管片工艺

1936年，在伦敦地铁的施工中使用了螺栓连 接的混凝土管片。自那以后，混凝土管片得 到广泛应用，衬砌的隧道直径范围达到了 1.52~10m多。在排水管道和给水隧道的施工 中，混凝土管片衬砌由于具有形状规则、表 面光滑的优点，也得到了充分的应用。
楔形膨胀型管片适用于隧道掘进机可决 出整园断面的粘土底层。管片可直接顶住洞 壁的粘土表面摆放，然后用楔形块将其涨紧， 即可依靠环向压缩应力形成圆环状支撑，不 再需要栓接或注浆。这种楔块膨胀型管片已 在1991年以来伦敦修建的大量地下供水隧道 中应用，一般是由8块管片构成一个管道圆环。
六、管片的发展趋势

2.1、管片的类型及优缺点 2.2、管片水平投影形状 2.3、管片内径 2.4、衬砌环的分块 2.5、管片宽度 2.6、衬砌环接缝方式 2.7、封顶块的插入方式 2.8、接缝的构造 2.9、连接形式
管片类型主要有球墨铸铁管片、钢管片、复 合管片和钢筋混凝土管片等, 每环由数块管片组 合而成。目前应用最广泛的是钢筋混凝土管片。 各类管片的主要优缺点如下。 (1) 球墨铸铁管片: 强度高、延性好、易铸成薄壁 结构, 管片重量轻, 搬运安装方便, 管片精度高, 外 形准确, 防水性好, 但加工设备要求高、造价大, 需翻砂成型后用大型金属切削机械加工。
一、管片的应用背景及意义 二、管片的分类与选型 三、管片的国内外发展概况
四、管片的生产工艺
五、管片行业存在的问题
六、管片的发展趋势
随着我国经济建设的高速发展，我国逐渐兴 起地铁建设的高潮。为尽量减少施工对环境的干 扰，通常采用盾构工法。因为该方法具有易于控 制地面隆沉、不需降水、对环境干扰较小、施工 高速安全、工程质量优良等优点。盾构法施工的 基本过程是在隧道掘进的同时，将预制的盾构管 片，在盾尾内部依次拼装，逐环形成隧道结构。 因此，盾构管片是否满足结构和施工拼装的需要， 是盾构法设计的一个重要内容。
管片投影为矩形的和菱形。大多数为矩形。
管片的内径为≈ 5400mm, 是根据下列条件 确定的: 1.圆形隧道的建筑限界是≈ 5200mm的圆; 2.根据地铁一号线的经验,盾构施工误差 和隧道的后期沉降可以控制在100mm之内。
目前,对于中等直径的地铁隧道管片, 衬砌 环的分块数一般采用3个标准块+ 2个邻接块+ 1个小封顶块的组合形式。这种多分块形式便 于运输,拼装容易、灵活。管片分块的大小一 般是由盾构机的千斤顶的数量、封顶块的插 入形式确定。越一三区间的标准块为72º ,邻接 块为64.5º ,封顶块为15º。
国标规定：管片宽度规定±1mm，厚度 规定(+3~-1)mm，考虑弦弧长测量方法等问题， 以及可以通过水平拼装对弧弦长情况进行检 查，在国标中对狐弦长不作要求。部分管片 企业成品尺寸控制指标如下表：
部分管片企业成品尺寸控制指标
b) 成品力学性能检验规定统计
国标规定：检漏试验在设计检漏试验压力的 条件下，恒压2h，不得出现漏水现象，渗水深度 不超过50mm。抗弯性能和抗拔性能规定为有设 计要求时，应符合设计要求。型式检验中规定每 200环抽样一块进行检漏试验，如第一块不合格 可加倍复检2块。抗弯性能和抗拔性能为根据设 计方案确定批量、抽样及复检数量。
部分企业管片混凝土强度
B. 钢筋及钢筋骨架
钢筋骨架质量直接影响到管片的承载能力， 是钢筋混凝土制品生产的一个重要环节，严 格控制其材料质量、加工质量、半成品的精 度是保证管片质量的重要因素。
a) 钢筋焊接质量控制
国标规定：钢筋骨架内主筋对焊焊接点数 量不应超过2个，对焊焊接点的位臵应在弧面 钢筋层上且不在连接面。钢筋骨架应在靠模 上焊接而成，采用二氧化碳保护焊点焊，保 证焊接点牢固，要求至少隔点点焊。部分管 片企业钢筋焊接质量控制情况见下表：
(2) 钢管片: 主要用型钢或钢板焊接加工而成, 其 强度高, 延性好, 运输安装方便, 精度稍低于球墨 铸铁管片, 但施工时在施工应力作用下易变形, 在 地层内也易锈蚀。 (3) 钢筋混凝土管片: 有一定强度, 加工制作比较 容易, 耐腐蚀、造价低, 是最常用的管片形式, 但 较笨重, 在运输、安装施工过程中易损坏。
管片的拼装方式有通缝和错缝两种。前者在管片制作、 拼装上较后者更易于实施 。我们选择错缝拼装的形式主要 是基于以下几点: ① 成环管片间的接缝形式不再是“十”字形, 而成为“T” 形, 没有了纵向通缝,增强了结构的整体性。 ② 由于错缝拼装,管片通过接缝将内力传递给相临环,管片 抗变形能力增强, 提高了防水效果。 ③ 通缝拼装的管片一般只能提供一种楔形环, 而错缝拼装 时, 可以提供几种不同锥度的楔形环, 使得管片选型余 地更大,线路的拟合更容易、精确, 防水效果更好。
由于产品的重要性，各地业主、监理单 位等提出对管片的生产均进行了严格质量控 制要求。以下是部分生产企业混凝土、钢筋 及骨架、成品质量控制的情况：
A. 混凝土
管片是隧道的主要组成部分，由于管片的尺寸精 度高，使用环境、用途的特殊性决定了制作管片的混 凝土必须具备高强度、高抗渗性。 国家标准规定：混凝土强度等级不低于C50，抗 渗等级应符合工程设计要求。管片脱模时的混凝土强 度，当采用吸盘脱模时不应低于15MPa，当采用其它 方式脱模时，应不低于20MPa。管片出厂时的混凝土 强度不低于设计强度。
管片的接缝有设榫槽和不设榫槽两种, 前 者在软土地层能提高管片的安装精度, 有利于 控制变形。结合广州地层较硬特点, 若采用接 缝设榫槽将会导致接缝处易开裂, 这种开裂发 生在管片背面将是看不见且无法修补的。因 此, 管片环、纵缝均不设榫槽。
管片之间采用弯螺栓 连接, 优点是: 操作简单, 工艺成熟, 螺栓手孔对管 片削弱小。
钢纤维加筋混凝土(SFRC)虽然已经出现 很多年了，但将其用于隧道衬砌管片也还只 是今年才出现的事。使用钢纤维可降低钢筋 笼的标准，甚至在同等条件下(隧道直径、地 层条件)，还可完全替代标准钢筋笼。
1.我国管片生产企业分布情况 2.各地企业管片的生产规模 3、生产工艺
4、管片结构形式
目前管片的生产企业一般以地铁施工进 度安排生产。由于地铁施工进度不同，管片 的生产规模不一，具体的生产规格与当地的 隧道施工产品要求相对应。
① 目前国内管片企业生产工艺主要有以下几种
方式：
国内80%还采用直线段管片和曲线段管片进 行组合铺设，20%左右是通用管片。然而国外已 经大量采用通用管片，这给设计、生产和施工都 能带来方便和较好的经济效益。模具投入成本低， 通用管片是今后发展的 方向。国内隧道工程现 有采用通用环管片的有：深圳地铁1、2、3、4号 线全部采用通用环，5号线大部分采用通用环， 广深港客专线是通用环、南水北调中线局穿黄工 程、宁波地铁工程等。
封顶块的插入方法受盾构机千斤顶行程、管 片宽度、施工操作误差影响,它决定封顶块的尺 寸大小,是管片细部设计的关键。封顶块的插入 方式对设计和施工影响很大,合理的插入方式决 定了封顶块的稳定性、管片安装操作性。插入方 式有三种: 1径向插入; 2纵向插入; 3径向插入结合 纵向插入。方式3结合了前二者的优点,故选择这 种插入方式。具体方法是: 封顶块管片先纵向搭 接4/5管片长度,再径向推上, 最后纵向插入成环。
小封顶块： 不等分割圆， 封顶块较小， 可以不设纵 向螺栓。
小封顶快(广州地铁一号线)
等角度分割圆，K 块与其余管片大 小基本相同，有 纵向螺栓。
国内地铁的盾构管片宽度一般为1.0m, 1. 2m 两种。 管片宽度大的主要优点是: ① 每循环的掘进长度大,施工效率提高。 ② 隧道的环向接缝减少,防水效果好。从提高施 工效率,降低管片接头数量,提高防水的可靠性 考虑, 最后确定选用1.5m的管片,这在国内是首 次。
为加快模具周转，绝大部分企业采用蒸 汽养护。管片养护方式基本采用蒸汽养护加 浸水养护、喷淋养护或喷涂养护剂的方式。 在南方地区，以蒸汽养护加水养护居多。北 方地区由于冬季施工时，无法进行水养护， 大部分企业采用蒸汽养护加喷涂养护剂。
国家标准规定：混凝土浇筑成型后至开模前，应 覆盖保湿，可采用蒸汽养护或自然养护方式进行养护； 当采用蒸汽养护时，应经试验确定混凝土养护制度。 管片混凝土应进行预养护，升温速度不宜超过15℃/h， 降温速度不宜超过20 ℃/h，恒温最高温度不宜超过60 ℃。出模后当管片表面温度与环境温差大于20 ℃时， 管片应在室内车间进行降温，直至管片表面温度与环 境温差不大于℃；管片在贮存阶段应进行保湿养护。 可采用水中养护、喷淋养护或喷涂养护剂养护，以确 保混凝土体不失水分。
部分管片企业钢筋焊接质量控制情况
b. 钢筋骨架尺寸控制质量指标
国标规定：主筋间距±10mm，箍筋间距 ±10mm，分布筋间距±5mm，骨架长、宽、 高+5~10mm。部分管片企业钢筋骨架尺寸控 制情况见下表：
部分管片企业钢筋骨架尺寸控制情况(单位为毫米)
C. 成品质量控制水平 a) 成品尺寸控制指标
隧道的衬砌支护最早采用的是木头、砖块和成形 石块；后来又采用钢梁、钢拱和钢肋板，并常与砖块 和木隔板一起使用；再后来，由螺栓连接的平面或波 纹面衬砌钢板开始流行起来，这类衬砌钢板具有重量 轻、强度高、可阻燃和适宜板后注浆等优点，在美国 等地应用量特别大。 使用铸铁制作衬砌管片最早始于19世纪。后来， 这类管片已普遍采用韧性更好的球墨铸铁替代。直到 20世纪30年代，才开始出现采用混凝土替代铸铁来制 作衬砌管片。
一、管片的应用背景及意义 二、管片的分类与选型 三、管片的国内外发展概况
四、管片的生产工艺
五、管片行业存在的问题
六、管片的发展趋势
(一)、国外管片的发展概况 (二)、国内管片的发展概况
当今世界上盾构技术水平较高的日本和欧洲，其 盾构技术设计已具有相当水平，正朝着自动化、省力 化、高速化以及经济化方向发展。特别是日本，从上 世纪80年代起，进行了大量管片结构与形式的试验， 先后开发出多达50多种形式的盾构管片，并从中筛选 出34种达到实用化的管片形式，正式汇集成册，公开 出版发行。此外，还根据不同工程的大量实践，对不 同用途的盾构隧道，分别制定了相应的盾构管片应用 标准(如下水道盾构管片标准等)，供设计人员在不同 专业领域设计时选用。