预制钢筋混凝土管片生产工艺工法.

预制钢筋混凝土管片生产工艺工法
QB/ZTYJGYGF-DT-0403-2011
天津建设工程有限公司张国良王成发
1 前言
目前，隧道盾构钢筋混凝土管片施工方法从工艺流程上来讲分为两种，一种为固定台座式施工方法，一种为自动化流水线式施工方法，前者由于效率低、成本高，近年逐渐被后者取代，本工法主要介绍后者的施工工艺。

自动化流水线式生产是通过模具在流水线上运行来实现生产全过程，脱模、混混凝土输送浇筑、振捣、收面、养护等生产流程都在全自动控制下有序运行。

图1 自动化流水线示意图
2 工法特点
2.1采用高精度钢模、低坍落度混凝土、气动振捣和蒸汽养护技术，生产高质量的隧道盾构钢筋混凝土管片。

2.2实施工厂化自动流水线作业，管理相对集中，人为干扰因素少，生产更快捷安全，质量更稳定。

2.3节约人力，节约能源，提高工效。

2.4施工作业规范化、程序化、标准化。

3 适用范围
本工法适用于隧道盾构钢筋混凝土管片的生产，对于其他精度要求比较高的混凝土预制构件的生产也有一定指导作用。

4 主要技术标准
4.1《预制混凝土构件质量检验评定标准》(GB J321)；
4.2《钢筋焊接及验收规程》(GB J18)；
4.3《普通混凝土配合比设计技术规定》(JGJ 55)；
4.4《地下工程防水技术规范》(GB 50108)；
4.5《盾构法隧道工程施工及验收规程》(DG J08-233)；
4.6《地下铁道工程施工及验收规范（2003年版）》(GB50299)；
4.7《盾构法隧道施工与验收规范》(GB 50446)；
4.8《预制混凝土衬砌管片》(GBT22082)。

5 施工方法
盾构钢筋混凝土管片生产工法是利用钢筋加工设备、混凝土搅拌振捣设备、高精度模具、蒸汽养护设备、吊运设备等按照设计要求（包括配筋设计、混凝土抗渗抗压设计要求等）制作成型钢筋混凝土管片的施工方法。

自动化流水线是以主控室为中心，通过液压推进和平移小车使模具在轨道上循环经过各工位，来完成整个盾构管片的生产流程。

以天津公司混凝土构件分公司流水线为例：流水线采用3+1的组合模式，即一条生产线+三条蒸养线，同时蒸养线分为静养区和蒸养区；混凝土通过自动输送平台运输到振动房进行浇筑，共配置10套模具，每个工位节拍为8分钟。

6 工艺流程及操作要点
6.1 施工工艺流程
图2 钢筋混凝土管片自动化流水线生产工艺流程图
6.2 操作要点
6.2.1 生产准备
1生产线布置应符合工艺要求，并根据产能配置生产设备。

2将模具安装到生产线上后，进行质量验收，包括精度、强度等各方面指标。

3安装、调试混凝土搅拌设备，并检定各种计量器具、设备。

4通过试配，确定混凝土设计配合比。

6.2.2 原材料性能要求
原材料进场必须附有质量证明，经复试合格后方可使用。

所有原材性能应符合如下要求：
表1 材料性能要求
序号 材料名称 性能要求
1 混凝土 强度等级不低于C50，抗渗等级不小于P10。

2 钢筋 采用HPB235、HRB335级钢筋，焊条采用E43和E50。

3
水泥
普通硅酸盐水泥P.O 42.5，碱含量不大于0.6%，并符合GB175规定。

模具清理涂油
模具拼装 钢筋骨架加工安装和预埋件安装
混凝土浇筑振捣
外弧面抹面收光 模具精度检测
静养 蒸汽养护
脱模
管片编号标记
保护层检测
管片检查修补
管片水养护
管片存放
管片出厂
下一循环
采用级配良好的Ⅱ区中砂，细度模数2.3～3.0，含泥量不大于1.5%，
4 砂子
泥块含量不大于1%，严禁采用海砂，并符合JGJ52规定。

粒径在5～25mm之间的连续级配的碎石，含泥量不大于1%，针片状含量
5 石子
不大于15%，并符合JGJ52规定。

6 拌合用水符合JGJ63中钢筋混凝土用水规定。

7 粉煤灰采用符合GB/T1596不低于Ⅱ级技术要求的粉煤灰，并符合GBJ146规定。

8 矿粉采用符合GB/T18046的不低于S95级技术要求的矿粉。

9 减水剂采用聚羧酸高效减水剂，应符合GB8076和GB50119规定。

6.2.3 混凝土配合比设计
配合比采用粉煤灰和矿粉双掺技术，并采用低塌落度和低水胶比，管片高性能混凝土配合比设计主要指标如下：
1混凝土强度等级C50，抗渗等级P10，塌落度控制在60～100mm；
2控制水胶比不超过0.46，最大氯离子含量不超过0.06%；
3使用非碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，最大碱含量不超过3kg/m3。

4在满足以上条件的情况下，还应考虑和易性、气泡的控制、初凝时间以及蒸汽养护等因素与生产工艺的适应性，下表是中铁一局集团天津建设工程有限公司混凝土构件分工公司盾构管片的生产配比：
表2 混凝土设计配合比（千克/立方米）
材料名称水泥细骨料粗骨料水减水剂矿粉粉煤灰掺量345 675 1150 150 4.70 80 45
6.2.4 盾构管片模具
盾构管片模具材质为Q345钢材，主体由底模、两侧侧模、两端端模经附件连接组成。

侧模开模方式为平移开合，端模采用翻转式开合。

为保证精度在使用过程中应注意以下几点：
图3 盾构管片模具示意图
1模具精度控制
模具在进场和每周转100次时要进行精度检验，允许偏差和检验方法应符合下表规定：
表3 模具质量控制标准
序号项目允许误差（mm）检验工具检查数量
1 宽度±0.4 内径千分尺6点/个
2 弧、弦长±0.4 样板、塞尺2点/个，每点2次
3 内腔高度-1～+2 高度尺4点/个
2每次打开钢模吊出管片后和闭合钢模准备浇筑管片前，均需使用相应工具（推荐使用竹、木、棉布类工具）及压缩空气等将钢模内外表面清理干净，以免影响模具拼装精度。

3每周需检查钢模所有的定位、螺栓连接、紧固、转动部位的润滑。

紧固螺栓、定位机构、弯螺栓每周都需要加注油脂，否则会影响模具的开合，降低工作效率，影响模具使用寿命。

4对移动件要进行定期清扫（每月至少一次），除去用旧的润滑油，并检查表面的伤痕、咬伤、异常磨损，处理完后，须抹上新的润滑油。

除此之外端模与底模、端模与侧模、侧模与底模接触部位也要定期涂油，不能出现干涩现象。

6.2.5 钢筋加工与骨架制作
1钢筋骨架采用高精度钢胎卡具拼装，保证钢筋骨架两端面平齐，使钢筋骨架入模后其保护层均匀。

2钢筋按批准的钢筋图制备，符合图表中标明的钢筋形状、直径、长度、编号和重量。

3钢筋骨架成型采用低温焊接工艺（二氧化碳气体保护焊），且主筋与箍筋固定采用二氧化碳气体保护焊点焊代替扎丝绑扎工艺。

4Ⅱ级钢筋末端需作90°或135°弯曲时其弯曲半径应大于4倍钢筋直径，而中间部位弯曲时弯曲半径应大于5倍钢筋直径。

5焊接过程中焊缝不得出现咬肉、假焊、夹渣现象，且点焊牢固，防止在吊运时钢筋骨架松动变形。

6严格按照规范要求对成品钢筋骨架进行质量检验，合格后挂牌标识进入成品堆放区待用。

7钢筋骨架安装时不得与模具发生碰撞，由专人安放钢筋部件、预埋配件。

8主筋成形质量控制措施
主筋呈圆弧状（如图），加工时要保证送料平台、弯弧机构、接料平台在同一平面上，避免主筋出现扭
曲、不在同一平面上的现象，影响钢筋骨架成形质量。

图4 盾构管片主筋形状示意图
表4 钢筋骨架加工、制作允许偏差值
序号 项目 允许误差（mm ） 检验工具
检验数量 1 主筋和构造筋长度 ±10
钢卷尺
每班同设备生产15环同类型骨架，应抽检不少于5根
2 主筋弯折点位置 ±10
3 箍筋内净尺寸 ±5
4 箍筋间距 ±10 按每日生产量的3%进行抽检，每日抽检不少于3件，且每件检验4点。

5 分布筋间距 ±5
6 骨架长、宽、高尺寸 +5，
-10 7 主筋层距、间距 ±5 8
主筋保护层
+5，-3
6.2.6 模具清理
1按照先内后外，先中间后两边的顺序，将模具内外围和底部混凝土残留物清理干净。

2检查模具外围密封圈是否清洁好、安装是否正确。

3模具清理时采用钢丝球对模具内腔棱角部位灰浆进行打磨。

6.2.7 涂刷脱模剂
1要求薄而均匀、无集油和淌油现象，别注意模板拐角、棱角处不能漏涂。

2脱模剂涂刷时采用质地柔软、吸水性强的棉布或棉纱，涂抹均匀、不漏涂。

3涂刷完后应有专人检查模具拐角、棱角、手孔盒处脱模剂是否有漏涂现象，若有应补涂。

6.2.8 模具合拢
1按先端头模板、后纵向模板的顺序合模，关闭两个纵向模板应首先抽出侧上边的所有螺栓，防止卡碰导致模板扭曲，拼装标准:模板拐角拼缝处严密、无缝隙。

2合模时应注意检查拼缝部位是否粘有杂物，及时清理，保证模具拼装精度。

3模具螺栓拧紧时采用力矩扳手，控制在300N·M。

4合模后采用内径千分尺检测钢模宽度，合格后进入下一工序。

6.2.9 钢筋骨架安装
1安装钢筋骨架时，应确保钢筋不得与模板磕碰。

2安装模具弯螺栓时应涂上脱模剂，且检查密封圈确保良好。

3检查钢筋骨架保护层，安装预埋件，合格后方可盖上模具盖板。

4安装弯芯棒时应打紧、打严，检查弯芯棒后面紧固装置是否顶紧，避免浇筑振捣时，弯芯棒脱位，弯螺栓孔变形。

6.2.10 混凝土浇筑振捣
1搅拌系统必须定期检验，包括电子称量系统的精确度。

2混凝土通过输送架进入振动房上方进行浇筑，分两次下料，每次一半，分批启动模具自带气动振动器，先开启中间两个气动振动器导流，待注满后四台气动振动器同时开启；空模时禁止启动振动器，否则将导致模具损坏。

振动时间视混凝土流动性而定，控制在4～6min，最多超过10min。

3振动过程须目视检查紧固螺栓和固定螺栓底座、联接螺栓底座、注浆孔螺栓底座。

4如出现下列情况时说明混凝土已振捣好：混凝土表面停止沉落或沉落不明显、混凝土表面气泡不再明显发生或已泛出灰浆、混凝土已将模板边角部位充实并有灰浆出现。

6.2.11 混凝土成型抹面
1全部振捣成型后，视气温及混凝土凝结情况，大约10min 后拆除盖板，进行抹面。

抹面分粗、中、细三个工序，粗抹面（收水）：使用高强钢板刮尺，刮平去掉多余混凝土，并进行粗磨。

中抹面：待混凝土收水后用钢抹子进行抹面，使管片外弧面平整、光滑。

精抹面：力求表面光亮无抹子印，管片外弧面平整度的误差值不大于±2mm 。

2粗、中抹后立即覆盖塑料布，防止静养期间外弧面失水过快产生收缩裂缝。

3抹面过程中要注意掌握恰当时间拔出模具弯螺栓，时间以用手压按混凝土表面，有不明显凹痕时为准。

6.2.12 管片蒸汽养护
1浇捣结束后静停3～4小时开始升温蒸养（静停时间视不同气温作相应变化）。

2蒸养温度控制：管片蒸养分静停T 、 升温S 、恒温H 、降温J 四个阶段。

升温速度每小时不得超过15℃速度，最高温度不超过55℃；恒温2小时以上，相对湿度不小于90%状态，恒温时间根据季节变化做相应调整；
降温速度不超过每小时20℃，并匀速降温至
与室温差不超过15℃。

在整个蒸养过程中， 图5 管片蒸养制度示意图 安排有专人负责，如实记录各测温点的温度变化值。

6.2.13 管片脱模
盾构管片在同条件试件（蒸养）强度达到40%方可拆模。

脱模应注意事项： 1先拆端头板，再拆卸侧板，在脱模时严禁硬撬硬敲，以免损坏管片及钢模。

2管片脱模采用真空吸盘吊具，平稳起吊，不允许单侧或强行起吊，起吊时吊具必须垂直（定期检查真空吸盘的配件和管片起吊保护装置）。

3起吊的管片应在专用的翻转架上翻身，成侧立状态。

4管片在翻身后拆除注浆孔模芯，并清除管片外露铁件表面的砂浆，拆除时应按规定进行，不得硬撬硬敲，以防止损坏模芯、附件及管片。

5翻转架与管片接触部位必须有柔性材料予以保护。

6脱模过程中遇有管片损坏，在获得监理工程师允许后按《管片缺陷修补方案》
温度（C°）时间（h）
20
50
4
8
T
S
H J
55
修补混凝土表面损坏处。

经监理认可后，方可出厂。

7管片脱模后应进行外观检验，并进行修补。

检验标准如下：
表5 管片外观质量要求
序号项目质量要求
1 贯穿裂缝不允许
2 拼接面裂缝拼接面方向长度不超过密封槽、且宽度小于0.20mm
3 非贯穿裂缝内表面不允许，外表面裂缝宽度不超过0.20mm
4 内、外表面露筋不允许
5 孔洞不允许
6 麻面、粘皮、蜂窝表面麻面、粘皮、蜂窝总面积不大于表面积的5%允许修补
7 疏松、夹渣不允许
8 缺棱掉角、飞边不应有、允许修补
9 环、纵向螺栓孔畅通、内圆面平整，不得有塌孔
6.2.14 水养护
以天津公司混凝土构件分公司为例，水养池深3.5米，放置两层管片，存量160环（8天产量）。

管片在水池中堆放排列整齐，并搁置在软质材料的垫条上，垫条厚度一致，每片管片下设三个支点（三根垫条）。

水养7天后出池存放。

6.2.15 成品检验
每块管片必须经过质量自检，经过监理验收符合表6单块衬砌管片质量检验标准规定才能出厂。

表6 单块盾构管片质量检验标准
序号内容检测要求允许误差（mm）
宽度内外侧各测三个点±0.3
1 外形尺寸
厚度测三个点+3，0
2 混凝土强度等级符合GBJ107-87标准符合设计，≥C50
3 混凝土抗渗等级试验从水压为0.1Mpa开始,每
隔8h增加水压0.1Mpa,当6个
试件中有3个试件端面呈有渗
水现象时,即可停止试验,记
下当时水压。

符合设计，≥P10
4 混凝土检渗漏检验1.0Mpa水压力作用下,恒压2
小时,渗水线不得超过管片厚
度的1/5
符合设计
6.2.16 管片三环试拼
管片试拼
管片试生产后必须经过三环拼装，检验合格确认后方可投入正式生产。

投入正式生产后每100环中任意抽取3环进行水平拼装，监理检验合格后可继续生产。

表7 三环拼装允许误差和检查方法
序号内容检测要求检测方法允许误差（mm）
1 环缝间隙每缝测6点塞尺 2
2 纵缝间隙每缝测2点塞尺 2
3 成环后内径测4条钢卷尺±2
4 成环后外径测4条钢卷尺+6,-2
6.2.17 管片堆放
1在管片内弧面标明管片型号、生产日期。

管片堆放排列对应整齐，并搁置在柔性垫条上，垫条厚度要一致，搁置部位与环向弯螺栓位置对应。

每块下放置3根垫条，垫条采用100mm×100mm方木。

2管片堆场应坚实平整，管片应整齐堆放，侧立状态堆放高度不超过3层。

3管片在场内应小心搬运及堆放，由此引发的内应力不超过混凝土抗压强度的1/3。

7 劳动力组织
以天津公司混凝土构件分公司生产经验为例，按照10套模具、生产两翻，日产20环，劳动力配置如下表：
表8 管片生产主要工种配置（按两班配置）
序号工种主要工作数量（人）
1 现场试验工现场试验及相关工作 4
2 电工现场电器件维护管理 2
3 机修工设备、机具修理和检修 2
4 钢筋工钢筋加工、骨架成型24
5 混凝土工模板支立、拆除、混凝土浇筑和成型20
6 抹灰工管片混凝土抹面12
7 吊装工管片、混凝土吊运、生产吊运10
8 司炉工负责锅炉日常工作 2
9 止水带安装工安装止水带 2
10 翻转架操作手操作管片翻转架 2
11 修补工管片修补 4
12 司机管片倒运 4
合计88
8 主要机具设备
以天津公司混凝土构件分公司生产设备配置为例，依据管片生产流程的不同阶段，可以将主要设备分为与混凝土生产有关的设备、钢筋加工设备、管片成型设备、吊运设备、成品检验设备和配套设备等六大种类，具体配置见表9。

表9 管片生产主要设备
序号所属类型设备名称规格型号数量用途
1
与混凝土生
产有关搅拌站HLS120QJCT 1套混凝土拌和
2 混凝土输送系统2方1套输送混凝土
3 检试验设备钢筋混凝土1套钢筋混凝土原材等检试验
4
钢筋加工、
组装全自动数控弯箍机12D-2/12B-2 2台
箍筋、构造筋、分布筋加
工
5 数控小型棒材剪切线XQ-120 1台主筋（螺纹钢）切断
6 弯弧机50型/40型2台主筋（螺纹钢）弯弧
7 弯曲机50型/40型3台主筋（螺纹钢）弯钩、螺
旋筋加工
8 二氧化碳气体保护焊机YD-350KR 12台钢筋骨架组装
电弧焊机YK-405FL 2台钢筋骨架定位
序号所属类型设备名称规格型号数量用途
9 成型胎具12套钢筋骨架组装
钢筋骨架输送系统2t 1套输送钢筋骨架至流水线
10
管片成型成型模具10套混凝土成型
11 自动化流水线HLS60D 1套管片生产各工位运转
12
吊运类吊具专用1套管片吊装
13 管片转运平车30t 2台转运管片
14 龙门吊10t 4台管片场外存放、外运及成
品试验
15 天车双梁Q10t 3台生产车间配套
16 天车单梁Q5t 3把生产车间配套
17 叉车7t 1台
18
成品检验水平拼装试验台1套管片三环拼装检验
19 检漏试验台1套管片检漏
20 抗拉拔试验台1套管片拉拔试验
21
配套类气源系统11.5方1套
提供自动流水线和振捣工
作气源
22 管片翻转架GPF-1 3台管片翻转
9 质量控制
9.1 易出现的质量问题
9.1.1 钢筋加工、骨架成型尺寸超差，保护层不符合规范要求。

9.1.2 模具拼装不严密或模具变形导致成品尺寸超差。

9.1.3 混凝土性能不能满足施工要求，施工不当导致影响混凝土外观。

9.2保证措施
9.2.1 钢筋加工、骨架成型控制
1钢筋在断料、弯曲及弯弧成型之前，先制作样板，按样板加工钢筋，确保钢筋加工的精度，保证弯弧形状符合设计要求。

2利用专用钢胎卡具进行钢筋骨架的总装成型，胎卡具按照钢筋的设计间距、位置，加工若干个槽口，进行钢筋的精确定位。

3采用气体保护焊接工艺，凡钢筋交叉点，预埋件锚筋搭接，均焊接牢固。

既增强钢筋骨架的刚度，又防止其变形，也确保整体电气连通达到防迷流效果。

4采用硬塑料钢筋支架来控制钢筋的保护层，以保证保护层厚度的准确性，同时也有利于管片的外观质量。

9.2.2 模具方面的措施
1为保证管片部位尺寸的精度要求，及提高管片的外观质量，管片模板均采用高精度定型钢模板，以确保接缝严密及线形美观。

2为防止管片侧面及端面的预留孔边内进入水泥浆，在孔边与预埋件之间插入弯芯棒，防止孔边堵塞。

3钢模板的起吊，运输，均采用专用的起重工具及设备进行，防止模板变形。

4注意模板的日常维护工作，使用后及时涂刷模板油，防止其生锈。

各部位螺孔严禁进入灰浆等杂物。

各部位螺孔及螺栓，每次使用前及使用后均应涂油，以防生锈，同时便于顺利组装。

5为防止管片在拆模过程中出现掉角现象，特规定管片的同条件蒸养试件强度达设计强度的40%时，方可脱模，脱模时严禁硬撬硬敲。

9.2.3 混凝土施工的措施
1严格按照设计配合比投料。

每天浇筑前由测试人员测定砂，石的含水量，准确出具当日的施工配合比，确保配料准确。

2搅拌站计量器具坚持按规定校核，确保混凝土投料偏差在范围内。

3采用混凝土搅拌站拌合混凝土，严格控制搅拌时间，每台班至少进行三次坍落度检测，发现问题及时调整，以保证混凝土具有良好的和易性，坍落度偏差要符合设计要求。

4严格执行浇筑顺序，并严格按照施工方案中所制定的方法振捣，确保混凝土振捣密实，减少气泡，砂眼的出现，做到内实外美。

5尽量减小水灰比，缩短外弧表面的收水时间，收三次面，防止出现收缩裂缝，同时提高外弧面的外观质量。

6为提高管片拆模时的强度，在浇捣后进行蒸汽养护，以减少在拆模过程中棱角损伤的几率。

蒸养时管片上覆盖一层塑料布，以防止蒸汽水滴，滴落其表面影响外观质量。

7管片蒸养后，水养护7天，以达到规定的养护标推。

8管片脱模后即加盖浇筑日期、型号。

9管片到龄期后即进行产品合格检查，实测实量，填写产品合格证和加盖合格章，合格章有专人保管和盖章。

10 安全措施
10.1 主要安全风险分析
管片生产过程中吊运工作较多，施工作业人员应切实做好天车和龙门吊等吊运设备的维护、检修工作，规范操作，以防止高空坠落、物体打击发生；生产过程中使用电气设备较多，应防止触电发生。

进场前必须经专业培训，取得特殊工种作业证，达到要求后方能进场作业。

10.2 保证措施
10.2.1管片生产的全体操作人员必须进行安全技术交底，并进行各规范学习。

10.2.2人员进场必须戴好安全帽，不得在起吊物下站立及行走。

10.2.3吊车司机必须经培训考试合格后才能进行单独操作，行车启动前须打铃，检查各方面动态，工作时必须集中注意力，听从起重工的指挥。

10.2.4一切机械设备严格按有关操作规程进行操作，做好经常性的检查保养工作，非操作人员一律不得擅自使用。

10.2.5电气设备维修保养一律由电工进行，机械停止使用时应切断电源。

10.2.6各种吊运钢丝绳，夹具，销轴等物件使用之前必须检查，并及时修复更新。

10.2.7管片堆放时不得超高，要堆放平整，避免倾覆。

11 环保措施
针对施工过程中的实际情况，对混凝土浇筑工位修建隔音房，安装隔音门，降低噪声；修建沉淀过滤池，废水排放前要经过处理并排放到远离居民生活用水区，并定期联系当地环保监督部门对水质进行检验，确保当地水质不被污染。

12 应用实例
12.1 工程简介
天津地铁6号线工程东北起自大毕庄，南至津南区双港，线路全长53.442Km，共设46座车站，车辆段一座，停车场一座。

中铁一局集团天津公司混凝土构件分公司负责其中15130环管片预制施工。

图6 厂区3D 效果图
12.2 施工情况
目前正在进行天津市地铁6号线盾构管片生产。

合同工期为2012年4月1日～2014年12月31日。

从管片模具清理、合模、安装钢筋骨架，到浇筑、收面静养、蒸养、脱模整个循环用时8～9小时，日产量可达20环，年产量预计可达6000环。

12.3 工程结果评价
自动化流水线管片生产工艺较传统工艺节约人工约30%，生产能力可以提高30%，节约生产成本，为新技术、新工艺、新设备的合理使用。

在施工过程中减少人为因素干扰，质量稳定，安全可靠。

12.4 建设效果及施工图片
图7 盾构管片生产流水线 图8 钢筋加工车间
图9 模具清理涂油图10 钢筋骨架安装
图11 模具合拢图12 振动房浇筑
图13 收面刮平图14 管片脱模1
图15 管片脱模2 图16 管片翻转
图17 管片水养护 图18 三环拼装
图19 管片抗渗检漏试验 图20 钢筋骨架组装。