第七章盾构管片

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1、築龍網第七章 钢筋混凝土衬砌管片的设计与制造盾构隧道i般釆用管片衬砌作为水久支护结构，作为水久支护结构的管片的制造、安装 技术是隧道建设的关键技术Z。管片类型皋本上分为钢管片，铸铁管片，复合管片，钢筋混凝上 预制管片等;管片的连接主耍有螺栓连接，销接等连接方式.随着盾构隧道衬砌技术的快速发展，由钢管片，球墨铸铁管片的成本高，资源耗费人，使用 比例越來越少，只在少数特殊衬砌中使用（如隧道连通道，急转弯处等）：国内外人就的隧道衬砌 技术均釆用钢筋混凝土预制管片衬砌技术，钢筋混凝土管片预制、衬砌技术得到E速发展。第一节钢筋混凝土衬砌管片设计、构造现状1、单层、双层衬砌的选择衬砌的选择上国内隧道很少釆

2、用双层衬砌，只在盾构法最初阶段，例如在上海地佚试验 段一段区间隧道中采用了双槎衬砌，其后皆采用单层衬砌。根据国内的设计、施匸经验和运 营情况，单层柔性衬砌结构的受力性能和耐久性等均可控制在预期的耍求内，能够满足隧道 的运营耍求，H单层衬砌的施工艺单一、程实施周期短、投资省、防水效果从施工情况 看优-矿山法区间隧道，因此单层衬砌占据主导地位，但是由国内盾构区间隧道的运营时 间述不长，结构的抗震性能、防水性能以及结构的耐久性还有待时间來检验。结合国外经验进行比较：在欧美盾构隧道以单层衬砌为主，双层衬砌很少使用；在II本 双丿,衬砌和单层衬砌都筋有采用。比较双方的差别，这可能主耍由人的地质构造方面的

3、差 异，H本一肖是一个地農高发带，而欧洲相对比较稳定。国内修建地铁隧道的城山地震烈度 基本为67度，从这点看，国内更趙向欧洲的经验。2、管片内径的确定隧道内径的确定主耍取决丁地卜结构的建筑限界，同时还要考世施匚误差、测量误差、 线路拟合误差及不均匀沉降等诸多因素。由隧道的不同用途，地卜结构的建筑限界不同，隧道内径尺寸方I丽的变化较人，小的输水 隧道内径只白2m左右，公路隧道直能II益向人的方向发展，如上海人连路公路隧道和延安东路 隧道苴径均达11.22m。沪-崇-苏越江公路隧道肖径达15.20m,是冃前壯界匕最丿、苴径的盾构公 路隧道;1=1本东京隧道直径达14.14m;以及德国易北河盾构公路

4、隧道肖径达14.20m等。国外隧道内径尺寸的发展情况人体匕也是以卜特点，主耍受地卜结构的建筑限界和盾构设备技 术进步的影响。3、管片结构型式隧道断面形状可分为圆形、椭闘形、矩形、复介圆形等多种断面。管片的形状根据各种 断面的形状来设计。我国地下隧道通常为单圆形、箱行等,因而钢筋混凝土管片结构型式主 要有：箱型管片和平板型管片。箱型管片主耍用j人直径隧道，手孔较人利j：螺栓的穿入和拧紧，同时节省了人帚的混 凝土材料，减轻了结构口重，但在斤顶的作用卜容易开裂，国内应用很少。在上海穿越黄 浦江的两条公路隧道一打浦路隧道和延安东路隧道屮都釆用了肖径约11.22m的箱型管 片。对于中小直径的圆形盾构隧道

5、，国内外普遍采用平板型管片，因其手孔小对管片截面削 弱相対较少，对r斤顶推力自较人的抵抗能力，正常运营时对隧道通风阻力也较小。现在国 内外很多人直径隧道也釆用平板型管片。4、管片分块早期在上海地铁试验段曾进行过四分块的试验，但是，由管片较人，运输、拼装作业 相对不便。而盾构施工的一个发展趋势是快速拼装，为此四分块方案现在已经淘汰。现在在 国内的隧道一般釆用六分块方案：一块封顶块+二块邻接块+三块标准块。而1.从令利管 片拼装考虑，一般皆采用小封顶块。这种分块方法也与国外经验相吻合，在国外屮等直径的 盾构隧道一般釆用57分块方案，而IL封顶块的设计以利J：减小斤顶的行程(减短盾构机长 度，増加灵

6、敏性)和管片运输、拼装为询提。随着人型盾构隧道的施匸，管片分块也令向人分块 形式发展的趋势，先后出现8、9、10、11块等分块方案的，管片外弧长也有所加人。如I本东 京湾隧道直径13.9m,管片分11块，最人外弧长约4m5、管片宽度根据国内外已建中等直径盾构隧道管片宽度的选择悄况，对不同管片进行了比较。见表 7-1-1.不同管片宽度的比较(Segment w:dthcomparison)表711管片宽度1.0m12m1.5m国内应用惜况t 上海地铁一、二号线广州地铁一号找.二号钱海珠 广场-江南新村区间、南京地 铁一号铁、除圳地铁和北京地 铁五号线广州地铁二号线国外应用悄况n本.畋洲常用口本、

7、积洲常用近年来欧洲较常用结构受力横般面受力*与管片宽度关系不大局部抗河Kitm片的加宽T斤顶的推力加大.但平板P管片局部抗乐皆能満足魁求施工荷我影响：施匸中T斤顶的偏心、符片糾編造成的附加荷銭Rfi着管片的加宽其不利形响加大纵向受力：Utittfr片的加宽.整体刚质变大而且整个区间的环向接縫变少对丁控制纵向不均匀沉降有利.但环间搖備受力变大结构防水斑右管片的加宽.整个区间的环向按缎变少.冇利丁陡逬前水经济性管片越宽.接缝越少.防水材料、钢筋.嫖栓用秋越省.但管片In龜对吊装有更高的婆求;管片加宽区间接缝减少20%.连接螺栓减少9%. 1程造价降低（15m2m比较）盾构机灵墩度隧若管片的加如盾构

8、机加长.灵敏贡降低.但叮以通过控制封顶块的拼装方式.把r斤顶的行程控制存2000mm施1:效率住整个施1系统配备合理的情况下.管片皿能够提高施 小肖利HW施1.进度水平运输系统简单,一般采用皿轨三找制耍求商采用列年编组垂貢运输系统简单校简单耍求高从比较可以看出，在榕个机械系统配备介理协调的情况卜，随着设计、施工经验的成熟, 管片宽度有逐渐増大的趋势。而FI从结构防水、加快施工进度考處，管片加宽是有利的；从 经济性出发，管片加宽可节约综合造价。管片宽度由于受到机械系统的约束，其最大宽度有着一定的限制，从国内外的资料看，対 中等育径的地铁区间隧道，一般不超过1.5m。总体来说，在国内现有的设计和施

9、匸水平卜, 管片有条件取较大的宽度，可在1200mm2000mm之间根据具体丁程条件进行选择。刚刚开 丁建设的武汉长江公路隧道管片宽度为2.0m,这是冃前为止世界上的最大宽度。6、管片厚度管片的厚度一般为管片外径的5%6%。上海地洪、南京地铁一号线的管片厚度为35011111!.广州地铁一号线、二号线及北京地铁 五号线试验段的凰度皆为300mm .按照国内的设计经验，-般在富水的软流犁地层中管片采 用350mm的厚度；在地甚承玻力较高的地层中采用300mm的厚度。按照国内地铁区间的埋 深和地质情况，软土地层中管片的厚度并不取决管片的结构受力，主要取决J：管片的耐久 性耍求，若单纯从受力分析，管

10、片厚度有减薄的可能性。对大直径，深埋深及深水头压力卜的公路隧道，管片的厚度较地铁区间人上海延安东路越 黄浦江公路隧道（最人埋深36m,设计水头压力0.3NIPa青片外径11 0m,内径9.沁环宽1.0m）管 片厚55cm;上海人连路趣黄浦江公路隧道管片庁从55cm优化到48cm;I木东京湾海底隧道（海 水而卞约55m,水深约28m,覆土约20m,管片外径13.9m,内径12 6m,环宽1.5m）管片J? 65cm等同国外的相似条件卜的工程进行比较，管片疗度差别很小。人体上说与欧洲相比，我国 的管片相对序一点，与口本相比我国又相对薄一点。但我国在对结构耐久性的研究和相关规 范的制定方而却落后国外

11、，在国外对J：结构的耐久性从设计到施T都冇存比较详细的观定, 而我国的相关规范可操作性较差。因此在卜一步的设计中，管片斥度的能否减薄主耍取决J： 结构耐久性方而的研究。7、管片接触面构造1?片接触而构造23】包倉两个方而:管片环、纵缝接触而桦槽的设置和接缝缓冲垫的设置。7.1、樺槽的设置按照国内的设计经验，在富水的软流塑地层屮一般要设置桦槽。管片若釆用通缝拼装，管 片环、纵缝接触面皆设置桦槽，例如上海地狭盾构区间隧道垄本釆川此种做法：但管片若釆川 错缝拼装，管片只在纵缝接触面设豐禅槽，例如上海的黄油江观光隧道（内径接近地铁区间隧 道）和南京地诙区间盾构隧道均采用此种做法在地基承拔力较高的地层中

12、一般不设置桦槽，国 内这方面的实例很多,例如广州地铁号线、二号线、深圳地铁和北京地铁五号线试验段。禅槽的设置主要是增加管片的连接刚度，并有利于控制管片拼装的精度。增加桦槽设计 从理论上分析应该说是仃利的，但対管片拼装速度、错缝拼装情况卜管片开裂的控制相对而 言是不利的。内此中等直径的盾构隧道是否需耍设计桦槽或桦槽如何设置，在匸程实施屮还 应该进一步进行考虎。”从结构受力和变形看，管片纵缝在外部水土斥力卜接缝张开小，而管片环缝由J哋质 变化或不均匀沉降，接缝张开相比纵缝耍人一些。若从管片施工拼装看管片的错台问题也主 耍集中在环缝，I月此增加环缝的接头刚度和控制环缝的管片错位是接缝桦槽设计应优先考

13、虑 的问题。0/在国外，骨片桦槽设置是很勺针対性的：桦槽-般设置在环缝接触面，纵缝接触面很少设 置禅槽（令的匚程在封顶块和邻接块接头面设计纵缝WM）. ifuJL对J沖等直径的盾构隧道一般 不设计桦槽,若在环缝接触面设计禅槽一般都很小,与国内的大桦槽差别较大因此国内设 计思路与国外有着较人的差异，分析其原因主耍是对错缝拼装卜控制管片开裂的整体施I水 半的担心。预计随着施匸技术的进步，错缝拼装将普及，以利用其提简管片接头刚度，内此 从利施匸的角度出发，桦槽的设置将相对减少，而且软土地层屮管片纵缝桦槽将被环缝桦 槽所取代。7.2、缓冲垫的设置在国内的管片设计中，为控制管片开裂，环纵缝一般皆设直缓冲

14、衬地。在地卜铁道设 计规范中有明确要求：环缝应设置缓冲衬热；纵缝宜设置缓冲衬敞。从结构受力和施匸艺考电，管片环缝的衬垫是必须的。但纵缝的缓冲衬垫结合现在的 施匸丁艺水 卜是可以考虑取消的。根据欧洲的设计施1经验，在纵缝接触面采取一定的抗边 角开裂措施情况卜可不设置衬犁，这对节约造价和减少施匸环节都是有利的。国内在北京地 铁伍号线试验段的设计施I冲已经进行了这方面的尝试，施匸情况是良好的，因此随着施技 术的提高，管片纵缝接触面的缓冲衬率会逐步取消。图7-1-1为一缓冲敞实例.图7-1-1 缓冲垫8、管片连接方式国内区间隧道的管片连接一般采用螺栓连接，而口螺栓是永久性的。这与欧洲的设计习 惯“管片

15、的接缝-般只在管片拼装时采用螺栓，工程竣匸后人部分螺栓取消“差异很人。这种悄 况主耍取决J：结构计算模式以及设计习惯的差异。在欧洲，管片接缝不考虑螺栓的作用，而 是按弹性钱接接头进行整个结构的受力分析；在国内，管片接头基本按与结构等强进行考虑, 按匀质関环进行分析，因此接头设计相对较强。増加管片接头的连接刚度有利增强结构的 整体性和控制结构的变形，但盾构隧道施工和运营期间的一些问题与接头设计何一定的关系, 比如曲线施匸屮骨片的开裂和结构后期变形造成的结构的附加应力等。対J：管片连接町否减弱或减弱到何种程度，国内现在还没有卢个一致的看法。从国外经 验看，环、纵缝的连接都有减弱的余地。而L,国内施

16、工采用的机械都很先进，设计施工技 术已日趋完善,部分工程的施工质量可以与国外相提并论。因此从节约工程造价考虑,可考 虑在国内地质絞好的地区（例如广州、深圳或北京）先进行这方面的试验。国内管片连接的螺栓在早期上海地铁屮以苴螺栓为主，由直螺栓石耍设计较人的管片 手孔，对结构削弱较人，I大此在近期的盾构隧道乂丛本来用弯螺。图7-1-2为南京地铁二号线 使用过的弯螺栓。 弋图7-1-2南京地铁二号线使用的弯螺栓图片弯螺栓的连接存在两个问题：容许管片错位的能力差，I大1此管片若错位较人，经常造成 管片手孔处混凝土的开裂；另外弯螺栓安装相对闲难，基本难以拆卸。为了管片螺栓的拆卸方便，国外经常采用临时的斜螺

17、栓连接，因此易拆卸的管片连接 方式也是管片设计的一个发展方向。列外，快速连接接头（销钉连接）在国外也仃使用，这仃利 加快管片的拼装速度。国内现在在小熨的盾构隧道屮止在进行这方面的尝试，经验成熟后, 在地铁区间隧道也可进行相关的试验研究。9、管片拼装方式管片的拼装方式有两种：通缝拼装和错缝拼装。在国内，采用了通缝和错缝拼装。在国外，不管是欧美，还是H本，一般皆采用错缝拼 装。错缝拼装可提高管片接头刚度，加强结构的整体性，这点在国内冇着统一的认识。从结构受力分析考虑，采用错缝拼装的育片相刈J：通缝拼装而言一般结构计算内力要人 一些，但管片配筋经常由最小配筋率控制，I大I此整个结构的配筋最未必会加人

18、。从貝体的施工管理看，错缝拼装相对复杂些，管片的拼装盂要按三维进彳几 环血的平整度以及斤顶的行程控制相对难一些。廿施工屮部分环节控制不当.管片错台会人一些、开裂也相对多一 些。但现住管片生产一般采川高粘度钢模，眉构机系统配备也很先进，施匸技术也U趙完善, 错缝拼装的经验越來越丰富。预计在以后的盾构匸程中，错缝拼装将是主流趙势。卜图7亠3 为错缝拼装图例。图74-3错缝拼装图例10、衬砌环组合形式区间盾构隧道的线路拟合是通过不同的管片衬砌环组合来实现的。线路的拟合包括平、 竖曲线两个方面。一般右种管片纟|介方法来模拟线路，这三种管片组合方法应该说都是可 行的。采用哪一种方法，一方面取决设计施习惯

19、，另一方面収决j:区间的线路曲线情况。 表7-1-2为三种管片组合方法。三种管片组合方法Three segment composition methods表 712方法特点标衣甘砌环.方转弯衬砌环和右转弯衬砌环组介N线地段除施1.纠偏外.赛采用标准甘砌环：曲线地段可通过标冷甘 瑚环与左、右转弯村砌环细介便用.以模拟曲线.施匸方便操作简 单左转弯衬砌环和冇转弯甘砌环组介通过左转弯环、右转驾环细介來拟合线卅.由丁毎环均为抚形.拼装时施Ui作相对麻烦一些欧洲需釆用.国内地铁区间未釆用万能代片通过一种模形环舒片模拟H线、曲线及施工糾依.讦片拼装时.“砌环需扭转多种ffiffi. M顶块右时位于薩道下半

20、部匸艺相对攵杂.国内沐圳地铁中有釆用-般而言，采用标准衬砌环十左转弯衬砌环十右转弯衬砌坏组合施工更方便，但管片的 生产数最控制相对复杂一些，管片模真的利用率可能低一些；采用力能管片，由只需要一 种模具,模具的利用率高,管片的生产控制单一，但管片的拼装相对复杂;采用左转弯衬砌 环十右转弯衬砌环组合町以算是以上两种方法的综合，可在以后的设计和施匸中进行实践。在管片釆用通缝拼装时，由J：竖曲线半径人，楔形啟很小，竖曲线的模拟一般通过加贴 竖向楔形衬敞來进行；在采用错缝拼装时，-傲通过肾片的扭转按三维來进行线路拟合，内 此一般不采用楔形衬垫。这两种方式国内皆有采用，自的匚程还混合使用。从节约成本、减

21、少人为因索対施工影响考虑，通过管片的扭转來进行线路拟合更貝令发展优势，而口竣工后 管片的接缝缝隙也相对小一些。11、管片结构分析在国内，已建或在建的眉构匸程基本來用了荷我结构模型进行结构分析，地层结构模型 基本作为计算参考或进行沉降分析使用。利用荷载结构模型进行分析，国内采用了三种计 算方法，且计算方法的采用与工程实跋紧密联系在一起。在20世纪80年代Z前，由盾构隧道基本集中在上海，而上海在国内是一个典型的软 土地区，地层的弹性抗力很小，I用此计算方法釆用不考龙地丿，弹性抗力的自由变形關环法。 由于管片一般采用通缝拼装，设计中也不考世环间接头的影响。90年代后，广州地铁开始修建，由号线盾构区间

22、为I本青木公司承包，其计算方法 釆用H本的修止惯用设计法，根据匸程经验及试验分析，计算屮引入两个参数：関环刚度折 减系数和管片弯矩传递系数。通过系数调节，来考虑管片藝接缝造成的管片刚度降低和管片 错缝拼装的影响，计算理论是完整的，但参数的収值应综合地层条件和管片接头构造设计进 行确定。在广州地铁二号线、深圳地铁和北京地铁五号线等匸程，地层较好，尤其是广州地铁二 号线，岩石地层占了很人的比例因此在设计中采用弹性地的月环法。自由变形闘坏法可以 算是H本修正惯用设计法的一个特例，因此计算方法可以归纳为两种：I本修正惯用设计法 和弹性地基因坏法。随着工程的竣或投入使用，根据程实践，这两种计算模式都能够

23、满 足匸程设计的其体要求，在本质匕没白明显的区别，在特定的工程环境条件卜皆有其合理性。 两种计算方法的关键在于计算参数选择的合理性和匹配性。另外,对F弹性地基因环法,从计算理论的完熬性和匸程实际情况考虑，可考虑参照日 本修正惯用设计法引入两个经验系数：刚度折减系数和管片弯矩传递系数，这样更符合盾构 隧道的结构受力特点。国内部分工程也尝试采用了比它的计算方法：弹性饺接闘环和徳国的双环梁弹簧模熨。 询者考虑管片块间接头的刚度：后者考虑管片错缝拼装怙况卜两环结构块间和环间接头的刚 度。应该说，这两种计算模式更接近管片的实际受力状况，但管片接头计算参数的确定是 一个难题，国内这方面的试验较少。可以预计

24、，随着设计和施匸经強的増加以及试验研究的 深入，这两种计算方法将有较大的发展余地。第二节管片的预制工艺与技术1、管片生产概况管片生产经历了由小型生产向标准化，自动化生产的过程上海打浦路越江隧道和衡山路地诙隧道管片按整环生产，侧向浇捣，因此环面耕度较差， 不同坏的管片不能互换，毎环管片实行対号入用。70年代末期上海试制成功了第一套单块生 产，蒸气养护后脱模的厲梢度钢模，以后的管片都实行外弧面片可互换位用，管片生产工厂 化作业边进了一人步。目前国内管片生产主要集中在上海、北京、广州、南京等地。管片生 产的口动化，机械化程度较高，人都采用标准作业。I本和欧洲的管片生产儿乎都是标准化 作业，管片生产均

25、按外弧面向上的单块生产作业，而冃.管片生产的自动化、机械化、标准化 程度更高，地決管片、卜水道管片和公路隧道管片各成标准，统一生产统一销俗。2、基本预制工艺技术管片预制生产匸艺技术主耍内容包括模只、钢筋骨架及其成型技术、混凝土配制、搅拌、 振捣成型、混凝土养护与管片翻身出运技术等。2.1模具冃前，对J：成型后隧道的结构性能，防水性能和耐久性的耍求越來越高。由J：错缝拼装的管 片整体受力情况较好，故越來越多的隧道衬砌设计为错缝拼装的管片。错缝拼装碍耍鳥精度的 管片，而高精度的管片是由高桔度的管片模貝來保证的.为保证管片的将度和外观质农各国在 管片模具的设计，加工上均做了大量的研究。现状及模具分类

26、V高梧度的管片模具的设计已形成务种流派：1丨本的，法国的，瑞七的,意人利的等等，各有特 点。从国外的现状来看，管片模H根据混凝十振捣成型技术基本上町以分成两种类型： 整体振捣成熨类型：欧洲设计生产的模H较常采用附着式整体振捣成型模式，其优点是 快速，省力，自动化程度高o由于其振动能最大，同一水平面混凝土振捣均匀,但垂直层面上 不易均质，并H在上弧面或外弧面易形成浮浆，对幣体振捣所产牛的上层浮浆，必须额外 增加混凝七进行补偿，否则其上弧面或外弧面会产牛很多表面收缩裂缝，严电影响保护层的 质杲，另外在特殊位置，诸如螺栓孔、曲装孔因构造筋或钢构件密集从而会出现过振离析现 象，而H.影响模貝的使用寿命

27、。由是整体振捣匸艺，振捣设备与模貝形成一个鏗体，因而模 具对材质要求鳥，强度，刚度人，車最取,成本亦较高，但人工使用较省。 人丁振捣成空类型：国产和由h本设计牛严的模貝校帘采用人工振捣模式，其受控r人，要求 人熟练掌握振捣1芝,并II每一步必须认真操作，但能盲小，特殊位置振捣质吊多。易控制，相对 J：整体振捣模1帥洁，这类模轻，降低了管片厂的设备，场地要求，成本低，同时在安装及管片 预制时，方式杲活，混凝土质彊易J：得到保障；与整体式模其相较，在人工的使用上HI对较。(2)模具基本结构钢模的结构形式：主耍由三人件(底朋，两块侧板，两块端板)和相关构件组成。钢模的设计 从三人件的设计着手，石耍考

28、屯他们的定位力式和开启方式等。端、侧板的开启方式有多种:勺 采丿U底用弧血少磺变形方式开心的端板;有采用饺链融合式开启的端、侧板，何釆用滚轮平移 式开启的端、侧板;勺采用饺链翻合开启的端板，和采用滚轮式平移开启的侧板相结合的方式。现分析一下铁链翻合式开启和滚轮平移式开启的优缺点： 从钢模的端、侧板的泄位粘度分析：饺链翻合式开启的端、侧板在底座上的定位为固定 泄位，他的匝复定位谋差取决狡链上销孔的配合粘:度滚轮式半移开启的端、侧板在底用上 的定位为采用関锥销孔定位，故其定位精度相比较高。 从钢模的脱模情况來看：饺徒翻合式开模时，因为有一个转动角，如脱模斜度不够,容易造 成混凝土管片止水条槽处的啃

29、边现彖。滚轮式卜移开启的端、侧板开模时，由是平开式就不 会造成管片的啃边，而且开模后侧板与底用的空隙絞人，管片起模时操作方便。 从开合钢模的操作上看:滚轮/移式与较链翻合式相比,操作简单省丿J,可降低劳动强度, 提高功效。 采用饺链翻合开启的端板和采用滚轮式移开启的侧板相结合的方式他们的优点是：由 端板与能苴方向成一斜角，采用较链翻合开启钢模时，对管片的止水槽处的脱模斜度影响很 小，不会造成管片的损坏；况II端板的体枳和逊彊都不很人，开启和闭合不会A费力。并H.绞链 式的安装楷度和定位粘度比较高，而II安装定位方便。对侧板，由侧板的体枳和車最比较人, 为了减轻劳动强度，便操作，乂由r侧板与底座

30、的夹角成垂苴，如果用绞链式开启，受绞链开启 转动时的角度影响,容易造成啃边而损坏管片，故采用滚轮式半移开启。综上所述，这样的开启方 式可以说是优化组合式，从使用情况來看，这种设计比校合理，效果令人满意。见如卜钢模组装b)图724南京地鉄二号线使用的管片模具图片模具梢度标准 钢模粘度耍求如卜怎钢模猎度要求表7-2-3序号检测项H外 11 Om 允 2 (mm)1钢模室度0.250.352钢模高度0202.53钢模内外待弧.孩长0.35F054纵.环向芯悴中心更03045纵、环向芯悴孔径0102高精度钢模的椿度耍求是根据钢筋混凝土管片的耕度耍求而定。钢筋混凝土管片的精度要 求如下表：钢筋混凝土管片

31、的精度表7-2-4管片检测項目国家标准的汁片允许偏琏(GB502991999)(mm)髙精度管片允许偏” (mm)管片宽度105管片瓠、強长10.5管片高(W度l+30+3拼装3环縫隙212.2钢筋骨架及其成型技术混凝上预制管片-般均为钢筋混凝土结构，国内外釆川索混凝上结构的管片衬砌隧道的做 法的并不多见。钢筋混凝土管片钢筋竹架的加匚及其成型技术,各国发展并不一致。在欧洲钢 筋骨架的加工及其成型技术多采川匸厂式口动流水作业，因而件架的加工及其成型粘度较高； 在我国，前主要是半口动化作业方式应用较多(如上海，广州的多座地铁隧道施匚钢筋加匸及 其成型后均釆用靠模检查其耕度)，因为管片钢筋竹架为弧型

32、，弧型钢筋的加工心在不易成型、 尺寸不易控制等难点，同时受国内钢筋材质的彩响，加工厉的钢筋成品会随着时间的变化而 反弹变形,因而成型精度较差。而在近年我国地铁的施工中,管片钢筋骨架的加工及其成型技 术在工厂化作业方面作了较人的改进，骨架的加工及其成型粘度和工效仃了较人的提高。北京地铁5号线钢筋骨架成型技术主耍采取以卜措施：引进意人利自动化程度高.加工梢度高的微机控制钢筋加工生产线。自动剪切机、自动弯曲机、自动弯弧机等钢筋加工设备，加工精度为5mm。在实际操作中反复试验，总结了 钢筋回弹特性对钢筋加工的影响，修改了进门设备原定的加工参数。（意人利口动钢筋加工 设备加工谋差4mm）；（2）按照先成

33、型钢筋小粱后成型整体骨架的顺序完成管片钢筋骨架制作。为保证钢筋小粱 的成型粘确度，防止焊接过程屮的钢筋变形，设计并制作了专用胎具，胎具上设箍筋定位卡 槽，卡槽位置根据设计位置预先确泄，胎1!弧型顶线设定位挡板以保证成型钢筋弧度-致、 保证线头整齐，从而保证钢筋小粱尺寸谋差符合耍求，骨架整体成型的胎人上设直弯螺栓孔 位置、骨架宽度和骨架长度定位点，釆用跳点法焊接工艺一次成型；采用CO?保护焊焊机进行焊接，焊接质吊為，有效地避免了伤筋咬肉等焊接缺陷问题；钢筋骨架的焊接必须符合设计图纸耍求，弧型钢筋骨架的四周主筋净外保护层厚度须 人于 25mmo2.3混凝土配制技术2混凝土配制技术是管片制作关键技术

34、Z。管片混凝土貝有高强度、高抗渗耍求；同 时由于施工需要,它又要求低流动性、早期强度高等徴点：同时预制施工可能经历冬夏。选 择合理的混凝土配制方案对保证混凝土良好的匸作性能，结构强度,防止结构有害裂纹的产生, 提高混凝土的抗渗性有着直接的意义。0/针对以上耍求，结合国内外相关I程盾构管片混凝土的施经验和相关领域的领先技术, 混凝十的配制考虎釆用优质、早强、低热水泥，水泥等级不低J 42.5级；级配良好的粗，细 集料；优质粉煤灰（矿粉）；缓凝型高效减水剂：抗渗剂等组份；配制时考虑低水灰比，小坍落 度控制；同时，根据季节特征配制不同性质混凝土。根据国内外的施匸经验，用J盾构管片的高性能混凝土应满足

35、如卜堆木耍求叫水胶比不犬0.35,混凝土坍落度小J* 60mm易浇注和振捣：抗压强度等级人于C50;/$tS为满足12小时模貝周转，耍求混凝土浇注后10小时即达脱模强度，20MPa以上；具有高抗渗性，抗渗等级犬J：S8直至S12；低碱集料反应性扎 V在管片混凝土的配制技术研究上，国内外均做了人鼠的研究，在选用低热优质水泥，优化 选用砂、石料，研制采用*效外加剂（如缓凝型高效减水剂，抗渗剂等），积极应用外掺料以减少混 凝十的水泥用氏改善混凝十的性能，减少混凝十的收缩裂纹的产生等方面做了人贷的研究，取 得了较多的成果,在工程方面的成功应用的实例也有很多。实例一：北京地铁五号线混凝土配制技术北京地铁

36、五号线混凝十配合比及混凝十性能按照高性能混凝土配合比设计原则，采取以 卜技术手段：人掺杲掺加矿物掺合料以人幅度降低水泥用灵、掺加高效减水剂配制低水胶比 的混凝土。以达到降低水泥水化热，防止水泥水化热过高产生微观裂缝，同时降低混凝十.的 收缩值，有利于防止混凝七产生干缩裂缝。经过人杲试验，实际确定的配合比技术参数为： 水胶比0 30.砂率37%,矿物掺合料掺盲为40%。材料用鼠分别是:水泥228 kg/m矿物掺 合料为 152kg/m 砂 723kg/m 石 1232kg/m DFS-2 为 11.2kg/m水 115kg/m 混凝土拌 和物射落度控制在40mni60mni范内。经过将近两年的研

37、究和实际生产的近1500环管片己成功应川北京地铁五号线。管片质 磺优肚，外观平整光滑，颜色亮白一致，气泡极少，无裂缝，经现场拼装质彊完全达到设计 耍求。徳国、法国同行、北京、上海、广州等地铁专家和施匸单位曾先后多次考察参观，対 生产的管片给予了高度的评价，认为达到国际先进水平。实例二：广州地铁二号线混凝土配制技术如卜表：混凝土配合比及强度 7-2-5水泥用址kgm3矿渣粉用kgm3配介比坍落度cm抗爪强度MPa抗渗零级水泥525s中砂石子水矿渣粉外加剂汰汽养护5h标?ft养护7d28d3824211.752.970410.110.6%6.521.749460.2，;:同时，在高性能外加剂的研制

38、I：,也取得了许多成果：如北京地铁扎号线使用的DFS-2; h 海地铁一号线使用的SN-2；广州地铁二号线使用的FAC-6等等。2.4混凝土的搅拌及振捣成型技术混凝七的搅拌国内外基木均采用微电脑控制，电子计昴，强制式搅拌生产的技术。混凝十的 振捣成熨技术，冃前国内外基本有两种方式：整体成型技术和人丁振捣成粮技术。管片混凝十浇注完成后，在上表而耍进行精心的收面光面工作，使成型后的管片外表面 光滑，平整，密实：、和光面：使用刮尺将模具内多余的混凝土刮去（多刮少补并磨平。中光血：在混凝土收水后，利用抹刀将混凝土表面抹平，用光。蒂光血：在混凝土初凝时，使用长匙精匸抹面，力求表而平滑，无收面匙印。2.5

39、、混凝土的养护技术由管片的生产必须适W盾构快速掘进衬砌的耍求，因此耍求生产的混凝土管片快速达 到脱模强度和尽快达到设计强度。这样混凝土的养护技术就显得十分关键，同时混凝土的养 护技术对混凝土凝结硕化过程屮防止冇害裂缝发生提高管片抗渗性方而也十分关键。为保证 混凝土早期强度快速提高，满足加快模貝周转频率的要求，同时为防止混凝土凝结硬化过程 中产生有害裂纹，介理选择混凝土的养生丁艺由为币耍。国内外大杲丁程实践表明静养，蒸 养，湿养相结介的混凝土养护工艺，对提高混凝土早期强度，加快模貝脱模周期，提高模貝 使用率，冇效防止混凝土凝结破化过程中自缩，干缩，温度裂纹，提高混凝土抗渗性能冇十 分垂耍的意义。

40、在混凝土的养护技术上，有关研究成果是十分丰富的。-般而言，混凝土管片养护可分为脱模前养护和脱模后养护。脱模前养护有的采取自然 养护方式，仃的则来取蒸汽养护方式，后齐的优点是能加快钢模的周转速度，但必须対蒸养 最高温度、内外温差、升温和降温梯度给以严格控制。II前国内管片生产的经验农明，蒸养时间以控制在8-10小时为立，怛温阶段址岛温度不 宜超过60C,内外温差宜小J：20C,升温和降温梯度宜小j- 20C/h。脱模后的养护常见有喷 淋养护和蓄水养护,养护周期为7天。南京和上海多采用雷水养护方式,管片开裂罕见。广 州地铁一巧线和二巧线均采用喷淋养护，管片开裂较多。深圳地铁既有喷淋也何蒂水养护的

41、管片。经过比较说明，在地质特性、管片配筋、混凝土配合比和施匸参数相类同的情况卜, 当总推力达到12000si5000kN时，喷淋养护的部分背片丿I：始出现裂缝，而當水养护的管片则 是完好无损，后者哄至在28000 kN时仍未发现裂缝。上述的实例衣明，国内目前水泥含彊人至超过400kg/m3的C50混凝土管片，似乎只有通过7犬以上的壽水养护，水化作用才进行得 充分，才能増强混凝土的密实度，从而更有效地从源头防止开裂。关管片混凝土的养护技术一般的做法是：采用静养，蒸养，湿养相结合的混凝土养护匸 艺：/Xi静养:混凝土浇注成型后,置J：自然环境中24h自然养护。蒸养：静养结束后，孟上养护罩，开始缓慢

42、均匀通入蒸汽升温，通过专用的温度测鼠计 不圧时测駅升温情况和温度值，作好详细的养护记录，保证温升不超过1520“C/h,垠高温 度不趙过60C；当罩内温度均匀升高到50C60C时，恒温养护34h。再均匀缓慢降温， 温降速度不超过20/11。与外界同温后即可拆去养护罩。湿养：通过蒸养的管片，强度均町达到拆模起用的要求。将管片起吊放入养护水池中， 养护约7大后混凝土在强度的发展和令害裂缝防止方面均叮达到满意的程度，即可M放到堆 场堆存，以备安装便用。在蒸养技术的发展上，以往一般都是靠人工操作來完成。由普通仪表梢度低，手动开 关阀门不梢确，依靠人匸测温、帆布覆盖、人养护池的养护方法温度控制误差较人，

43、盾构管 片的髙质最耍求很难保证。I大1此开发计算机自动控制蒸养系统是十分必婆的。随着蒸养技术 研究的不断深入，冃前在这些方面均佇较人的改进，蒸养技术的发展I趋成熟。北京地佚伍号线在管片混凝土的蒸养技术1.进行了人量的研究，开发了计算机自动控制蒸 养系统，使管片混凝土的蒸养技术得到全面提高，现简介如卜：（1）计算机自动控制蒸养系统工作原理计算机自动控制蒸养系统的丁作原理是计算机系统在运行过程中髙速不间断地分别 对毎一路独龙养护罩内的温度进行检测，然后分别对照M先选定的养护工艺参数进行计算比 较。根据计算比较的的结果分别对每一路电动调节阀进行实时控制。自动控制蒸养系统的构成全套自动控制蒸养系统由两

44、人部分构成：自动温控系统（实用新型专利，号码： 03140620.7）和养护设备。系统的自动控温系统由破件系统和软件系统两部分组成，破件系统 的核心是混凝土制&阳I养护程控仪软件系统的主要功能是使锁件系统分别以模11养护罩 内的空气温度为控制对象，通过对电动调节阀的控制，实现养护丁艺所要求的静停、升温和恆温 等阶段的温度控制。养护设备主要指自行设计制造的单模位式保温养护罩、养护管线和水封 等。按照摸典人小设计箱型保温养护罩，罩内合理布魂蒸汽管道便蒸汽在箱体内部能够定向 循坏流动。（3）计算机自动控制系统特点: 计算机系统运彳J：速度高，运彳J：稳定，数据釆样粘确。以严格控制管片养护时的养护温

45、度和温度谋差； 一套控制系统町以同时对多个控制对象分别进行控制； 可以保存10种不同养护工艺供选用,以适应不同的需要; 生产过程中数据自动保存,养护工艺参数可随时査询、修改和打印。并且随时可以査 询和打印任意模号的温度历史曲线。实施效果： 由J4M弃传统人型养护窑（温度分布差别人、生产小型构件生产效率低）或帆布覆孟（蒸 汽泻漏、浪费现彖严址）的养护方法，釆用匚I动控制蒸养系统由温度控制准确，保温效果良 好，热呈损失很小，混凝土强度发展良好，养护周期大人缩短。 自动控制蒸养系统严格控制管片养护时的养护温度和温度谋差，可保证管片在养护过程屮升降温速度严格控制在每小时15-CZ内，怛温期间蒸汽温度保

46、证在设定悝温温度，误差 仅为1C。结合配制的高性能温凝土和湿养（喷淋养护）I艺，成功地解决了混凝土管片的裂缓 和气泡等质最问题.O 单模位式保温养护罩使每块管片的生产都能够独芷按照匸序连续进行（不必象人养护 窑那样等一定数吊构件混凝土浇注完成后方可通汽养护），令利实现生产流水化操作，生产 效率大人提高。2.6管片脱模出运技术模貝的拆除蒸养结束混凝土达到足够的强度（脱模强度由实验室测定）后，即町拆除管片的模只。 拆模时应注意以卜儿点： 拆模询应消除干净混凝土残枳物，H整个消除过程及拆模过程中均不得有锤打、敲击 等野蛮操作行为。 拆模顺序为：先拆卸系杆螺栓，再拆卸旁模与底模固定螺栓，后拆卸侧模与端

47、模连接 螺栓，顺序依次拆除盖模，旁模，端模。所有螺栓及模板拆卜后，均必须消抹干净，涂刷养 护油或养护剂并在指定位置堆放整齐。 脱底模时，为防止起吊时管片产生白害裂缝，脱模帘具选用4个真空吸盘吸附管片上 表面。由管片绘人单片重约lit,因此每个吸盘的吸附力应不小J-5to缺陷的修复 管片表面一般的缺陷（水泡，气泡），在征得监理匚程师的同意后，方町进行修补。 修补时，先用海棉薩浆涂沫，再用修补剂填补，用灰匙抹平。 对J：深度2mm,直径3mm的缺陷，采用二次填补方式，一次填补的材料干缩后， 再二次填补抹平。管片修补剂采用二烯和苯乙烯共聚物乳液与水泥混物搅拌成粘结水泥浆，其与瞬凝 水泥共同制成育片修

48、补剂。施前便直面潮湿，水泥浆施I厚度不超过2mm,然后再将辑凝 水泥涂于水泥浆上即可。（乳液属性可参照以卜:比S 1.01, PH值10.5,无毒,乳液与水泥築龍網 按1： 2重呈比拌至均质，粘稠状态。）脱模传统的混凝土管片脱模技术为采用在管片混凝土中埋设预埋件，采用螺栓或其他吊具起吊 管片进行脱模；在管片抗渗试验时发规在手孔、爪装孔等处有水渗透纹路暴鋁了管片开裂问 题，I衍这些裂纹是S10、S12防水等级所不允许的。解决办法除了进彳J：抗裂度计算、提高混凝 土早期强度以及加强帕点的构造措施外，还应该在起吊技术上采取措施。管片幣单点起吊.下为弯那图不适当的起吊方法会引起早期强度値低的管片开裂。

49、图7-2-5所示为南京管片采用的管 片起笊方式。毎块管片（标准块）近四吨車，由受力分析可知卅点处右相当人的应力集中，单点 起卅应力集中尤为严巫，再加上手孔、爪装孔处钢筋密集，混凝土可能不密实。抗渗试验也 显示，吊装孔处的裂纹耍比手孔处的多而密。公A图7-2-5管片起吊受力示意在管片脱模起笊技术的改进h,Mrnr欧洲采用典空吸盘脱模技术。在我国管片的脱模起吊技术采用多点卅,使用软吊带的较多，这可在一定程度上降低应力集屮。广州地铁二号线在其 空吸盘脱模技术上已仃应用,改用真空吸盘进行水卜起吊，对吊装裂缝的预防效果十分好图7-2-6真空吸盘田片该技术以卜优点:築龍網 当混凝上强度达到C18（约为设计

50、强度的36%）时，即町脱模； 操作简单、迅速、劳动强度低； 利用其空吸附管片，对管片无损伤； 兵空吸盘面枳人，町防止脱模起爪过程中管片的摆动.避免管片与模貝的磕碰而造成 管片掉角、掉块等现彖。管片的翻身及出运管片的翻身及出运耍特别注意对管片边角棱角的保护和放豐时的支地，同时M装方式的 选择対防止出现吊装引起的裂缝是十分車耍的：管片釆用其空吸盘水卜出运，在专用管片翻身台上，通过汕缸顶推竖向旋转翻身，采用帆栃 吊带等软吊带进行垂直起吊运输，同时为防止吊点应力集中,可”采用多点起吊的方式,來 分散单点起爪力。图7-2-7为马来西亚预制厂管片翻身使用的管片翻身台。a）b）图72-7马来西亚预制厂管片翻

51、身照片管片扳直时，应放仕水平的换基础上，并在管片卜支垫li更杂木，多层卷放时,备层叩均 应支垫0!杂木。2.7管片试验y管片试验包括混凝上强度试验，混凝土抗渗性能试验，管片抗疗试验、抗渔试验及管片 起重螺母抗拔承载力试验（在盾构机内安装时）等。2.7.1管片混凝土强度试验及抗渗性能试验管片混凝土强度试验及混凝土抗渗性能试验均按规定的批次和耍求山实验室完成，并出 试验报告指导生产施工。2.7.2管片抗弯试验管片正式生产前做抗弯试验，以验证管片抗弯能力（标准块，邻接块，封顶块备做-块）。加荷方法：见图7-2-8,采用T斤顶分配梁系统加荷，支撑管片两端的小车可沿地而轨道 滑动。荷战分级和持续时间：毎

52、次加荷10kN.的停lmiii记录压力丧读数及屮心点和加荷点及水 平位置变量。裂缝荷戯：裂缝出现后，静停lOmin.观察裂缝的开展，并记录本次荷戏值为开裂荷级实 测值。破坏荷载：当加荷至压力衣读数值不再上升时，说明在荷巫状态卜钢筋达到屈服强度。 以在级荷载值为虽终破坏荷载值，并记录址人裂缝开展宽度。荷重依据：本实验加荷使用lOOtT-斤顶，示值0lOOMPa压力表，粘度1.5级：经法定计駅 检测单位校正。加荷时依照检定报告线性回归方程得出每一级荷車卜的斥力农丞值。列0築龍網築龍網 咅尺(g)ieDl E6O O O O OVbIff築龍網築龍網图7-2-8管片抗弯装宜示意图2.7.3起重:螺母

53、抗拔试验管片正式生产前做起匝螺母抗拔试脸，以验证管片起匝螺母抗拔能力。图7-2-9管片起重螺母抗拔试验装蛋示意图抗拔试验方法：见图7-2-9：将拉力螺栓旋入管片起逊螺母屮，再将管片置J拉力架里, 并使螺栓与拉力架川螺丝连接后，整体放置在支撑架上，支撑架承托看俘片两侧：在拉力架 卜方安放两个行程50mm的百分农；当T斤顶轴心升起时，拉力架带动螺栓向卜拉，灌浆螺栓 受力，百分农的读数显爪螺杆的位移磺；当压力不再上升，百分衣读数窠然增人时，说明起 巫螺母承受的拉力已超出极限且被破坏。此值即为起重螺母的破坏力。荷巫依据：本实验加荷便用32tT斤顶，示值0lOOMPa压力表，将度1.5级；经法泄计 啟检测单位校正。加荷时依照检定报告线性回归方程得出每-级荷晅卜的压力农示值