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

1、廣州地鐵二號線盾構(gòu)預(yù)制混凝土管片研制與開發(fā)廣州地鐵二號線盾構(gòu)預(yù)制混凝土管片研制與開發(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.奉文針對廣州地鐵:號線盾構(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,對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn).該工法于l8l8年由英國工程師布魯諾爾(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,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世界上第三條用盾構(gòu)法施工的長大隧道,1998年建成的廣州地鐵

3、一號線亦采用了該技術(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,它對隧道的長期穩(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)度與耐久性等問題.針對廣州地鐵二號線寬度(長度)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)效益和社會效益杜志軍等:廣州地鐵二號線盾構(gòu)預(yù)

4、捌琨凝士管片研捌與開發(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,符合國情,我們先后對國內(nèi)外5個預(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)計要求的前提下,建成了-國內(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(長度)為1

5、.5m,砼強(qiáng)度等級為c50,抗?jié)B等級為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,工藝流程詳見圖2.砼攪拌采用微電腦程控自動計量,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)計要求,其中一些指標(biāo)高于現(xiàn)行國家標(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)度等級為c50,抗?jié)B等級為sl2,混凝土配臺比需經(jīng)過試

7、配確定,設(shè)計要求除滿足強(qiáng)度要求外,其抗?jié)B等級要比設(shè)計要求提高o.2mpa.3.2混凝土配臺比試驗(yàn)地鐵盾構(gòu)管片質(zhì)量和精度要求較高,在該新產(chǎn)品的研制與開發(fā)過程中,公司組織有關(guān)工程技術(shù)人員對無壓蒸汽養(yǎng)護(hù)高抗?jié)B礦渣粉混凝土進(jìn)行了研究,對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?；炷凉芷瑤缀?/p>

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個配臺比進(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(見表1),該配臺比用于地鐵盾構(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,廣州地鐵二號線地鐵盾構(gòu)工程設(shè)計采用單個管片長度為1.5m,是國內(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)計與制造.壯志軍等:廣州地鐵二號線盾構(gòu)援翻晁凝土管片研崩與開發(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)試與測量,也括按順序松,緊調(diào)節(jié)螺桿來打開和關(guān)閉模具側(cè)板.捌節(jié)螺桿擰緊關(guān)閉模具時應(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

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控制程序,在貯料罐門上安裝有濕度感測探針,在攪拌機(jī)底盤上安裝有濕度感測電極,自動探測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),自動扣除骨料的含水量而進(jìn)行自動控制混凝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?從模具邊緣向中問過渡.下料的同時即進(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,再從模具上蓋板預(yù)留面插入振動器進(jìn)行平行于內(nèi)外弧面的振搗,同時進(jìn)行第二次下料,混凝土在高頻振動力作用下流動順序?yàn)橛筛叩降?最終混凝t填實(shí)整個模具.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,邊棱完整無歃損,以提高管片的抗?jié)B性能,減少盾構(gòu)施工過程中對盾構(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)時間為7d;第三階段為自然養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時間為21d,可在堆場進(jìn)行:當(dāng)環(huán)境溫度高于25時,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,模內(nèi)混凝土管片采用無壓蒸汽養(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)過程.無壓蒸汽養(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)時間和生產(chǎn)過程中的輔助作業(yè)時間,加快模具周轉(zhuǎn),經(jīng)14廣州建筑geangzhouarchjrecture2002年第2期過對國內(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)計強(qiáng)度的36%)時,即可脫模;(2)操作簡單,迅速,勞動強(qiáng)度低;(3)利用真空吸附管片,對管片無損傷;(4)真空吸盤面積大,可防止脫模起吊過程中管片的擺動,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:電動機(jī)帶動真空泵通過單向閥抽空儲氣罐內(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,可使真空吸盤.與儲氣罐內(nèi)的真空連通,依靠儲氣罐內(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真空吸盤個數(shù):3個操作真空度:70%90%真空吸盤自重:600kg電動機(jī)功率:1.5kw最大真空度:99%7混凝土管片質(zhì)量測試與檢驗(yàn)7.1混凝管片質(zhì)量驗(yàn)收評定標(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)計要求.72混凝管片檢測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.必須使用特殊榆測測

16、試方法.在管片生產(chǎn)過程中,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).每次測量l6個點(diǎn),可一次完成一套鋼模具的測量.測量方法:根據(jù)所量測模具型號與轉(zhuǎn)彎類型,裝配相應(yīng)的l6個標(biāo)準(zhǔn)墊塊,墊塊螺母的擰緊力為200n-m,然后將量規(guī)吊人微開的鋼模具內(nèi)定位,再關(guān)閉鋼模具,用塞尺量測模具上l6個錐腳與側(cè)板間隙,該間隙即為鋼模具所測方向的尺寸誤差.要求鋼模具每生產(chǎn)400片混凝土管片時,進(jìn)行一次檢驗(yàn).7.2.2混凝土管片尺寸檢驗(yàn)單個管片寬度使用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上進(jìn)行,平臺表面平整度誤差小于025mill.主要檢測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)量安全檢測中心按設(shè)計要求對產(chǎn)品進(jìn)行隨機(jī)取樣檢驗(yàn),試驗(yàn)依據(jù)現(xiàn)行國家標(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)評定標(biāo)準(zhǔn)(gbj321901一杜志軍等:廣州地鐵二號線盾柄預(yù)翻混凝土管片軒胄i與開發(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、,對已生產(chǎn)的10800片管片進(jìn)行了質(zhì)量檢測,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檢測項(xiàng)】偏差值范圍寬度(長度)加.2+045厚度加.82一+2.00弧長(非封頂蛙)0.00一:to90弧長(封頂塊)0.00一09o其它r寸滿足管片質(zhì)量驗(yàn)收評定標(biāo)準(zhǔn)(2)混凝土管片寬度(長度)偏差分布情況見表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(初開裂荷載)為192kn,比設(shè)計正常使用荷載值提高60%;破壞荷載值達(dá)480kn,比設(shè)計破壞荷載值提高33%.7.33混凝土管片三環(huán)水平拼裝檢測結(jié)果檢測結(jié)果見表5.裹5混凝土管片三環(huán)水平拼裝檢測結(jié)果單位:mrn檢測項(xiàng)目偏差值范圍環(huán)向縫閫隙