【doc】廣州地鐵二號(hào)線盾構(gòu)預(yù)制混凝土管片研制與開(kāi)發(fā)

1、廣州地鐵二號(hào)線盾構(gòu)預(yù)制混凝土管片研制與開(kāi)發(fā)廣州地鐵二號(hào)線盾構(gòu)預(yù)制混凝土管片研制與開(kāi)發(fā)researchanddevelopmentofthetunnelshieldprecastconcretesegmentsfortheguangzhousubwayno.2line杜志軍趙同順柯德輝周佩沿(廣州市建筑機(jī)械施工有限公司廣州510115)摘要地下盾構(gòu)施工技術(shù)中,作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的預(yù)制混凝土管片是其關(guān)鍵技術(shù)之一.奉文針對(duì)廣州地鐵:號(hào)線盾構(gòu)管片抗?jié)B混凝土配合比,澆搗,養(yǎng)護(hù)與脫模,鋼筋骨架制作,大型高精度鋼筋混凝土管片成型技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,取得了一些適用性的成果,并應(yīng)用于管片產(chǎn)品生產(chǎn)關(guān)鍵詞盾構(gòu)管片抗?jié)B混凝

2、土真空脫模1育口言盾構(gòu)法施工是一項(xiàng)世界先進(jìn)水平的技術(shù),采用盾構(gòu)法進(jìn)行地鐵隧道掘進(jìn)具有施工速度快,襯砌質(zhì)量高,對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn).該工法于l8l8年由英國(guó)工程師布魯諾爾(brune1)發(fā)明,用于泰晤士河底下的隧道工程,l890年經(jīng)格雷特黑德(t.hgreathead)成功開(kāi)創(chuàng)氣壓法盾構(gòu)施工技術(shù)而被廣泛采用.特別是近20年來(lái),盾構(gòu)法施工技術(shù)已從氣壓盾構(gòu)到泥水加壓法盾構(gòu)以及更新型的土壓力平衡式盾構(gòu),已使盾構(gòu)法能適用于任何水文地質(zhì)條件f的隧道工程施工.二十世紀(jì)八十年代,我國(guó)引進(jìn)該技術(shù),其中1989年建成的上海延安東路穿越黃埔江的隧道工程就是時(shí)世界上第三條用盾構(gòu)法施工的長(zhǎng)大隧道,1998年建成的廣州地鐵

3、一號(hào)線亦采用了該技術(shù)地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)中.作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的預(yù)制混凝土管片制造,安裝技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一,它作為成品直接拼裝到隧道中,要求其具有高強(qiáng)度,高精度,高質(zhì)量,高抗?jié)B性能和較高的外觀質(zhì)量,它對(duì)隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定和安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用.地鐵盾構(gòu)管片的研究涉及到管片材料,管片結(jié)構(gòu)形式與幾何尺寸,管片的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式與連接形式,拼裝方式,防水處理,管片的強(qiáng)度與耐久性等問(wèn)題.針對(duì)廣州地鐵二號(hào)線寬度(長(zhǎng)度)1.5m的大型盾構(gòu)預(yù)制鋼筋混凝土管片所進(jìn)行的試驗(yàn)研究,取得了一些適用性的研究成果.該項(xiàng)成果應(yīng)用于地鐵管片生產(chǎn),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)管片生產(chǎn)的空白,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益杜志軍等:廣州地鐵二號(hào)線盾構(gòu)預(yù)

4、捌琨凝士管片研捌與開(kāi)發(fā)2項(xiàng)目概況2.1工程概況該管片產(chǎn)品用于廣州地鐵二號(hào)線赤崗至鷺江區(qū)間隧道盾構(gòu)工程.2.2生產(chǎn)設(shè)備溉況為使該大型高精度混凝土管片生產(chǎn)做到技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)合理,安全適用,符合國(guó)情,我們先后對(duì)國(guó)內(nèi)外5個(gè)預(yù)制混凝土管片生產(chǎn)廠家進(jìn)行了廣泛的調(diào)研,在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,建成了-國(guó)內(nèi)一流的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)線.2.3主要技術(shù)指標(biāo)該預(yù)制大型高精度鋼筋混凝土管環(huán)每環(huán)由6塊管片拼裝組成,管環(huán)構(gòu)造詳見(jiàn)圖l.其中:72.標(biāo)準(zhǔn)管片3塊,與頂塊相鄰的645.管片2塊,l5.封頂管片1塊,塊之間用螺栓連接.管片類型有標(biāo)準(zhǔn)型,左轉(zhuǎn)彎型和右轉(zhuǎn)彎型三種形式.管環(huán)內(nèi),外徑為5.4rn,60m,每環(huán)寬度(長(zhǎng)度)為1

5、.5m,砼強(qiáng)度等級(jí)為c50,抗?jié)B等級(jí)為sl2.灌漿孔螺栓管抗拔力為130kn,管片抗彎力為l20kn.剖面l2a-aihb26,l|.l_l十a(chǎn)3t一【l-_號(hào)一0-l一一一一i田1管環(huán)構(gòu)造圈壓.鞫24生產(chǎn)工藝概況該項(xiàng)目主要內(nèi)容包括模具,鋼筋骨架及其成型技術(shù),混凝土攪拌,混凝土養(yǎng)護(hù)與脫模技術(shù)等,工藝流程詳見(jiàn)圖2.砼攪拌采用微電腦程控自動(dòng)計(jì)量,監(jiān)控操作系統(tǒng),管片生產(chǎn)采用專用鋼模具,吊斗就位澆注方式,并采用無(wú)壓蒸汽養(yǎng)護(hù),噴淋養(yǎng)護(hù)和真空吸盤脫模等技術(shù),確保管片質(zhì)量.該生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)居領(lǐng)先水平,且生產(chǎn)效率高.圈2工藝藏程田2.5產(chǎn)品驗(yàn)收情況該預(yù)制大型高精度鋼筋混凝土管片試生產(chǎn)階段完成后,2001年4月

6、5日由廣州市質(zhì)檢站,廣州地鐵總公司建設(shè)事業(yè)部,廣州地鐵監(jiān)理公司赤崗至鷺江區(qū)闖監(jiān)理部,廣州市盾建地下工程有限公司等單位對(duì)管片產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)收.試驗(yàn)結(jié)果為:該管片主要技術(shù)指標(biāo),包括管片幾何尺寸,三環(huán)水平拼裝誤差,管片抗彎力,灌漿孔螺栓管抗拔力等指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求,其中一些指標(biāo)高于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(gb50299一l999)的要求,建議投產(chǎn).該產(chǎn)品已于2001年用于廣州地鐵二號(hào)線赤崗至鷺江區(qū)間隧道盾構(gòu)工程.廣州建筑guangzhouarchitecture22年第2期3混凝土配合比試驗(yàn)與研究3.1混凝土配合比控制指標(biāo)管片混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c50,抗?jié)B等級(jí)為sl2,混凝土配臺(tái)比需經(jīng)過(guò)試

7、配確定,設(shè)計(jì)要求除滿足強(qiáng)度要求外,其抗?jié)B等級(jí)要比設(shè)計(jì)要求提高o.2mpa.3.2混凝土配臺(tái)比試驗(yàn)地鐵盾構(gòu)管片質(zhì)量和精度要求較高,在該新產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)過(guò)程中,公司組織有關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)無(wú)壓蒸汽養(yǎng)護(hù)高抗?jié)B礦渣粉混凝土進(jìn)行了研究,對(duì)管片混凝土配合比進(jìn)行_試驗(yàn).3.2.1原材料地鐵盾構(gòu)預(yù)制混凝土管片的原材料應(yīng)盡可能選用同一廠家同一品牌的產(chǎn)品,以便于管片產(chǎn)品質(zhì)量的控制.特別是水泥的選用.將直接影響到管片產(chǎn)品的外觀質(zhì)量.3.2.2混凝土配合比試配在選定水泥,砂,石子等基本原材料的基礎(chǔ)上.為了滿足設(shè)汁要求的混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性能,減少混凝土管片收縮變形,產(chǎn)生裂縫,外表麻面和氣泡等不良現(xiàn)象,確保混凝土管片幾何

8、尺寸的精度.根據(jù)不同環(huán)境溫度進(jìn)行了混凝土配合比室內(nèi)試驗(yàn)和模擬混凝主管片無(wú)壓蒸汽養(yǎng)護(hù)試驗(yàn),采用高效減水劑,在抗?jié)B混凝土中等量摻加水泥用量10%的礦渣粉,共做了25組混凝土配合比試驗(yàn),選用了5種類型的外加劑做混凝土配合比,強(qiáng)度及抗?jié)B試驗(yàn).根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,擬采用5個(gè)混凝土配合比做管片生產(chǎn)試驗(yàn).3.2_3管片生產(chǎn)試驗(yàn)為了進(jìn)步驗(yàn)證混凝土配臺(tái)比試驗(yàn)結(jié)果用于管片的可行性.優(yōu)選混凝土配合比,較好地掌握管片生產(chǎn)可能發(fā)生的質(zhì)量缺陷,優(yōu)選5個(gè)配臺(tái)比進(jìn)行了lo片(次)模擬管片生產(chǎn)試驗(yàn),基本上掌握了混凝土管片的生產(chǎn)工藝.對(duì)于混凝土管片出現(xiàn)的影響外觀質(zhì)量的側(cè)端氣泡產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析,進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配合比,改進(jìn)混凝土澆搗工

9、藝.在此基礎(chǔ)上,再進(jìn)行了5片(次)模擬管片生產(chǎn)試驗(yàn),最終取得了較為理想的混凝土配合比(見(jiàn)表1),該配臺(tái)比用于地鐵盾構(gòu)預(yù)制混凝土管片正式生產(chǎn).表1混凝土配合比噩強(qiáng)度配臺(tái)匕坍抗壓強(qiáng)度mpa求泥礦渣粉落蒸汽標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)抗?jié)B用量用量水泥巾砂石子水礦渣粉外加劑度養(yǎng)護(hù)等級(jí)l,e,/mkg/m5257d28dcm5h3824211.752.970.4l0i】0.6%6521.7494602.sl24模具安裝,調(diào)試,維護(hù)與保養(yǎng)管片模具的精度和耐久性是影響管片質(zhì)量的主要因素之一,廣州地鐵二號(hào)線地鐵盾構(gòu)工程設(shè)計(jì)采用單個(gè)管片長(zhǎng)度為1.5m,是國(guó)內(nèi)首次在地鐵建設(shè)工程中采用大型地鐵盾構(gòu)管片.因此,對(duì)管片模具提出了更高的要求

10、,鋼模具基本尺寸允許誤差應(yīng)滿足表2要求.為此我公司委托有經(jīng)驗(yàn)的鋼模具制造商ceresolatunnelb.ag公司設(shè)計(jì)與制造.壯志軍等:廣州地鐵二號(hào)線盾構(gòu)援翻晁凝土管片研崩與開(kāi)發(fā)13表2鋼模具基本尺寸允許誤差單位:iqlo41鋼模具安裝鋼模具安放在水平的,帶有堅(jiān)固混凝土基座的木枋面42鋼模具調(diào)試鋼惶投人使用前,應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)試與測(cè)量,也括按順序松,緊調(diào)節(jié)螺桿來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉模具側(cè)板.捌節(jié)螺桿擰緊關(guān)閉模具時(shí)應(yīng)使用扭扳手,力矩控制在200n-131.若超出允許公差.應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整4.3鋼模具維護(hù)與保養(yǎng)模其捫阡與關(guān)閉應(yīng)使用扭矩扳手,管片脫模后用高壓守氣或柔軟的布清理模具表面和連接螺栓孔內(nèi)的殘留物+必要時(shí)

11、,可用薄刮鏟清除水泥淤渣,碎屑.以確保模具的拼裝精度使用期間,模具的凋節(jié)螺桿,調(diào)整螺栓應(yīng)定期涂抹黃十油;模具閑置期間,應(yīng)置于關(guān)閉狀態(tài),井做涂油防腐蝕處理,每半年保養(yǎng)次5混凝土澆搗與養(yǎng)護(hù)技術(shù)5.】涂刷混凝土脫模劑在清理十凈的模具內(nèi)表面均勻涂刷脫模劑,要求薄m均勻,無(wú)積油,淌油現(xiàn)象.52混凝土攪拌混凝.攪拌采剛slc0ma公司的mpi500tn型攪拌機(jī)(站j,該站配有微電腦自動(dòng)控制程序,在貯料罐門上安裝有濕度感測(cè)探針,在攪拌機(jī)底盤上安裝有濕度感測(cè)電極,自動(dòng)探測(cè)骨料的拌合用水量和攪拌機(jī)內(nèi)骨料的古水量,并可根據(jù)輸人的配合比參數(shù),自動(dòng)扣除骨料的含水量而進(jìn)行自動(dòng)控制混凝t攪拌作業(yè):j3混凝土澆搗采用吊1+

12、下料,第?次下料順序?yàn)橄鹊秃笊?從模具邊緣向中問(wèn)過(guò)渡.下料的同時(shí)即進(jìn)行振搗,混凝土澆搗高度至25cm后,應(yīng)依次關(guān)閉模具上蓋板,然后,再?gòu)哪＞呱仙w板預(yù)留面插入振動(dòng)器進(jìn)行平行于內(nèi)外弧面的振搗,同時(shí)進(jìn)行第二次下料,混凝土在高頻振動(dòng)力作用下流動(dòng)順序?yàn)橛筛叩降?最終混凝t填實(shí)整個(gè)模具.振搗結(jié)束后,上蓋板預(yù)留面用刮尺沿模具外緣弧面找平.j4管片外弧面整修混凝上澆搗成型后,即可打開(kāi)模具上蓋板.進(jìn)行管片外弧面整修.要求管片外弧面密實(shí)光滑平整,邊棱完整無(wú)歃損,以提高管片的抗?jié)B性能,減少盾構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)盾構(gòu)機(jī)尾刷的磨損:5.5混凝土管片養(yǎng)護(hù)工藝混凝土管片養(yǎng)護(hù)分為三個(gè)階段:第一階段為在模具內(nèi)的養(yǎng)護(hù),即管片脫模之前的

13、養(yǎng)護(hù);第二階段為管片脫模之后的灑水噴淋養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d;第三階段為自然養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間為21d,可在堆場(chǎng)進(jìn)行:當(dāng)環(huán)境溫度高于25時(shí),模內(nèi)混凝土管片可采用自然養(yǎng)護(hù)812h;當(dāng)環(huán)境溫度低于25時(shí),模內(nèi)混凝土管片采用無(wú)壓蒸汽養(yǎng)護(hù)為了確保養(yǎng)護(hù)效果,采取控制升降溫速率,控制最高養(yǎng)護(hù)溫度等技術(shù)措施,并用電子溫度感應(yīng)儀監(jiān)控蒸汽養(yǎng)護(hù)過(guò)程.無(wú)壓蒸汽養(yǎng)護(hù)基本工藝為:靜養(yǎng)+升溫+恒溫+降溫,并根據(jù)廣州氣候條件,調(diào)整混凝土管片模內(nèi)蒸養(yǎng)曲線.6混凝土管片脫模技術(shù)為縮短混凝土管片模內(nèi)養(yǎng)護(hù)時(shí)間和生產(chǎn)過(guò)程中的輔助作業(yè)時(shí)間,加快模具周轉(zhuǎn),經(jīng)14廣州建筑geangzhouarchjrecture2002年第2期過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠

14、家的調(diào)研和技術(shù)論證,決定采用真空吸盤脫模技術(shù).該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):f1)當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到cl8(約為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的36%)時(shí),即可脫模;(2)操作簡(jiǎn)單,迅速,勞動(dòng)強(qiáng)度低;(3)利用真空吸附管片,對(duì)管片無(wú)損傷;(4)真空吸盤面積大,可防止脫模起吊過(guò)程中管片的擺動(dòng),避免管片與模具的磕碰而造成管片掉角,掉塊等現(xiàn)象.真空吸盤主要原理:電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)真空泵通過(guò)單向閥抽空儲(chǔ)氣罐內(nèi)的空氣,使其產(chǎn)生大于或等于70%的真空度.真空吸盤放置在管片上弧面,依靠真空吸盤內(nèi)的密封墊圈與大氣隔絕,當(dāng)操作控制器時(shí),可使真空吸盤.與儲(chǔ)氣罐內(nèi)的真空連通,依靠?jī)?chǔ)氣罐內(nèi)真空與大氣壓之負(fù)羞,吸附起吊管片真空吸盤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下:真空吸盤

15、起吊能力:4200真空吸盤個(gè)數(shù):3個(gè)操作真空度:70%90%真空吸盤自重:600kg電動(dòng)機(jī)功率:1.5kw最大真空度:99%7混凝土管片質(zhì)量測(cè)試與檢驗(yàn)7.1混凝管片質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(1)混凝土管片物理力學(xué)性能應(yīng)符合下列指標(biāo):管片混凝土抗壓強(qiáng)度為50mpa;管片灌漿孔螺栓管抗拔力為130kn;管片抗彎力為l2okn;管片混凝土抗?jié)B壓力為l_2mpa.(2)餛凝土管片表面平整,無(wú)缺棱,掉角,麻面和露筋;幾何尺寸允許偏差值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求.(3)混凝土管片三環(huán)水平拼裝檢驗(yàn)允許偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求.72混凝管片檢測(cè)器具與方法該大型地鐵盾構(gòu)鋼筋混凝土管片精度要求很高.常規(guī)方法不能滿足要求.必須使用特殊榆測(cè)測(cè)

16、試方法.在管片生產(chǎn)過(guò)程中,首先要控制鋼模具尺寸精度.其次要檢驗(yàn)管片產(chǎn)品的尺寸,符合各項(xiàng)指標(biāo)后,才能出廠.7.21鋼模具尺寸精度檢驗(yàn)使用鋼模具的4套專用量規(guī)(a型,b型,c型k型鋼模具各一套).每次測(cè)量l6個(gè)點(diǎn),可一次完成一套鋼模具的測(cè)量.測(cè)量方法:根據(jù)所量測(cè)模具型號(hào)與轉(zhuǎn)彎類型,裝配相應(yīng)的l6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)墊塊,墊塊螺母的擰緊力為200n-m,然后將量規(guī)吊人微開(kāi)的鋼模具內(nèi)定位,再關(guān)閉鋼模具,用塞尺量測(cè)模具上l6個(gè)錐腳與側(cè)板間隙,該間隙即為鋼模具所測(cè)方向的尺寸誤差.要求鋼模具每生產(chǎn)400片混凝土管片時(shí),進(jìn)行一次檢驗(yàn).7.2.2混凝土管片尺寸檢驗(yàn)單個(gè)管片寬度使用1500mm特大量程,精度為0.02lnm的游

17、標(biāo)卡尺檢驗(yàn).外圓弧長(zhǎng)用鋼卷尺檢驗(yàn).7.2.3管片三環(huán)水平拼裝檢驗(yàn)在內(nèi)徑為5.4m,外徑為6m,高度為0.3m的圓環(huán)形鋼筋混凝土專用平臺(tái)上進(jìn)行,平臺(tái)表面平整度誤差小于025mill.主要檢測(cè)器具為塞尺和鋼卷尺.7.2.4管片力學(xué)性能檢驗(yàn)(1)混凝土試塊抗?jié)B性能,強(qiáng)度試驗(yàn)在我公司的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行;(2)管片力學(xué)性能檢驗(yàn)委托廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心按設(shè)計(jì)要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行隨機(jī)取樣檢驗(yàn),試驗(yàn)依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(gb50152-92)和預(yù)制砼構(gòu)件質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(gbj321901一杜志軍等:廣州地鐵二號(hào)線盾柄預(yù)翻混凝土管片軒胄i與開(kāi)發(fā)1573混凝土管片質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果根據(jù)管片生產(chǎn)質(zhì)量保證體系

18、,對(duì)已生產(chǎn)的10800片管片進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè),產(chǎn)品合格率達(dá)99.95%一7.3.1混凝土管片檢驗(yàn)結(jié)果(1)混凝土管片外形幾何尺寸檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.裹3混凝土管片外形幾何尺寸檢驗(yàn)結(jié)果單位:110111檢測(cè)項(xiàng)】偏差值范圍寬度(長(zhǎng)度)加.2+045厚度加.82一+2.00弧長(zhǎng)(非封頂蛙)0.00一:to90弧長(zhǎng)(封頂塊)0.00一09o其它r寸滿足管片質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(2)混凝土管片寬度(長(zhǎng)度)偏差分布情況見(jiàn)表4.130kn提高15%;(3)混凝土管片抗彎(標(biāo)準(zhǔn)環(huán)a片)試驗(yàn)結(jié)果:該管片的正常使用荷載值(初開(kāi)裂荷載)為192kn,比設(shè)計(jì)正常使用荷載值提高60%;破壞荷載值達(dá)480kn,比設(shè)計(jì)破壞荷載值提高33%.7.33混凝土管片三環(huán)水平拼裝檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5.裹5混凝土管片三環(huán)水平拼裝檢測(cè)結(jié)果單位:mrn檢測(cè)項(xiàng)目偏差值范圍環(huán)向縫閫隙