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高铁隧道混凝土预制管片制作工法
1 前言
随着各大城市地铁交通的迅猛发展，造价低、机械化程度高的盾构法施工技术应用得越来越广泛，而标志隧道总体质量水平的管片使用数量也越来越多。管片是隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型主要有钢筋混凝土管片、钢纤维混凝土管片、钢管片、铸铁管片、复合管片等。管片按拼装成环后的隧道线形分为直线段管片、曲线段管片及既能用于直线段又能用于曲线段的通用管片，其中曲线段管片又分为左转弯管片和右转弯管片。
盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最外层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片的质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能，对控制隧道的质量，保持隧道的线形和保证地铁隧道使用寿命起着关键作用。本文将围绕钢筋混凝土预制管片详细介绍其生产制作相关施工技术。

图1 高铁隧道钢筋混凝土预制管片
2 制作方法的特点
（1）工厂生产，管理集中，施工作业规范化，程序化，标准化；
（2）高精度组装模具，减小误差；
（3）先进的蒸汽养护系统，质量可控；
（4）合理的机器与人工配比，成本可控；
（5）优化的施工组织设计，进度可控；
（6）精细化的生产管理，整体目标可控。
3 适用范围
本工法适用于以混凝土为基体材料，预制钢筋混凝土管片生产制作的施工。
4 工艺原理
本工法涉及钢筋混凝土预制管片生产制作工艺，主要关键技术有以下方面。
（1）NTP智能蒸汽养护系统：
NTP智能蒸汽养护系统具有以下优点：
1、高效节能 采用进口燃烧器，使燃油充分燃烧，附合国家环保要求。蒸汽燃气同时供热，换热效率达98%。实行智能化间歇加温技术，在保证养护质量的前提下节省能耗，降低成本。　　　　
2、微电脑控制温度-时间曲线，大大提高养护质量，具有微电脑智能化控制系统，微电脑智能化系统按要求进行智能化控制，使养护的温度-时间曲线达到技术要求，从而使养护更具有科学性。　

图2 NTP智能蒸汽养护系统
（2）高精度焊铁架：
结合钢筋混凝土预制管片，设计了R、L两款高精度焊铁架，简化钢筋笼绑扎难度，每日生产钢筋笼16件。

图3 高精度焊铁架
（3）混凝土温度控制：
为更好的控制混凝土水化热反应，保证混凝土质量，需将混凝土温度控制在一定范围内，温度过高需要加冰水搅拌。本工法采用玻璃温度校准仪来控制温度。

图4 玻璃温度校准
（4）先进的专业机械设备：钢筋混凝土预制管片采用了先进的专用施工机械，垂直起吊用真空吸盘机以及翻转用管片翻转机。对成品的保护起到关键性作用。

图5真空吸盘机 图6 管片翻转机
5 工艺流程及操作要点
图7 钢筋混凝土预制管片制作工艺流程

5.1 施工工艺流程

5.2 操作要点
5.2.1 生产前准备工作
5.2.1.1 材料进场检验
钢筋混凝土预制管片原材料到厂之后，首先需对其进行一系列的质量检查，合格之后方可用于施工生产，混凝土、钢筋和钢材检验，按照要求抽样检测力学性能指标和耐久性性能，检测结果应符合国家标准《混凝土结构设计规范》和《钢结构设计规范》的规定。
5.2.1.2 机械、工具准备
在生产前应事先准备好以下机具及工具，利于生产过程的流畅。
1、机具设备：龙门吊、CO2焊机、钢筋调直机、钢筋煨弯机、混凝土振捣棒、高压水机、磨机、脱模剂喷涂机、养护液喷涂机、真空吸盘机、管片翻转机、叉车、斗车等；
2、工具：大小铲刀、小锤、专用力矩扳手、灰桶、高压水枪、钢丝球、砂轮片、不锈钢扎丝、帆布保护带、干扫把、干拖把、卷尺、弹簧剪刀、螺丝刀、毛刷、铝方通、水平尺、刻度尺、探针式温度测试仪、坍落度筒、坍落度捣棒等。
5.2.2 钢筋混凝土预制管片制作
钢筋混凝土预制管片采用固定模具工艺生产制作，制作时先绑扎钢筋笼，组装钢模，安装钢筋笼，埋设预埋件，浇注混凝土层，蒸汽养护等，具体工艺如下：
⑴ 绑扎钢筋笼：钢筋笼成型要从开料、钢筋弯曲安放、焊接、测量等各工序严格控制。为保证钢筋笼尺寸的准确性，钢筋笼的绑扎要在专用钢架上进行，钢架的形式与管片模具形式相适应。钢筋加工要严格按照设计图纸要求，不得随意更改。钢筋进入弯弧机时要保持平稳、匀速，弧形主筋加工时要防止平面翘曲，钢筋弯曲成型后不得出现裂纹、鳞落及撕裂现象，且成型尺寸要正确，成型后要进行标准圆弧模块检测。钢筋焊接要采用CO2保护焊方式，焊接要在专用焊铁架上进行。

图8 CO2保护焊制作钢筋笼 图9 钢筋标准圆弧检测
（2）模具组装：模具组装时，应保证模具接缝严密，模具之间的连接螺栓齐全和拧紧。模具组装后应对模具去毛、除锈和清洁。钢模合拢后，用内径千分尺在快速校验刻痕点对组装后的模具进行宽度校验，若超过误差允许范围，必须重新调整直至符合要求。

图10 钢模具组合校验检测
模具检测误差范围应符合下列要求：

（3） 喷涂脱模剂：脱模剂应采用质量稳定、脱模效果好、不影响外观的水溶性脱模剂，脱模剂要均匀喷涂，不宜过多，喷在模具表面不流淌，不集油为合格，特别留意模具角落不能漏喷。如有积液，喷完后应用棉纱、碎布擦拭均匀，达到模具表面见亮不见油的效果。

图11 喷涂脱模剂

（4）钢筋笼入模：钢筋笼在搬运和入模时不得碰撞，入模前需进行钢筋表面洁净处理，防止钢筋表面有油污、明显锈迹等，钢筋入模后，应检查钢筋笼位置是否正确，如有位移，要及时调整。为了控制保护层厚度，采用专用塑料垫块来固定钢筋与钢模的距离。要安排专人检查钢筋笼安放是否合格，保证钢筋笼入模质量。

图12 钢筋笼入模前清洁处理 图13 钢筋笼入模后校验
（5）预埋件安装及固定：安装钢筋笼后，预埋件进行安装，预埋件位置要严格按照设计图纸预埋，预埋件不得沾有油污和脱模剂。
（6）混凝土浇筑：混凝土浇注前，用风管进行模具内部清理，保证模内无细小垃圾，用布料机进行混凝土浇筑，浇筑前要进行混凝土坍落度试验，坍落度标准为125±25mm，混凝土温度控制在25度以内，具体措施为加冰搅拌,早上落石矢,错开升温。注意一次性落混凝土不超出模具总量的2/3，分批下料，实现分层振捣，混凝土表面气泡没有明显上升，振动时间为８分钟。

图14 混凝土浇注前风管清理模内杂物 图15混凝土浇筑
（7）收光面：混凝土振捣完成后，清理表面厚浆，防止开裂，收光面时间约4.5小时。要求：光面不得少于3道，平整度±１.５mm。

图16混凝土浇注后刮表面厚浆 图17 混凝土表面收光
（8）管片养护：混凝土浇注成型后至开模前，应覆盖保湿，管片养护需要预养护，静停时间不少于1h，采用NTP智能蒸汽养护，最高温度设定不超过60℃。

图18 管片覆盖保湿养护 图19 NTP智能蒸汽养护
⑼ 脱模：拆模前必须检查早强砖达到15Mpa后方可拆模，一般混凝土强度在20Mpa时拆模才不会对混凝土造成损伤。拆模时一定要掌握拆模顺序和预埋件拆卸方法，防止崩边碰角。

图20 强度检测 图21 按顺序拆模
（10）起吊：管片起吊采用专用机器，真空吸盘机，管片起吊时，吸盘与管片对中，确保管片垂直出模，以免损坏管片，在管片起吊高出模200mm后加设帆布带，做好安全保护措施。

图22 真空吸盘机起吊 图23 起吊保护
然后起吊至翻转区进行翻转，翻转后用叉车运送到修补区进行外观和尺寸等质量检查并验收合格后将其堆放在成品堆放区，当构件表面出现表面气泡、色差、或棱角损伤等一般缺陷时应按修补方案及时对构件进行修补处理。

图24 管片用翻转机翻转 图25 修补处理
（11）产品保护层检测及标示：管片修补完毕后，要检查钢筋保护层厚度，不合格管片作为废弃管片处理。每个管片检查完成后都要进行标示，标示内容为管片直径及该模具生产流水号和生产日期，标示位置为两个，一个为圆弧内侧，一个为侧边。

图26 保护层检查 图27 产品标示
（12）二次养护及堆放：标示完成后，喷涂养护液进行养护，养护液要求为170~200g/㎡，必须喷涂均匀，不得积液。喷涂完毕后，进行产品堆放，要求每堆不得超过6块，间距纵向500mm宽，横向800mm宽，管片底部用混凝土条加木板垫放，管片之间用150×150×150mm混凝土砖块加木板堆放。
图28 喷涂养护液 图29 产品堆放
（13）贴胶准备出厂：出货前20天进行贴胶工作，粘贴橡胶止水条程序为：管片止水条槽内清洁干净，胶水均匀涂刷在管片止水条槽和橡胶止水条上，按要求静止一定时间再将橡胶止水条安装在管片槽内，用橡皮锤将橡胶止水条敲紧，胶水刷涂需均匀，无积胶，敲打应均匀有力，不得漏敲。将贴好止水条的管片装车准备出货。

图30 管片贴橡胶止水条 图31 准备出货
6 劳动力、材料与设备
6.1 劳动力组织
根据工程规模、进度要求及工作面情况确定。按16件成品每工日所需人员见表1。
表1 劳动力组织情况表（单位：工日/16件）
序号
工种名称
数量（人）
主要从事工作
1
钢筋工
15
开料及绑扎钢筋
2
混凝土工
4
浇筑混凝土
3
模具工
6
拆分及组装模具
4
吊运工
5
吊运模具及产品
5
光面工
9
混凝土表面光面
6
修补工
2
修补混凝土缺陷
7
质检工
4
质量检验及打编号
8
压胶工
5
贴止水胶条
9
出货工
5
成品出货
10
管理员
6
生产管理
11
清模工
2
模具及钢筋笼清洁
12
清洁工
2
保持现场整洁

6.2 材料
混凝土材料：
石子：颗粒直径为10~20mm。
砂：采用工程石粉，细度模数为2.7~2.8的中砂。
水泥：选用编号为P.O42.5的普通硅酸盐水泥。
粉煤灰：选用Ⅰ级粉煤灰。
外加剂：选用施加235型号高效减水剂。
混凝土配方以330Kg水泥为配比基准，详见表二：
表2 混凝土配方
序号
材料
数量
单位
作用
1
水泥
330
kg
胶凝材料
2
水
148
kg
溶剂
3
石粉
705
kg
细骨料
4
石子
1080
kg
粗骨料
5
粉煤灰
110
kg
掺和料
6
外加剂
5.0-7.0
kg
减水剂

7、质量保证措施
⑴ 混凝土、钢筋和钢材及其他材料进场前应附有出厂合格证，相关技术说明资料，项目部应按规定的质量标准对材料进行严格的验收；
⑵ 预制管片制作前,应对其技术要求和质量标准进行技术交底，并应编制生产方案；生产方案应包括生产工艺、模具方案、生产计划、技术质量控制措施、成品保护、堆放及运输方案等内容。
⑶ 要求施工人员必须已经过相关操作的技术培训，考核合格后才能上岗；
⑸ 应根据混凝土的品种、工作性、预制构件的规格形状等因素，制定合理的振捣成型操作规程，混凝土应采用强制式搅拌机搅拌，并宜采用振捣棒振捣；
⑹ 预制管片采用洒水、覆盖等方式进行常温养护时，应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB 50666的要求；
⑺ 预制管片脱模起吊时，应根据设计要求、生产条件确定需要的同条件养护的混凝土立方体抗压强度，且不应小于15N/ mm2；
⑻ 预制管片的外观质量不应有严重缺陷，且不宜有一般缺陷。对已出现的一般缺陷，应按技术方案进行处理，并应重新检验；
⑼ 预制管片的允许尺寸偏差及检验方法应符合以下规定。

8 安全措施
⑴ 成立“项目安全管理小组”，成员包括项目经理、工程经理、安全主任、施工员、安全员等，主要职责为落实公司安全管理政策及管理制度，实行定期检查，将检查结果进行检讨、分析后提出改善计划，再行落实；
⑵ 实施安全分区责任制，明确施工员、安全员等前线管理人员所负责的区域及在安全、环保方面的职责，通过奖惩相结合，推动前线人员积极参与安全工作；
⑶ 工人上岗前必须进行安全技术交底与培训，合格后方能上岗操作；
⑷ 项目每天早上召开安全会议，提醒工人该注意的安全事项；
⑸ 龙门吊司机坚决执行“十不吊”准则；
⑹ 开工前，检查工人安全帽、安全鞋、手套、口罩、反光衣等个人防护用品是否佩戴；
⑺ 专职人员定期检查龙门吊刹车、钢丝绳、大车、小车等是否运行正常；
⑻ 起吊人员注意在吸盘起吊200mm高后,用纤维吊带套住产品,以防吸盘失效产品坠落。在吊运时,不得从人员上方经过,当下方有人时,须按警铃或灯光,提示下方人员避让;
⑼ 浇筑混凝土作业的工人必须佩带防护耳塞，防止噪音影响听力；
⑽ 使用射钉枪、电动工具时，不得打闹，不得对准自己及他人；
⑾ 脱模剂、防水层、二次养护等喷涂人员要佩戴防护用品。
9 环保措施
⑴ 装配式结构施工过程，根据 GB/T14001 环境管理体系、OHSAS18000职业安全与卫生管理体系，明确环境管理目标，建立环境管理体系，严防各类污染源的排放；
⑵ 深入广泛开展施工环境管理，划分责任区并定期组织检查，同时设立环境保护奖罚制度；大力宣传绿色施工、文明施工，提高全员积极性、主动性。；
⑶ 时刻保持现场通道舒畅、地面干净整洁，呈现原砼地面。每天清扫，无卫生死角；
⑷ 将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明；
⑸ 在施工现场应加强对废水、污水的管理，现场应设置污水池和排水沟。废水、废弃涂料、胶料应统一处理，严禁未经处理而直接排入下水管道；
⑹ 现场各类材料分别集中堆放整齐，并悬挂标识牌，严禁乱堆乱放，不得占用施工临时道路，并做好防护隔离。
10 效益分析
10.1 应用前景
伴随着我国地铁建设规模的不断扩大，地铁修建技术得到了不断的发展，地铁施工方法已由原来单一的明挖法发展到现在的盾构法施工方法。盾构法具有经济安全、对地面条件和建筑物依赖较小、施工工期较短等优点，是我国地铁隧道工程的一种主要方法。
进入21世纪，我国地铁建设步入了快速发展阶段，国内各大城市地铁建设项目竞相开工。至2015年前后，北京、上海、广州等22个城市将建设79条轨道交通线路，总长2259.84km，总投资8820.03亿元。2015年前后，我国建成和在建轨道交通线路将达到158条，总里程将超过4189km。
伴随着我国经济建设的发展，大中城市公共交通需求急剧上升，修建地铁和轻轨已是各大城市基础建设的必要内容，是现代化大都市的标志。国家有关部门规定，人口300万以上、GDP值1000亿元以上、年财政收入100亿元以上的城市可以建地铁，轻轨的标准只要达到上述条件的60%即可，实际上达到或接近这个标准的城市已有近50个，可以预见，未来盾构法管片生产具有广阔前景。
10.2 经济效益
工厂化生产，精细化管理，可加快钢筋混凝土预制管片生产进度，缩短工期，节约管理成本费用；管理集中，生产全过程质量监控到位，降低废品率，提高质量，减少因质量风险带来的质量成本；高精度模具，先进的蒸汽养护系统，加快模具周转，降低模具费用；现场安装快捷，质量有保障，降低现场施工成本，这必将极大提高公司的经济效益，提高公司在行业中的竞争力。
11 应用实例
本工法详细介绍了钢筋钢筋混凝土预制管片制作施工相关技术，且该技术已成功应用于香港区域快线XRL823A建设项目，现对该项目进行简要介绍。
工程名称为香港区域快线—XRL823A标段，工程地点位于香港新界元朗大江埔—香港新界石岗谢屋村标段。
预制管片总数量约为1280环，单环预制管片分为8片(7片大+1片小)，S1、S2、S3、S4、S5为标准块，S6、S7为邻接块，S8为封顶块。单环预制管片的混凝土体积约20.366m3/环，单环预制管片的钢筋约2704Kg/环，单环预制管片的重量约50.623吨。预制管片总重量约64798吨，总混凝土体积约26068m3，总钢筋用量约3217吨。

图32 XRL823A标段