TBM 全断面掘进隧洞预制管片的施工及质量控制

贾建宇

（山西省水利建筑工程局 太原 030006）

【摘要】介绍了正在用全断面隧洞掘进机（TBM）施工的隧洞衬砌管片制作的预制厂布置、管片的制作工艺、施工组织及主要质量控制情况。 【关键词】衬砌管片 施工 质量控制 中图分类号：TV523 文献标识码：B

1工程概况 1．1概述

一条用TBM全断面掘机施工的隧洞，采用六边形预制钢筋混凝土管片衬砌，衬砌后内径为6.0 m,管片宽1.6 m,厚度0.28 m,管片在洞内拼装后四片组成一环,管片与围岩之间的空隙平均厚度约9cm,用豆砾石充填并进行回填灌浆。在管片的内周边设有两道止水，作为拼装后管片之间纵缝和环缝的止水设施。

1．2预制厂厂房布置及功能区

预制厂位于隧洞的右测，呈长方形布置，钢结构，厂房占地面积 6 000 m2，厂房

内主要设有钢筋笼下料区及钢筋笼加工绑扎区、工地试验室、蒸汽养护室及锅炉房、管片垫块制作车间、管片生产线。厂房布置16t和10t行车各一台、3t行车两台、1吨单轨吊等起重设备，以满足管片、钢筋笼的吊运。

厂房一侧设有水池、泵房、砂石骨料堆放区、混凝土拌合系统分料仓等，另一侧设有平整后的管片室外堆放区，管片从原材料堆放到浇筑成预制构件成品以满足隧洞安装占用总占地面积约70 000 m2。

1．3管片型号分类及其洞内地质情况

管片根据地质围岩类别分为A、A-1、A-2、B、C、C-1、C-2、D、E型9种管片，每种管片实际钢筋用量都不同。每种管片分顶管片、侧管片、底管片三种。每个管片设两个安装孔和四个定位销孔，顶管片设中孔，底管片设排水槽和预留塑料螺丝管。沿管片周围边设GBW遇水微膨胀止水条和821BF复合橡胶止水条。

洞内围岩主要有常规开挖（Ⅱ类围岩）洞段、坚硬岩石（Ⅲ类围岩）洞段、中软岩石或强裂破碎（Ⅳ类围岩）洞段、非常不稳定断层带、土洞（Ⅴ、Ⅴ1、Ⅴ2类围岩）洞段、煤系地层膨胀岩有害地下水洞段及强膨胀岩，高地应力，缩径软岩等洞段。

2 施工工艺及施工组织 2．1生产流程

预制混凝土管片的生产是一个连续的过程，在流水线上的每个位置都是相互连接

的，主要分为以下几个步骤：

（1） 模具清洗、涂刷脱模剂。 （2） 将钢筋笼吊入模具，并校准固定。 （3） 闭合并锁紧模具。 （4） 混凝土入模并振捣。 （5） 蒸汽养护。

（6） 脱模，检查，缺陷修补。 2．2模板工程

预制管片采用外国进口的10套定型模具。模具由两部分组成，上部分为模型箱体，下部为行走机构，模型箱体有底模、侧模和顶模组成。顶摸、侧模能按要求启闭，顶模中间留有进料孔。底模安装四个高频振捣器。模具在安放钢筋笼前应将侧模和顶模开启，并涂刷脱模剂，钢筋笼就位后关闭侧模和顶模，然后用螺栓紧固，待混凝土进入模具后，开启振捣器。 2．3混凝土工程

1)混凝土拌和及运输。混凝土采用HZS50全自动拌和站拌和。混凝土拌和根据实验室出具的配料单进行配料。砂石骨料采用50装载机从料仓装料卸至自动配料器，由配料器卸至生料斗，由生料斗提升卸至搅拌机；水泥和粉煤灰通过螺旋输送机直接送入搅拌机；水和外加剂通过送水泵抽入搅拌机。进入搅拌机内部的料均采用自动称量系统称量。搅拌机搅拌好的料，卸至皮带机，由皮带机卸至贮料斗，从贮料斗卸至模具内部。

2)混凝土振捣。混凝土卸入模具后，利用四个附着式振捣器进行振捣，振捣器开启后，从入料口观察混凝土振捣情况，如果模具内部混凝土开始泛浆，并不再下沉，停止振捣。最后用铁抹子将入料口混凝土抹平。

3)混凝土养护。管片混凝土养护采用模内蒸汽养护。在预制厂房内部设有蒸汽养护室。蒸汽养护室分为三条生产线，每条生厂线分为三个区，第一个区为预加热蒸汽区，其温度为40～45℃，占用2个管片位置。第二个区为主养区，其温度为75～80℃，占用6个管片的位置。第三区为降温区，其温度为40～45℃，占2个管片的位置。蒸汽养护室采用2台4t蒸汽锅炉向养护室提供蒸汽，一台运行，一台备用。

模具内部的混凝土浇筑完成后，通过管片生产线运送到蒸汽预加热区，蒸汽温度为40～50℃，停放30多min，然后进入75～80℃的主蒸汽养护室停放不少于3h，最后进入降温区停放1h，完成蒸养。蒸汽养护时间通过现场试验确定，其标准为混凝土管片强度大于20MPa，试验应在蒸汽养护相同条件下的试件上进行。管片出养护室后，打开顶模和侧模，用专用的起吊装置真空吸盘将管片吊出模具，清理模具后，进入下一生产循环。

脱模后的预制管片堆放在室内养护区继续养护2天，在管片逐渐降温速率不得大于20℃/h。

2．4缺陷处理和止水安装

管片脱模后，质检人员对管片进行外观检查，如果发现表面有缺陷，如蜂窝、麻面、掉角等，必须进行修补，修补前须用钢丝刷或加压水冲刷清除松动部分，或凿去薄弱部分，用水冲洗干净。用比原混凝土强度等级高一级的砂浆填补缺陷处。

在管片安装前要进行复合止水条和遇水微膨胀止水条安装，安装前将管片侧面用压缩空气吹干净，在预留止水安装槽均匀涂刷止水专用胶1 m m厚，将洁净的膨胀止水条粘到管片侧面上，用橡胶锤轻轻地敲打止水条，使止水条紧密地粘在管片上。 2．5施工进度

按生产进度每个月（按25天计）平均进尺1 000m计算，每天平均40m，管片厂按每天生产100片，月生产须约3 000片。

混凝土拌和能力为50m3/h，每天22h，生产量为660 m3，完全大于最大生产能力。 主养护室的管片停留时为3h，停留管片数量18个，生产一个管片需时间3×60/18=10min，日产量22h×60min/10min=132片，可以满足最大限度要求。 3．主要的质量控制项目

3．1混凝土

混凝土的砂子、石子、钢筋、胶凝材料及拌和物的控制与常规性混凝土相同。符合规范和设计要求即可。

3．2模具的质量控制

模具在使用过程中，对其钢模各零件进行定时养护，用风压清理干净残留混凝土及浮渣，必要时采用专用工具轻轻铲去浮渣，使模具干净，混凝土成型标准。对管片模具长度、宽度、对角线的检查。由于钢材的各项性能外国厂家保密尚未提供，只能对生产出管片的长度、宽度、对角线进行精确的测量。以确定模具变形在规定的误差之内。至今4万余片，误差在2mm之内。说明其模具的生产工艺值得国内钢结构工程师深思。 3．3管片的质量控制

每班必须对管片的几何尺寸和外观进行检查，凡有尺寸大小超出合同和规范要求的管片，根据管片号和模具号立即对模具进行分析和调整。

对外观的缺陷如蜂窝、麻面、掉角上报负责人按规定处理。

对于裂缝的处理：如管片混凝土内表面发现大于5条贯通或10条以上不贯通裂缝，用改性水泥基防水涂料涂刷整个管片混凝土内外及边侧混凝土表面。如内表面裂缝条数小于该条数，以单条裂缝为准，混凝土内表面涂料覆盖裂缝左右各100m m，两条相距较近时连在一起处理。喷涂厚度大于1m m。

4．经验与建议

4.1技术方面

预制管片的顺利生产，主要不仅有先进的模具，还有其对蒸养的水泥、粉煤灰及骨料混合的要求，必须符合蒸养的条件，经过大量的试验才能成功。还有设备的维修,保养。使其正常运行。

4.2管理方面

精心组织，精心施工。一环接一环,从清理模具、下料到绑钢筋笼、钢筋笼吊入模具、混凝土入仓、振捣、进入蒸养室、蒸养室内循环、吸盘吊入翻转台、吊装绳吊入车间、静养、贴止水、最后叉到车间外。这一系列的工序,不能有任何一个工序脱节,否则窝工。因此必须有严格的组织。

4.3建议

冬季施工,蒸养是可行的施工方法。但叉入室外的管片由于其为薄壁结构,室外基本强度不增长。而进入洞内的装运要求必须达到设计强度标准值的90%以上。在室内存放两天必须出室外,否则室内又放不下管片。这就要求在室内就达设计强度标准值的90%以上。这一矛盾的解决一方面要求混凝土早强,再一室内存放增大，加大室内存放面积。

作者简介:贾建宇,男，1971生，2008年毕业于河北工程学院,水利工程专业,助理工程师。

[收稿日期：2008-12-01]

Manufacture and Quality Control of Lining Segment of a Construting Tunnel

Constructed by TBM

JIA Jian-yu

Abstract: The paper introduces the manufacture situations of the lining segment of a construction tunnel constructed by TBM. including the layout of precast factory, the manufacture technique of segment, the construction organization and the main situations to control segment quality.

Key words: Lining segment construction quality control