程概况
狮子洋隧道位于广深港铁路客运专线东涌站—虎门站区间，全长10.8 km，是铁
路客运专线水下大直径泥水盾构圆形隧道，SDⅢ标盾构段采用2台泥水平衡式盾
构施工[1]，左线4 450 m，右线4 750 m，采用单层钢筋混凝土衬砌管片结构。

盾构段结构内径9.8 m，外径10.8 m，每环管片32 m3混凝土，采用“7+1”分块方式的钢筋混凝土单层管片衬砌，分块形式为5+2+1。

衬砌环为双面楔形通用环，宽2 m，衬砌环楔形量24 mm。

管片环采用错缝拼装，管片接缝采用双道弹性密封垫防水。

管片采用斜螺栓连接，环向接缝设置纵向斜螺栓，纵缝内设置环向斜螺栓。

本工程是铁路客运专线第一个盾构管片工程，对管片混凝土质量要求高，要求配置以抗裂、耐久为重点的高性能混凝土，且国内有关2 m宽管片生产经验较少，为
减缓碳化速度，满足客运专线高性能混凝土各项要求，正式生产前先进行试生产，对管片混凝土试配比、生产工艺等进行了验证。

2 结构耐久性设计
本工程管片工程主体结构设计使用年限为100年，结构迎土侧环境类别为氯盐环
境和化学侵蚀环境，环境作用等级为L1和H2级；结构背土侧环境类别为化学侵
蚀环境和碳化环境，环境等级为H2级和T3级，要求混凝土56 d电通量<1 000 C。

混凝土中掺加改性聚丙烯纤维，以降低凝结过程中的早期收缩裂缝，并有利于结构的耐火性。

3 配合比设计
以往普通铁路工程和市政等管片工程对混凝土技术性能的要求并不是很高，特别是很少针对耐久性能和使用年限提出具体要求，因此对混凝土原材料的质量要求也相对较低，施工中在原材料选择时基本上以就地取材为主，多以价格低廉和运距近为主要出发点，并非在质量指标上追求精益求精[2]。

在配制混凝土方面主要强调力
学性能指标，对耐久性指标无明确要求。

而铁路客运专线工程对混凝土的技术要求
高，特别是对混凝土耐久性能，强调混凝土的高性能化(耐久性要求)，在管片混凝土配合比选定试验中，为适应客运专线混凝土工程耐久性的新要求，在原材料选择和混凝土配制的思路上相比较以前有了重大调整。

选定的管片混凝土配合比见表1。

表1 管片混凝土试生产配合比水泥/(kg/m3)砂/(kg/m3)碎石/(kg/m3)水/(kg/m3)粉煤灰/(kg/m3)减水剂/(kg/m3)抗压强度/MPa7d28d56d含气量/%56d电通量
/C3626111241145914 5347 354 762 33 5618
4 管片厂场地布置
管片厂主要有管片生产车间、管片养护池、管片堆场组成，管片生产车间由2跨
组成，长102 m，每跨宽24 m，共布置6套模具，由钢筋加工车间和混凝土车间组成，计划每天生产9环管片。

(1)钢筋加工车间
配备有2台桥吊。

制作区设备有钢筋切断机2台、弯弧机2台，弯箍机6台；焊
接区布置2套共16个胎模，12台CO2焊机组，钢筋车间能满足日均生产9环管片的钢筋加工要求。

(2)管片生产车间
配有3台桥吊、2台管片翻转机、1台真空吸盘机等。

管片车间旁边建有120型
混凝土搅拌站供应混凝土，汽车运输混凝土进管片车间、桥吊配合进行浇筑，布置1台燃油锅炉进行蒸气养护。

(3)管片养护池
共建造4个800 m2的水养池，满足管片14 d水养护需要，达到设计强度后出场。

(4)管片堆场
管片在堆场内采用立放两层的堆放方式堆放。

堆场地面全部硬化，并采用混凝土垫条进行精确调平，垫条上铺设柔性橡胶垫，两层管片之间采用方木隔离。

场内设龙门吊，覆盖整个堆场。

(5)模具特点
①采用侧板平移式管片模具，精度高，操作简便、省力，降低工人的劳动强度，提高工作效率。

②模具自带附着式振动器，浇筑中附着式振动器整体振捣配合人工插入式振捣进行施工，快速、省力，自动化程度高。

5 管片生产工艺流程
管片生产工艺流程为：管片模具设计制造→管片模具运输→管片施工场地准备，模具组装调校→钢筋笼制作，钢筋笼入模、预埋件安装→混凝土搅拌及运输，混凝土浇筑、振捣、抹面→蒸汽养护→脱模→水养→管片产品检验、修补及试验→管片成品存放。

6 管片生产技术措施
6.1 管片模具
6.1.1 设计与制造
管片结构施工图设计完成后及时进行管片模具的设计与制造，加强监造，模具制作符合规定且便于支拆。

管片模具具有足够的承载力、刚度和稳定性，具有良好的密封性能、不漏浆，保证在规定的周转使用次数内不变形。

6.1.2 组装与调校
(1)模具组装
①组模前清理模具，按照先内后外、先中间后四周的顺序，用干净的抹布清理模具内表面附着杂物、浮锈，关键部位如吊装孔座、手孔座采用专用工具清除孔内积垢，最后利用压缩空气吹净模具内外表面的附着物。

②选用质量稳定、适于喷涂、脱模效果好的高分子脱模剂，专人负责涂抹，涂抹前先检查模具内表面是否清理干净，钢筋骨架和预埋件严禁接触脱模剂。

③使用干净抹布均匀涂抹，要求薄而匀，不得出现流淌现象；模具夹角处无漏涂、
积聚，否则采用棉纱清理。

④两端模闭合后，将其与底模相连接的固定螺栓锁紧；旋转侧模的螺旋分离器，两侧模闭合后，旋转锁紧侧模与底模相连接的固定螺栓。

⑤把侧模板与底模板的固定螺栓装上，组模时用手拧紧后再用专用工具从中间位置向两端顺序拧紧，不得用力过猛，严禁反顺序操作。

(2)模具调校
模具组装好后，对其宽度、弧长、手孔位进行测量，不合格者进行及时调校，以保证成品精度。

检测宽度时，内径千分尺的测头必须在指定检测点方能进行；在模具投入生产后，每天对产品进行宽度、对角线等的测量，发现尺寸有超差，马上对钢模进行检测。

6.2 钢筋笼
6.2.1 钢筋笼制作工艺流程
原材料检验→调直、断料→弯弧、弯曲→部件检查→部件焊接→骨架成型焊接→钢筋笼检验。

6.2.2 钢筋笼制作工艺要点
(1)严格控制钢筋的原材料质量。

钢筋的调直、下料、弯弧、弯曲，采用人工配合钢筋加工机械完成。

钢筋先在小模型架上焊接成片，然后将成片的部件放在钢筋笼胎模上用CO2保护焊机焊接成型，成型后检查钢筋直径、数量、间距、焊接牢固情况、焊接烧伤情况等。

(2)焊接前焊接处不应有水锈、油渍等；焊后焊接处不应有缺口、裂纹及较大的金属焊瘤，焊缝长度、厚度必须符合设计要求，焊接后氧化皮及焊碴清除干净。

(3)钢筋笼检验合格后放置在存放区，并设明显合格标识牌。

使用时用桥吊将钢筋笼装入车间内的轨行平板运输车，运到混凝土车间使用。

6.2.3 钢筋笼入模及预埋件安装
(1)安排专人按模具的型号规格将钢筋笼、预埋件、螺旋构造钢筋、螺栓分别摆放
在模具附近指定位置，保证环、纵向螺栓孔预埋件、中心吊装孔预埋件和模具接触面密封良好。

(2)用四点吊钩将钢筋笼按模具规格对号入模。

保证起吊过程平稳，严禁钢筋笼与
模具发生碰撞。

(3)安装保护层垫块。

根据不同部位选用齿轮形和支架形两种。

其中支架形用底部
对称设垫6只、封顶块底部对称设垫4只；齿轮形用于侧面，每块两侧面设垫6只，端面每块两侧设垫均为4只。

(4)安放预埋管时，先将管套上螺旋钢筋，将螺杆插入模具后进入预埋管管内，对
准手孔座孔位处事先安放的垫圈，固定螺杆。

(5)螺杆头部须全部插入到手孔座的模孔内，防止连接不紧出现缝隙造成漏浆现象。

(6)专人检查预埋件有无遗漏、是否安装牢固、各附件是否按要求安放齐全、牢固，检查钢筋骨架保护层垫块是否安放正确，保证主筋保护层为+50 mm。

(7)对手孔垫圈锚固脚与钢筋骨架进行焊接，焊口要牢固。

如附件、附筋与骨架碰
不上，可加焊短钢筋连接，焊接同时要用特殊纸皮承接掉落的焊渣，以免烫伤模具内表面，降低光洁度。

6.3 混凝土浇筑
6.3.1 混凝土搅拌、运输
(1)全自动(集中)拌和站现场拌和生产混凝土，为保证混凝土性能的稳定，定期检验混凝土搅拌站上料系统和搅拌系统电子称量系统，保证机器运行精度。

(2)搅拌时先加入砂、水泥、粉煤灰和纤维，搅拌均匀后加水将其搅拌成砂浆，再
加入碎石，充分搅拌后再加入外加剂，保证搅拌时间不少于2 min[3]。

(3)混凝土拌制好后，放入料斗，用汽车运到混凝土车间使用。

6.3.2 混凝土浇筑、振捣、抹面
(1)振捣时间3～5 min；振捣过程中观察模具各紧固螺栓、螺杆以及其他预埋件的情况，发生变形或移位，立即停止浇筑、振捣，在已浇筑混凝土凝结前修整好。

(2)混凝土浇捣后30～50 min拆除压板，具体时间随气温及混凝土凝结情况而定，做管片外弧面的收水工序；先进行粗抹面，使用铝合金压尺，刮平去掉多余混凝土(或填补凹陷处)，使混凝土表面平顺；然后进行中抹面，待混凝土表面收水后使用灰匙进行光面，使管片表面平整光滑；再进行精抹面，以手指轻按混凝土有微平凹痕时，用长匙精工抹平，力求使表面光亮无灰匙印。

(3)打开顶板时插牢顶板插销，以防顶板落下伤人。

(4)在混凝土浇筑完1 h左右拔出螺杆并及时清洗干净，涂抹黄油后放指定位置备
下循环使用。

6.4 管片养护、脱模和堆放
6.4.1 蒸汽养护
(1)蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温4个阶段，采用蒸汽养护可达到提高混凝
土脱模强度、控制温度裂缝、缩短养护时间，为加快模具周转创造条件。

(2)蒸汽养护可认为是一种特殊的湿养护[4]，在这种养护条件下，水泥浆体呈微晶
态且具有较低的比表面积，其收缩量比正常条件养护的小5～10倍，有时达17倍。

混凝土干硬后通过蒸汽养护和水养，可避免因失水干缩造成的裂纹，管片混凝土出现裂纹主要是由于塑性收缩和温度收缩造成的。

(3)混凝土浇筑完成4～6 h后方可升温[5]，加盖养护罩，引入饱和蒸气进行养护。

(4)升温、降温速度不得大于10 ℃/h。

(5)升温时间控制在2～3 h，以防止温度升高过快造成混凝土膨胀损害内部结构。

(6)恒温阶段1.5 h左右，恒温期间混凝土内部温度不宜超过60 ℃，最高不得大于65 ℃。

(7)降温时间必须控制在1.5 h以上，到达规定的蒸养时间后关上供汽阀，部分掀
开帆布套，让模具和混凝土自然冷却1 h后再全部揭走帆布套，0.5 h后对同条件混凝土试块进行试压，强度达到20 MPa以上时，开始脱模，脱模时管片表层混
凝土与环境之间的温差不得大于20 ℃。

6.4.2 脱模
(1)脱模顺序：松开固定螺杆，打开模具侧模板，打开模具端板，将吊具连上管片，振动脱模。

(2)脱模时使用专用吊具，由专人向门吊司机发出起吊信号。

(3)管片在翻片机上进行90°翻转后再换专用吊具将管片吊离，严禁锤打、敲击等
野蛮操作。

6.4.3 水养
(1)管片出模后及时进行水养护，放入养护池时管片表层混凝土与养护水的温差不
得大于20 ℃。

(2)管片在水池中养护时，经常检查水温，防止水温过高和过低。

(3)管片转运过程轻吊轻放，防止损坏管片边角，冬季时采取保温措施。

6.4.4 管片堆放
(1)管片标识
①管片模具上标识刻在模具中心位置，管片浇筑成型后，在管片内弧上形成拼装永久性的标记。

②管片标识由人工盖在内弯弧面右上角和正对内弯弧面的右面端面上端。

标识内容：管片型号(配筋类型)、生产日期、合格状态等。

(2)管片运输
①管片内弧面向上呈元宝形平稳地放于装有专用支架的运输车辆的车斗内。

②在同一车装运两块以上管片时，管片之间附有柔性材料的垫料，堆放高度以2
块为限。

③挂吊管片时，保证吊钩和吊索钩稳、挂正才起吊；平稳起吊，轻吊轻放，作业过程发出信号清晰明确，严禁人员在起重臂和已吊起的重物下停留和行走。

④管片装卸车时，缓慢、平稳进行，逐件搬运，起吊时加垫木或软物隔离。

7 管片缺陷等级
管片须进行外观质量检验，不宜有一般缺陷，严重缺陷的管片不得使用[5]。

缺陷等级划分见表2。

表2 混凝土管片外观质量缺陷等级名称现象缺陷等级露筋管片内钢筋未被混凝土包裹而外露严重缺陷蜂窝混凝土表面缺少水泥砂浆而形成石子外露严重缺陷孔洞混凝土内孔穴深度和长度均超过保护层厚度严重缺陷夹渣混凝土内夹有杂物且深度超过保护层厚度严重缺陷疏松混凝土中局部不密实严重缺陷裂缝可见的贯穿裂缝严重缺陷长度超过密封槽且宽度>0 1mm的裂缝严重缺陷非贯穿性干缩裂缝一般缺陷外形缺陷棱角磕碰、飞边等一般缺陷外表缺陷密封槽部位在长度500mm的范围内存在直径5mm以上的气泡15个以上严重缺陷管片表面麻面、掉皮、起砂、存在少量气泡等一般缺陷
8 管片制作精度
单块管片外观尺寸偏差和检验应符合表3规定。

表3 预制成型管片允许偏差名称允许偏差/mm检验频率宽度±0 5每块，内外侧各3点弦长弧长±1每块，内外侧各3点厚度+3，-1每块，内外侧各3点螺孔直径及位置±1每块，内外侧各3点
9 结语
通过管片试生产验证，现场机械设备、检测设备、人员配置及施工经验参数满足施工需要，保证了管片混凝土质量，通过对试生产管片进行的强度试验、抗渗试验、检漏试验、抗弯试验、水平拼装等检验，均能满足设计和规范要求。

参考文献：
[1]徐军哲.广深港铁路客运专线隧道SDⅢ标盾构工程管片制作施工方案[R].2007：1-25.
[2]冯健.铁路客运专线高性能混凝土的原材料选择与配制[A].中铁隧道集团2006年客运专线专题学术交流大论文集[C].洛阳:中铁隧道集团有限公司，2006：113-116.
[3]TZ210—2005，铁路混凝土工程施工技术指南[S].
[4]杨德铣，王超峰.大体积混凝土管片生产过程裂纹控制技术探讨[J].隧道建设，2007，27(3):24-27.
[5]铁建设[160]号，铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S].。