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地铁工程盾构预制混凝土管片生产工艺研究

摘 要:结合青岛地铁 8 号线盾构预制混凝土衬砌管片生产工程实例,通过对管片生产工艺及生产要点进行分析,总结生产过程注意事项,避免成品管片蜂窝、麻面等产生,采用特殊材料对管片进行修复,通过型式检验试验检测合格,提高管片质量,保证地铁工程安全运营,为管片生产提供参考。
1 工程概况
  青岛地铁 8 号线工程盾构区间工程,预制混凝土衬砌管片外径 6. 7 m,内径 6 m,宽 1. 5 m/环,厚 0. 35 m,管片分为 6 块,包括标准衬砌环、左转弯衬砌环和右转弯衬砌环,管片环、纵缝接触面皆不设榫槽,采用错缝拼装,弯螺栓连接。管片混凝土强度等级为 C50,抗渗等级为 P12。钢筋采用 HPB300,HRB400E 钢筋,管片纵向受力钢筋采用抗震钢筋,管片结构的抗震等级为三级,管片结构防水等级为二级。
2 管片生产工艺及要点分析
2. 1 生产工艺流程
  钢筋笼加工→模具涂刷脱模剂→安装预埋槽道→安装注浆孔→安装钢筋笼→安装螺栓保护套→浇筑混凝土→蒸汽养护→拆模→水池内养护。
2. 2 生产工艺要点分析
2. 2. 1 钢筋笼加工
  钢筋加工应严格按照设计图纸加工,不得随意改动。钢筋骨架采用 CO2 保护焊点焊,为确保钢筋笼焊点牢固、整体稳定,要求至少隔点点焊。钢筋搭接采用单面焊接,焊接长度不小于 10d( d 为钢筋直径) ,焊缝高度不小于 0. 3d( d 为钢筋直径) 。钢筋应平直,端面整齐,钢筋骨架内主筋对焊焊接点数量不应超过 2 个,对焊焊接点的位置应在弧面钢筋层上且不在连接面,严禁切断槽道锚杆或管片钢筋。管片构造钢筋最小保护层厚度: 外侧 40 mm,内侧 30 mm,并以此保护层定位。
2. 2. 2 模具清理、涂刷脱模剂
  组模前认真清理模具内残积物,模具内表面的清理要求严格,采用海绵等柔性物件,禁止使用铁件等硬件器材,避免模具刮伤。脱模剂应涂刷均匀,如两端底部有淌流的脱模剂积聚,应及时清理干净。
2. 2. 3 预埋槽道安装
  槽道预埋前应详细检查,若发现表面处理层脱离或有裂纹,形状变异等情况,应及时更换。预埋槽道的固定要牢靠,保证槽口紧贴模板,避免混凝土浇筑时灌入滑槽内,预埋槽道控制标准:嵌入施工误差- 3 mm;倾斜嵌入施工误差:单独槽道倾斜施工误差 - 2 mm;槽道垂直方向预埋施工误差: 槽道上任意两点在槽道设计轴线方向的偏差不大于 2 mm;槽道水平方向排列预埋端部横向对齐施工误差 ± 2 mm,其间 L( 设计值) ± 2 mm。
  管片施工时采用在模具上开螺栓定位孔,把槽道固定在模板上来保证槽道的位置,主要从以下几个方面进行施工质量控制:
  1) 减小模板加工内净空与设计净空的偏差,以控制槽道的嵌入误差。
  2) 提高开孔时定位精度,在螺母与模板加垫圈,拧紧螺母增加槽道和模板的密贴度,以控制槽道的倾斜误差。
  3) 模板上的螺栓定位孔开孔位置放样精确,减小开孔尺寸及开孔数量,以控制槽道与水平和垂直方向施工误差。
2. 2. 4 混凝土配制
  混凝土配比及原材料应在正式生产前的混凝土试配工作中通过对混凝土工作性、强度和耐久性指标的测定,并通过抗裂性能的对比试验后确定。但胶凝材料的用量不小于 360 kg /3。避免采用高水化热水泥,混凝土优先采用掺高效减水剂加优质粉煤灰或磨细矿渣。混凝土中的骨料应满足级配和粒形要求,最大粒径不应大于 25 mm。
  限制混凝土水胶比,本工程管片混凝土的水胶比不应大于0.36。混凝土中 Cl-≤0. 06% ,使用外加剂中禁止添加氯化物。防水混凝土的氯离子扩散系数不大于 4 × 10- 12m2/s,电通量应小于 1 000 C。施工中不得使用含有氯化物的防冻剂和其他添加剂。
  粉煤灰应选用来料均匀、各项性能指标稳定的Ⅱ级 F 类粉煤灰。粉煤灰的烧失量应不大于 8% ,单位体积混凝土中三氧化硫含量不大于胶凝材料总重的 4% ,各项指标满足 GB/T 50146 粉煤灰混凝土应用技术规范的规定。
2. 2. 5 混凝土浇筑
  钢筋笼检查合格后,在钢筋笼指定位置上保护层垫块后由桥吊配合专用吊具按规格把钢筋笼放入模具,入模后通过定位卡确保混凝土保护层厚度。装上顶部注浆管,注浆管要拧紧,防止其在混凝土振捣时出现松动或上浮脱落,模具四周弯曲芯棒安装时要注意顺序位置,严禁错序。
  混凝土应搅拌均匀、色泽一致,和易性良好。应在搅拌或浇筑地点检测坍落度,应逐盘作目测检查混凝土黏聚性和保水性。入模混凝土坍落度宜控制在 160 mm 以内,最大总坍落度损失不宜大于 30 mm。炎热天气,混凝土入模温度不高于 30 ℃,冬季施工控制混凝土的入模温度不低于 5 ℃。
  模具运到料斗下方,料斗开口对准模具中间进行混凝土浇筑。打开充气阀门给气囊充气使模具上升,当混凝土注入模具一定量后才能启动振动台。混凝土采用连续一次浇筑成型,振捣时应选择最佳的振捣时间和振捣位置,重点观察混凝土表面沉降、气泡变化以及边角位置,当混凝土沉降停止、气泡不明显产生、边角位置充实表面有灰浆流出时停止振捣,不得漏振或过振。管片浇筑完成,初凝前进行二次压面。
2. 2. 6 养护
  混凝土浇筑成型后至开模前,应覆盖保湿,可采用蒸汽养护或自然养护方式进行养护。管片混凝土应进行预养护,升温速度不大于 15 ℃ /h,降温速度不大于 10 ℃ /h,恒温最高温度小于60 ℃。出模后当管片表面温度与环境温差大于 20 ℃ 时,管片应在室内车间进行降温,直至管片表面温度与环境温差不大 于20 ℃,管片在储存阶段应进行保湿养护。水中养护时管片混凝土内外温差、管片温度与水温度相差不超过 20 ℃,水池水应淹过管片顶面,保证整块管片泡在水中,并且定期测量水的 pH( 7 ~ 11)值,检测发现异样,及时进行调整,确保 pH 值满足要求。
2. 2. 7 脱模
  管片脱模强度不小于 20 MPa,以保证管片的边角不易破损。模具出养护窑后即可掀开盖板拆卸紧固螺栓,将盖板混凝土残积物清扫干净。将侧模定位螺栓、端模推进螺栓拆送至原定位置。通过真空吸盘将管片匀速吊离模具,放到管片脱架上进行检验编号。脱模后槽道表面附着水泥及时清理干净,应避免槽道内发泡填充物掉落,必要时予以填充。
2. 2. 8 运输、贮存
  管片运输时层与层之间放置垫木,每层垫木放置支承点在同一垂直线上。管片码放场地必须是 20 cm 厚度以上的平整的夯实地基混凝土地面,垂直码放管片,使用 10 cm × 10 cm 垫木,高度最高不超过 5 层,垫木上下垂直,保证管片受力均匀。管片码放间距 40 cm ~ 60 cm 之间,便于修补、装车、转运操作。管片码放存放,不得超越行车黄色安全线,必须保证行车正常行驶,严防行车碰坏管片事故发生。
3 管片外观质量损伤分析
  管片生产工艺复杂,生产过程施工工序对管片成品质量影响较大,针对管片生产期间外表损伤影响因素及防治措施详见表 1。
4 管片损伤修复
  地铁工程对管片质量要求较高,针对成型管片质量损伤分别采取不同修复材料,详见表 2。
5 管片检测
  管片生产将委托第三方严格执行型式试验检测,包括管片三环水平拼装试验( 见图 1) 、管片抗弯试验( 见图 2) 、管片检漏试验( 见图 3) 、管片螺栓孔抗拔试验( 见图 4) 。
6 结语
  优质的管片是地铁安全运营的重要条件,预制混凝土管片生产环节需精细化,通过对生产线各个生产工序进行分析研究,发现、解决、克服实际生产过程中的难题,提高管片成型质量,为地铁工程的发展续写辉煌篇章。

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