盾构隧道功能梯度混凝土管片生产技术及性能

第26卷第11期岩石力学与工程学报V ol.26 No.11 2007年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2007盾构隧道功能梯度混凝土管片的研发及性能研究高英力，马保国，王信刚，温小栋，穆松(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室，湖北武汉 430070)摘要：武汉长江隧道工程所面临的高压富水环境要求衬砌结构管片具有高抗渗、长寿命的性能。

引入功能梯度材料设计原理，对钢筋混凝土管片进行功能梯度设计与优化，实现管片外层高防水抗渗、结构层提供强度及内衬层耐火的多重功能。

同时采用适当的界面处理技术，保证管片各功能层的性能均匀过渡，实现功能和结构一体化设计。

对结构层混凝土、保护层材料性能分别进行测试，测试结果表明，保护层材料具有优良的抗渗性能，相比普通混凝土氯离子扩散系数降低一个数量级，寿命提高10倍以上，优于目前国际上已报道的最好水平(6×10－13 m2/s)；结构层、保护层混凝土力学性能优良，强度满足设计要求，保护层材料强度达C70以上，主体结构层达到C50；保护层材料与结构层材料体积稳定性良好；耐酸性气体腐蚀性能大大增强，90 d中性化深度不足1 mm；同时，管片内衬层通过刷涂防火抗爆材料有效提升了管片的内层耐火性能，耐火极限是未经处理试件的4.72倍；最后通过实际的生产及检测，进一步证明了功能梯度混凝土管片具有较好的服役性能。

关键词：隧道工程；盾构隧道；功能梯度混凝土管片；工程设计；结构层；保护层中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)11–2341–07DEVELOPMENT AND PROPERTIES STUDY ON FUNCTIONALLYGRADED CONCRETE SEGMENT USED IN SHIELD TUNNELINGGAO Yingli，MA Baoguo，WANG Xingang，WEN Xiaodong，MU Song (Key Laboratory for Silicate Materials Science and Engineering of Ministry of Education，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei430070，China)Abstract：For the environments with high pressure and enriched water of Wuhan Yangtze River Tunnel，the properties of high-durability and long-life are necessary for the segments used in shield tunneling lining structure. By means of the principle of functionally graded materials(FGM)，the FGM design and optimization for reinforced concrete segment were proceeded，and the multifunction，which consists of higher impermeability of covering，higher strength of structure layer；and fire-resistant inner layer of the segments，were realized. Furthermore，the proper interface producing technology is adopted to assure the homogeneous transition of properties of different material layers，and the integrated design effects of function and structure are achieved. According to a series of tests in structure layer concrete and layer covering materials，it can be seen that the permeability of layer covering is much lower than that of the ordinary concrete and the chloride diffusion coefficient of layer covering was decreased with one order of magnitude，while the service life was increased more than ten times. It was better than the reported greatest value(6×10－13m2/s). The mechanical properties of structure layer and layer covering are excellent and can satisfy the requirements of design. The compressive strength of layer covering concrete is C70 or above，and that of structure layer concrete is C50. The volumetric stability of layer covering and structure layer收稿日期：2007–06–21；修回日期：2007–07–11基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(2005AA332010)作者简介：高英力(1977–)，男，博士，1999年毕业于长江大学建筑工程系建筑工程专业，现为在站博士后，主要从事地下工程隧道衬砌结构及性能方面的研究工作。

盾构管片的生产工艺摘要：盾构法目前在国内已经日趋成熟。

管片生产是盾构中必不可少的一部分。

在此作者以长株潭城际铁路一标的管片生产为例，介绍管片的生产工艺和控制要点。

关键词：管片、原材料、配合比、生产、养护、拼装、检漏Abstract:Shield has matured in our country at present. Segment production is an essential part of the shield. In this article, the author introduces the segment production process and control points based on the city rail among the cities: Changsha Zhuzhou and Xiangtan.Keywords:segment、raw material、production、curing、place joint、check penetration中图分类号：D412.64文献标识码：A 文章编号：引言：盾构是有钢构保护的、在掘进中可提供平衡水土压力并能完成管片拼装作业的隧道掘进机。

盾构法目前在国内已经日趋成熟，由于盾构施工在工期、质量、安全等诸多方面的优势，一些城市的其它地下工程(过江隧道、输水管道等)也越来越多的采用盾构施工。

但是由于盾构在隧道内拼装的钢筋混凝土管片需要提前预制，而且需要很高的抗压、抗渗、耐久性等要求，一旦管片本身出现致命的缺陷，可能就会产生灾难性的后果。

因此，管片生产是盾构工艺的重要一环。

了解管片的生产工艺不仅仅是生产技术人员的责任，也是试验人员的任务。

一、生产管片的原材料：管片生产的原材料主要是水泥、砂子、碎石、粉煤灰、矿渣粉、减水剂、纤维、水和钢筋。

原材料质量的好坏直接影响到管片预制的质量，依据《高速铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010对管片的生产原材料进行过程控制，所有原材料均符合国家标准要求。

第五章程序的界面处理ｆ３）提供了易学易用的应用程序集成开发环境；（４）结构化的程序设计语言；（５）支持多种数据库系统的访问；（６）支持动态数据交换、动态链接库和对象的链接与嵌入技术（７）完备的Ｈｅｌｐ联机帮助功能。

５．２程序的界面处理隧道管片衬砌内力计算程序界面处理的思路是：通过界面将数据输入，并写入到ＦＯＲＴＲＡＮ程序中的数据文件，以便运行执行文件时调入；之后激活ＭＳ．ＤＯＳ窗口，进入到编译连接得到的执行文件所在的子目录下，运行执行文件；在计算程序中将盾构隧道衬砌各截面的内力及位移写入到输出文件：在后处理时将输出文件的数据读入并绘成内力图形。

卜ＩＡｌ介绍盾构隧道管片衬砌内力计算程序的界衄。

首先，点击由ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ形成的执行文件，弹出图５－１所示的窗口。

图５－１欢迎窗口点击“继续”按纽，弹出图５－２所示的窗口。

如选择均质圆环计算方法，将出现５—３所示窗口，提示均质圆环计算方法的数据文件路径及数据文件名。

第五章程序的界面处理图５－２选择计算方法窗口图５－３均质圆环数据文件路径及文件名窗口在“数据文件路径”下输入计算程序的数据文件所处的路径。

在“数据文件名”下输入数据文件名。

这一步是确保程序执行过程中的输入输出正常进行。

然后，点击“确定”按纽，弹出图５—４所示的“均质圆环数据输入窗口”。

图５－４均质圆环数据输入窗口在图５—４中，可以输入程序执行过程中所需要的数据。

前三个按钮分别为“管片尺寸及地层参数”、“配筋参数”、“千斤顶参数”的数据输入按钮。

第四个按钮为“数据文件写入”按钮。

单击“管片尺寸及地层参数”按钮，弹出“管片尺寸及地层参数卡”，如图５．５所示。

其上有“覆土厚度”、“地下水位”、“管片外径“、管片宽度”、管片厚度“、土容重”、“混凝土容重”、“土的粘接力”、“土的内摩擦角”、“地面附加压力”、“地基反力系数”、“侧向土压系数”、“刚度调整系数”、“弯矩增一３９—第五章程序的界面处理图５－５管片尺寸及地层参数窗口大系数”、“混凝土的弹模”、“钢筋的弹模”、“内力计算角度增量”、“钢筋允许拉应力”、“钢筋允许压应力”、“混凝土允许压应力”。

盾构隧道混凝土管片预制工艺及质量控制措施摘要：盾构隧道在目前的地铁建设中有着重要的应用，此种隧道建设方法对于预制管片的依赖性比较强，所以说预制管片的质量决定了隧道整体的质量。

为了进行隧道质量的提升，积极的控制混凝土预制管片的质量意义重大，预制混凝土管片施工时要严格按照管片生产工艺进行施工从材料、模具、钢筋骨架、混凝土施工等全方面对质量进行控制并严格做好质量检测工作才确保管片质量达到施工规范要求。

基于此，本文主要分析了盾构隧道混凝土管片预制工艺及质量控制措施。

关键词：盾构隧道；混凝土管片；制作工艺；质量控制中图分类号：U231文献标志码：Ｂ引言从当前我国盾构隧道混凝土预制工艺的应用情况来看，工作人员需要根据企业的发展情况，合理选择管片的生产工艺，以便能够有效提高该生产活动的经济效益。

钢筋混凝土盾构管片预制当中，加强对于钢筋混凝土盾构管片预制技术的有效分析，从而提升生产的质量，在成品管片其耐久性与结构性能要求得到保障的同时，也确保施工的有序、高效、顺利进行。

1盾构法介绍盾构法施工主要就是采用盾构机进行在地下实施暗挖隧道施工的施工技术。

其作为一种新型的施工方式，在现阶段的隧道施工应用非常广泛，其具有良好的安全性以及快捷性。

在一些较为复杂的环境中也能够正常的施工，因此被有效的应用到市政工程建设以及引水工程和市政轨道交通建设当中，在盾构施工当中隧道的衬砌主要就是管片。

当前，对于管片的形式主要有以下几个重了哦，分别是钢管片、球墨铸铁管片、复合管片、预制管片等，其对于隧道质量以及隧道的使用寿命有着一定的影响。

2盾构隧道混凝土管片预制工艺2.1固定台座预制法预制混凝土管片，使用固定台座方法，施工人员需要将固定模具作为中心、从混凝土管片的浇筑施工开始，到浇筑结束的养护、脱模工作开展期间，保证模具处于固定状态，不可发生移动，否则就会影响管片的预制质量。

完成预制工作以后用叉车和吊车对于管片进行运输。

该工艺流程的运用需要使用起重机、正道装置、蒸汽养护罩、模板等设备，成型过程选择附着式振捣模式，也可选择插入式振捣工艺，管片的预制流程简单，只需要在厂房内利用以上设备即可批量生产，对于生产过程产生的制约因素相对较少，而且该工艺运用投资小，可规模化生产，便于生产人员对于管片预制质量进行控制[1]。

盾构隧道混凝土管片预制工艺及质量控制措施发布时间：2023-02-16T07:07:43.640Z 来源：《城镇建设》2022年19期10月作者：张国强[导读] 混凝土管片是一种质量要求极为严格的预制构件张国强中交一公局第九工程有限公司广东省广州市摘要：混凝土管片是一种质量要求极为严格的预制构件，在盾构隧道工程中有着重要作用。

本文结合实际，运用文献法、调查法等对盾构隧道混凝土管片预制工艺及质量控制措施展开探究论述，以供借鉴参考。

关键词：混凝土管片；预制工艺；质控措施盾构隧道混凝土管片预制有一定难度，施工单位与人员需根据国家相关标准与要求，结合工程具体情况科学设计预制方案，合理运用预制工艺，并加强对预制过程与质量的管理，确保预制的管片符合施工要求。

下面结合实际，对盾构隧道混凝土管片预制工艺做具体分析。

1盾构隧道混凝土管片预制工艺盾构隧道混凝土预支管片的施工按照以下顺序进行：钢筋加工、骨架成型、混凝土拌制、试件留置、模板准备与安装、钢筋骨架入模、混凝土浇筑、成型、前期养护、拆模、吊装码放储存、储存期养护、粘贴密封垫缓冲垫【1】。

1.1模板准备与安装施工期间，根据工程工期、任务量、管片规格型号等确定模板的制作时间、制作数量及尺寸大小等。

制作模板时，对模板制作原材料做详细检查，模板应用钢材制作，钢材的强度、刚度等都要达到要求，这样制作出的模板才不会出现弯曲变形情况。

模板的密封性要达标，在使用过程中不会出现漏浆现象。

模板要能于地基可靠连接，地脚螺栓、模板支腿螺栓等必须紧固。

制作前，先对模板进行检查与清理，将模板需要涂油脂的部位进行涂油处理。

为方便后续脱模成型，还要在模板上均匀涂抹一层脱模剂，脱模剂不能出现积聚、流淌现象。

另外工作人员要对模板夹角处也仔细、均匀涂抹。

对每套模板及配件进行编号，组装时根据编号组装，防止混淆。

在模板侧边上定位、锁紧螺栓时要注意不能超过限位【2】。

1.2钢筋加工与骨架人模1.2.1钢筋加工钢筋加工工序主要有切断、弯曲、定位、焊接等。

3-2-23盾构隧道管片预制生产施工技术1 前言1.1 概述管片生产场地平面布置主要有混凝土搅拌系统、管片制作车间、钢筋成型车间、养护水池、管片堆场及其他辅助设施组合而成。

各组成部分既有独立的使用功能，又是互相匹配有机组合的整体，从而形成了能满足管片制作、储存和发送要求的总体布局。

管片生产的质量最终决定了盾构隧道的施工质量，其生产控制重点在于钢筋混凝土管片尺寸精度和混凝土强度等级。

首先保证钢模型的制作精度；管片钢筋笼制作过程中关键要控制钢筋成型精度、钢筋骨架定位精度以及钢筋焊接质量；而在管片车间控制混凝土浇捣质量、蒸汽养护、脱模起吊、管片翻身、钢模合拢精度、收水质量等工序；其它环节如混凝土配合比的确定、混凝土搅拌、管片水养护、堆放、自然养护等也是不可忽视的。

1.2 特点(1)采用高精度钢模，低坍落度混凝土，风动振捣，蒸汽养护技术，快速生产高精度、高强度高质量的管片。

(2)施工作业规范化、程序化、标准化。

1.3 适用范围适用于各种盾构隧道管片制作，对于制作精度要求比较高的高强度混凝土预制件也有的指导作用。

2 管片预制生产施工工艺流程管片预制生产施工工艺流程如图2-1所示。

图2-1 管片生产施工工艺流程图3管片生产场地布置3.1场地布置原则（1）管片厂建设采用工业标准厂房，生产各工序施工车间布置采用流水作业形式以节约占地面积。

还需冬季施工风向对管片生产质量控制的影响，车间宜为西东走向布置。

（2）管片生产车间分为五个区域：钢筋骨架成型区，管片浇捣成型和蒸养区，管片翻转整修区，管片水养护区，管片成品堆放区。

（3）设置独立的钢筋断料、弯折（弧）工段，采用进口弯弧机和弯折机，混凝土采用商品混凝土。

（4）配置钢筋混凝土管片拼装检验平台，其表面平整度达到0.25mm，并能承受三环管片的重量而不变形。

（5）配置相应数量的管片抗渗检漏架。

3.2 钢筋加车间钢筋加工车间由加工制作一区、二区和焊接成型安装区组成。

制作一区由钢筋切断机、弯弧机、弯曲机组成，用来加工主筋：制作二区由钢筋切断机、调直设备，弯箍机、弯曲机和螺旋机组成，主要用来加工箍筋和螺旋筋；焊接区由点焊架、CO2弧焊机组成，主要进行钢筋骨架的安装制作。

盾构隧道混凝土管片预制工艺及质量控制摘要：混凝土管片是一种质量要求极为严格的预制构件，其预制生产在我国才刚刚起步，质量控制体系也极不健全。

采用盾构法进行隧道施工的过程中，其衬砌作业需要混凝土管片拼装而成，而且管片不仅需要承受来自隧道外侧的水压、土压等多种压力，而且还要有效防止隧道渗漏，因此，盾构隧道对混凝土管片的规格尺寸、外观、性能等都提出了较高的要求，从这个角度出发，混凝土管片的质量控制工作就显得尤为重要。

关键词：盾构法；隧道；混凝土管片；预制工艺；质量控制本文将重点阐述盾构隧道中所用混凝土管片的预制工艺，并根据该类隧道的施工要求提出其质量控制措施，以期提高混凝土管片在我国盾构隧道施工中的应用水平。

一、盾构隧道混凝土管片介绍及其在杭州地区的应用分析目前盾构隧道施工中所采用的混凝土管片尺寸一般是比较固定的，小管片外径、内径分别为6200mm、5700mm；大管片外径、内径分别为11300mm、10300mm，一个混凝土管片在环向上被分为六个小构件，分别为标准块（3块）、邻块（2块）和封顶块（1块），两个构件之间采用弯螺栓进行连接，封顶块则采用楔形的方式插入[1]。

管片厚度不同，其所适用的盾构隧道类型也不同，厚度为1.2m的管片适用于转弯半径＜300m的隧道，厚度为1.5m的管片则适用于转弯半径≥300m的隧道。

靠近水面的管片四周设置有专门的防水装置。

不论是混凝土管片的设计参数如何，其预期年限均在100年以上。

例如：庆春路过江隧道所使用的混凝土管片即为大管片，庆春路过江隧道北接庆春东路，南连萧山市心北路，是杭州市第一条过江隧道，全长约5352m，该隧道采用盾构法技术施工，是杭州市过江隧道工程建设的又一个重要里程碑。

盾构段隧道长约1765m，江底段长度约1241m，盾构隧道管片外径11300mm，管片厚度50cm，环宽2m。

为了保证混凝土管片的预制工艺符合施工要求，同时也为了提高加强质量控制，项目组成立了管片项目部，专门负责管片原材料的验收及管片的预制管理，同时项目部还投资建设了“大孔径管片生产线”，这也是杭州第一条大孔径管片预制生产线，为管片预制奠定了坚实的基础。

5、盾构机管片的生产、安装与防水一、管片生产1.1 盾构隧道预制混凝土衬砌生产的发展作为与隧道施工密不可分的产业——盾构隧道预制混凝土衬砌生产，其工艺是随隧道施工工艺，特别是盾构施工工艺的发展而发展的。

当前，就掘进方式说，有土压平衡、泥水平衡和混合型盾构多种，就截面形式分，也有单园、双园、矩形、异形等分类。

其衬砌产品也随之发展。

目前m8线双圆区间隧道已经顺利施工完毕，而国内生产的双圆盾构隧道预制混凝土衬砌精度也完全达到拼装要求，标志着我国盾构隧道施工技术和高精度预制混凝土衬砌生产水平达到国际先进水平。

盾构隧道预制混凝土衬砌俗称“管片”。

管片生产的工序非常多，其中比较关键的有钢筋笼制作、管片制作、蒸汽养护等，其他如脱模起吊、翻身、堆放等也非常重要。

1.2管片生产工艺管片生产过程中大大小小工序有几十道，只能抓关键工序，抓对管片质量影响大的工序进行研究，以期最大程度提高管片精度、质量。

管片钢筋笼制作过程中关键要控制钢筋成型精度、钢筋骨架定位精度以及钢筋焊接质量；而在管片车间控制混凝土浇捣质量、蒸汽养护、脱模起吊、管片翻身、钢模合拢精度、收水质量等工序；其他环节如混凝土配合比的确定、混凝土搅拌、管片水养护、堆放、自然养护等也有些值得研究的地方。

1.2.1钢筋笼制作工艺钢筋弯曲成型精度直接影响钢筋笼的成形精度。

生产前要进行试弯曲，对钢筋弯曲角度进行微调，以达到最佳效果。

钢筋弯曲精度达到要求了还不够，组装精度比弯曲精度更难控制。

目前，成型精度要求大大地提高，相应的成型靠架的精度也要提高，采用高精度的成型靠架势在必行。

靠架多采用高精度元宝型靠架。

这种靠架设置箍筋卡、主筋卡、封头卡等钢筋限位定位卡，能精确定位除分布筋外几乎管片钢筋笼上的每一根钢筋，钢筋笼精度高，使用非常方便。

使用高精度管片钢筋笼靠架大大提高了管片钢筋笼成型精度，是保证管片钢筋笼成型精度的必要措施。

管片钢筋笼制作过程中还有一个十分重要的环节就是焊接。