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        盾構(gòu)管片的生產(chǎn)工藝分析

        2020-08-22 12:33:38
        湖北理工學(xué)院學(xué)報 2020年4期
        關(guān)鍵詞:鋼模生產(chǎn)工藝管片

        楊 磊

        (中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150500)

        盾構(gòu)管片的全稱為盾構(gòu)隧道預(yù)制混凝土襯砌管片。隨著隧道施工技術(shù)不斷發(fā)展,其施工質(zhì)量大幅度提升,同時對盾構(gòu)管片的精度、質(zhì)量提出了更高的要求[1-2]。就地鐵盾構(gòu)管片而言,其對管片鋼筋籠的精度要求為5 mm,對成形管片的精度要求為1 mm,管片寬度誤差不能超過0.5 mm,從而大大增加了制作難度。因此,盾構(gòu)管片的生產(chǎn)工藝需要不斷改進(jìn),才能滿足盾構(gòu)管片制作對精度的需求。而盾構(gòu)管片的生產(chǎn)涉及大小幾十道工序,任何一道工序控制不當(dāng),都會影響管片的精度和施工質(zhì)量[3]?;诖?,本文結(jié)合哈爾濱地鐵軌道交通2號線一期工程,對盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝進(jìn)行了分析,旨在為同類工程施工提供參考和借鑒。

        1 工程概述

        哈爾濱地鐵軌道交通2號線一期工程為哈爾濱軌道交通網(wǎng)絡(luò)中北部至東南的骨干線路,線路全長28.7 km,共設(shè)19座地下站,需預(yù)制管片25 224環(huán)。其中,陸地段共需14 318環(huán)管片,外徑6 000 mm,內(nèi)徑5 400 mm,環(huán)寬1 200 mm,管片混凝土強(qiáng)度等級C55,抗?jié)B等級≥P10;過江段隧道總長6.6 km,共需10 906環(huán)管片,外徑6 200 mm,內(nèi)徑5 500 mm,環(huán)寬1 200 mm,管片混凝土強(qiáng)度等級C55,抗?jié)B等級≥P12。盾構(gòu)隧道襯砌環(huán)采用通用管片,為“5+1”分塊方式的鋼筋混凝土管片襯砌。每環(huán)襯砌由6塊管片組成,其中1塊封頂塊(XF),2塊鄰接塊(XL1,XL2),3塊標(biāo)準(zhǔn)塊(XB1,XB2,XB3)。管片分直線環(huán)、左轉(zhuǎn)彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán)、轉(zhuǎn)彎環(huán)。

        2 盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝

        管片自動化流水線由3條澆筑作業(yè)流水線和5條蒸養(yǎng)線共同組成。在進(jìn)行模具移動時,采用循環(huán)鏈+油缸相互配合的單向循環(huán)流轉(zhuǎn)方式,可以有效提高生產(chǎn)效率[1,4],同時配合3個振動點(diǎn),可有效消除澆筑振動瓶頸。應(yīng)用實(shí)例表明,通過此種設(shè)計方法,可實(shí)現(xiàn)70環(huán)/d以上的生產(chǎn)速度。

        管片自動化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)由4部分組成,即中央控制系統(tǒng)、鋼筋籠運(yùn)送混凝土上料系統(tǒng)、混凝土澆筑系統(tǒng)及模具傳送系統(tǒng)。其通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和相應(yīng)的傳感器系統(tǒng),進(jìn)行計算機(jī)集中控制,從而實(shí)現(xiàn)自動流水作業(yè)。在該系統(tǒng)中,即便是某一操作系統(tǒng)發(fā)生故障,人工操作可及時取代,從而確保整個系統(tǒng)運(yùn)行的效率。管片的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

        圖1 管片的生產(chǎn)工藝流程

        從圖1中可以看出,盾構(gòu)管片制作工藝相對比較復(fù)雜,涉及到多個環(huán)節(jié),任何一個環(huán)節(jié)控制不當(dāng),都會影響施工質(zhì)量。因此,在具體生產(chǎn)中要嚴(yán)格遵照“質(zhì)量第一”的原則,從鋼模檢查、鋼筋骨架入模和預(yù)埋件安裝、混凝土攪拌、振搗、收面、蒸養(yǎng)、脫模、成名檢驗(yàn)、存放等方面同時入手,確保管片合格率達(dá)到100%[2,5]。

        3 盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝分析

        3.1 鋼模精度控制

        工程實(shí)際采用千分尺來測量鋼模寬度,每次測量點(diǎn)不能少于6個,允許誤差控制在±0.4 mm,并用樣板尺和塞尺測量鋼模弧弦長度,允許誤差控制在±0.4 mm。每個鋼模的配件都要對號入座,可通過三環(huán)拼裝檢測來對鋼模的變形情況進(jìn)行全面檢測。在生產(chǎn)過程中,2套鋼模(分別用X和Y表示)任意4塊模板管片的檢測數(shù)據(jù)偏差見表1。由表1中數(shù)據(jù)得出,檢測數(shù)據(jù)偏差都控制在規(guī)定要求范圍內(nèi)。

        表1 管片的檢測數(shù)據(jù)偏差 mm

        3.2 管片鋼筋籠的精度控制

        先對鋼筋籠進(jìn)行全面檢查,確保其型號和規(guī)格符合設(shè)計要求。鋼筋骨架制作及安裝允許偏差見表2。用鋼卷尺進(jìn)行測量,按日生產(chǎn)量的3%進(jìn)行抽檢,每日抽檢不小于3件,每件抽驗(yàn)4點(diǎn)。在鋼筋骨架入模前,要進(jìn)行對位校正操作,輕吊輕放,避免發(fā)生碰撞損壞鋼筋骨架。所有預(yù)埋件按照設(shè)計要求準(zhǔn)確安裝并固定,防止振搗時移位、脫落。由專人安裝預(yù)埋件,不得漏裝[6]。鋼筋胎模采用鋼模形式,精度高。端頭固定擋板,以充分保證鋼筋骨架兩端面在同一直線,并確保鋼筋骨架入模后的保護(hù)層均勻。在焊接鋼筋骨架時,要采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊,在符合設(shè)計要求的胎模上制作。焊縫嚴(yán)禁發(fā)生咬肉、假焊、夾渣等質(zhì)量通病,同時焊縫的長度、寬度、高度等都要滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[7]。

        表2 鋼筋骨架制作及安裝允許偏差 mm

        為滿足優(yōu)質(zhì)、高效、如期完工的要求,管片生產(chǎn)單位要根據(jù)業(yè)主對哈爾濱市軌道交通2號線一期工程盾構(gòu)管片制作工程的工期要求,編制科學(xué)、合理、周密的施工方案,合理安排施工進(jìn)度,實(shí)行網(wǎng)絡(luò)控制,落實(shí)工序銜接,監(jiān)控實(shí)施進(jìn)度,確保實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo),滿足業(yè)主要求。

        3.3 管片混凝土配合比的確定

        鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土氯離子總含量(水泥、礦物摻合料、骨料、外加劑和拌合水)不超過膠凝材料總重量的0.1%;混凝土中的最大含堿量(Na2O,當(dāng)量氧化鈉)為3.0 kg/m3;混凝土中膠凝材料總量不超過500 kg/m3,最大水膠比為0.35,膠凝材料最小用量為380 kg/m3。摻和材料中,對粉煤灰、礦粉等的摻合比應(yīng)根據(jù)不同季節(jié)作調(diào)整。優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉等礦物摻和料或礦物復(fù)合摻和料的摻量一般控制在30%~50%。

        采用自動計量攪拌站進(jìn)行混凝土攪拌,并嚴(yán)格按照配比通知單執(zhí)行。攪拌前,對攪拌機(jī)運(yùn)行效率進(jìn)行檢查并試運(yùn)轉(zhuǎn),對所有計量器具進(jìn)行檢查。采用振動臺振搗,布料時先打開中間振動器,待混凝土填充至模板兩端時,振動器全部打開,再進(jìn)行振搗。振搗時間控制在4~6 min,振搗完成后,即砼表面上不再冒出大的氣泡才能減弱或停止振搗。混凝土澆搗完成后,吊移蓋板,用拉杠來回進(jìn)行壓磨外弧面,將多余混凝土去掉,并保證外弧面平整[5]。蒸養(yǎng)、脫模、起吊、收面結(jié)束后靜養(yǎng)1 h后可開始升溫蒸養(yǎng)(靜養(yǎng)時間視不同氣溫作相對變化)。管片蒸養(yǎng)分升溫、恒溫、降溫3個階段。預(yù)制管片在同條件試件(蒸養(yǎng))強(qiáng)度達(dá)到15 MPa后方可拆模。

        3.4 管片養(yǎng)護(hù)溫度和時間的控制

        本盾構(gòu)管片流水線生產(chǎn)區(qū)位于中跨車間1層,長96 m,寬30 m。流水線按“3+5”布局,即3條操作線、5條蒸養(yǎng)線,可擺放模具23套(128塊管片)。設(shè)置3條操作線,3個振動平臺,作業(yè)效率大幅提高。按3~4 min的節(jié)拍,每天最低可實(shí)現(xiàn)3個循環(huán)生產(chǎn),最低日產(chǎn)量69環(huán),月產(chǎn)能達(dá)到1 800環(huán)。管片脫模后,經(jīng)冷卻后吊入水養(yǎng)池養(yǎng)護(hù)7 d。在具體養(yǎng)護(hù)過程中,管片和水的溫差不能超過20 ℃,養(yǎng)護(hù)7 d后,運(yùn)輸?shù)絿娏軈^(qū)繼續(xù)養(yǎng)護(hù)15 d,此后還要進(jìn)行為期30 d左右的自然養(yǎng)護(hù)。單塊管片成品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表3。用 0~2 100 mm 和0~510 mm 量程(根據(jù)管片設(shè)計尺寸配置)的游標(biāo)卡尺分別測量管片的寬度和厚度;用5 m規(guī)格的鋼卷尺測量管片弧長;用50 m 鋼卷尺對扭曲變形情況進(jìn)行檢驗(yàn)。

        表3 單塊管片成品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

        3.5 管片成品質(zhì)量檢測控制

        生產(chǎn)的每塊盾構(gòu)管片都需要進(jìn)行嚴(yán)格自檢,并認(rèn)真填寫檢驗(yàn)表。按照《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50446-2008),管片混凝土外觀質(zhì)量不應(yīng)有缺陷。盾構(gòu)管片統(tǒng)一由生產(chǎn)部門蓋合格章和生產(chǎn)日期,運(yùn)到工地后,經(jīng)生產(chǎn)檢驗(yàn)部門驗(yàn)收合格,方可進(jìn)行管片出廠[6]。管片質(zhì)量缺陷等級見表4。案例工程的檢驗(yàn)結(jié)果顯示,各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都比較符合哈爾濱市軌道交通2號線一期工程要求。

        表4 管片質(zhì)量缺陷等級

        盾構(gòu)管片制作精度要盡量滿足拼裝要求。案例工程現(xiàn)場做檢漏和水平拼裝檢驗(yàn),具體方法為:每100環(huán)抽查1塊進(jìn)行檢漏試驗(yàn),連續(xù)3次合格后改為每200環(huán)抽查1塊,連續(xù)3次合格則改為每400環(huán)抽查1塊。每套模具每生產(chǎn)200環(huán)做1組(3環(huán))水平拼裝檢驗(yàn)。

        3.6 盾構(gòu)管片試拼與試驗(yàn)方法

        管片試生產(chǎn)后經(jīng)過三環(huán)拼裝,檢驗(yàn)合格確認(rèn)后方可投入正式生產(chǎn)。用做三環(huán)試拼裝的管片抗壓強(qiáng)度要求達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%以上。在拼裝前將待拼裝的同期養(yǎng)護(hù)試件做抗壓試驗(yàn),強(qiáng)度符合要求后方可用于拼裝。投入正式生產(chǎn)后,每200環(huán)中任意抽取3環(huán)進(jìn)行水平拼裝,監(jiān)理檢驗(yàn)合格后可繼續(xù)進(jìn)行管片生產(chǎn)[7]。拼裝平臺采用支座型,滿足管片拼裝直徑和平整度要求。管片三環(huán)水平試拼裝內(nèi)外徑4個測量點(diǎn)位(A-A,B-B,C-C,D-D)如圖2所示。按照《盾構(gòu)隧道管片質(zhì)量技術(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 164-2011)進(jìn)行抗彎和抗拔試驗(yàn),管片生產(chǎn)每1 000環(huán)檢驗(yàn)1次抗彎和抗拔試驗(yàn)。

        圖2 管片三環(huán)水平試拼裝內(nèi)外徑4個測量點(diǎn)位

        4 結(jié)論

        結(jié)合工程實(shí)例,分析了盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝。盾構(gòu)管片對制作精度和質(zhì)量有極高的要求,而其生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜,在具體生產(chǎn)時,需要結(jié)合工程需求特性,采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備,才能在提升生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上,保證盾構(gòu)管片的生產(chǎn)質(zhì)量和精度,從而確保地鐵工程施工質(zhì)量,推進(jìn)我國地鐵工程持續(xù)不斷的發(fā)展。

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