管片生产技术探讨 —— 第十届中国盾构施工暨管片生产技术大会学习体会

      为提升铁路集团盾构隧道质量安全管理水平，学习先进的管片生产技术，2017年10月26日至29日，铁路集团科技质量部相关人员赴青岛参加第十届中国盾构施工暨管片生产技术大会，学习了先进的生产理念和成熟的管理办法，与全国各地隧道施工技术人员进行深入交流，使参会人员进一步开拓视野，感触颇深，将观摩学习情况汇报如下：

      一、内容丰富，知识点多，技术先进

      本次大会内容丰富，包含了管片的历史介绍、生产技术、精细化管理、关键工艺、案例分析，知识面涵盖了设计、施工、生产、管理、检测、拼装等各个环节。组织现场实地学习，调研了自动化生产线、完备的施工装备、信息化管理，让我们领略到了管片生产技术的快速发展，感受到“中国制造”转换到“中国智造”，展示了“中国智造”从小到大、从内到外的发展历程和先进引领。

图1. 管片知识丰富

      二、“一带一路”等方针政策的支持及基础设施建设的机遇和挑战

      “一带一路”是中国首倡的国际合作经济带，承载着全新的历时使命，连接过去，指向未来，为全球合作共赢激发新的活力，同时，也标志着我国推进全方位对外开放，从参与全球化到塑造全球化的重要转变。

      在这其中，基础设施互联互通是实施“一带一路”倡议的先导，一系列重大基础设施工程的投资建设，将构建一个由铁路、公路、水运、航空、电力、通信等组成的综合性立体互联互通网络，彻底改变目前制约“一带一路”沿线国家深化合作的“薄弱环节”，为当今世界跨度最大、最具发展潜力的经济合作带奠定基础。作为世界第二大经济体，我国在“一带一路”建设中扮演着重要的角色。

      在“一带一路”建设中，我国承担着许多国内外重大建设项目，在设计、施工中积累了许多宝贵的经验；机遇与挑战并存，同时也面临着各国建设施工标准规范不统一、海外政治不稳定、市场竞争激烈、宗教问题严重等挑战；对此，我国加速提升了海外企业的科技竞争力，强化环境保护意识，提前做好“政局”“宗教”等功课，加强与世行、亚行等多边机构互补合作，使我国基础建设企业提升了自身的竞争力，充分发挥自身优势，抢抓机遇、迎接挑战，逐步做到引领全球。

      三、大直径管片施工关键技术

      随着近年来管片生产技术的快速发展，管片已实现自动化、标准化生产。但是，由于大直径管片存在水化反应剧烈、吊装安全风险高等问题，已成为影响大断面盾构施工质量安全的关键因素。郑机城际项目总结大断面盾构施工经验，结合试验研究，采取一系列措施优化管片生产工艺，控制关键的技术环节，提升了工程质量。

      1.大直径管片混凝土浇筑方量大，采用传统的一次浇筑成型效果不理想，经过改良浇筑工艺和模具结构，采用一次成型分两次浇筑的方式，先从钢模顶部下入钢模内腔两端，边下料边振捣。

      2.大直径管片蒸养时间长，易出现模具生锈的情况，因此，大直径管片每10环采用油性脱模剂，过程中采用水性脱模剂，从而避免了模具关键部位缺少油封产生腐蚀锈蚀。

      3.大直径管片单块重量是普通管片的2倍，吊带溃缩值极高，吊装期间管片状态不稳定，易造成安全隐患，郑机城际项目改进了吊装方式，在垂直夹具的基础上增加了水平夹具，保证了吊装结构的稳定性，避免了左右摆动引起的吊带溃缩。

      4.大直径管片在养护过程中，由于水化反应强烈，易出现局部温度应力过大，造成管片开裂。因此，大直径管片入池养护过程中需严格控制管片温度和养护水温差。郑机城际项目在管片上安装了全自动水养温控系统，将温差严格控制在20℃以内，避免了温度裂缝的产生。

图2. 管片水养  

  图3. 管片吊装

      四、管片生产的精细化管理

      作为隧道的主要承重结构，管片质量的好坏直接影响到隧道寿命。为了提升管片质量，宁波地铁建立了完善的管片生产管理制度，引进先进装备，利用信息化管理，开展科研创新，实现了异形盾构管片生产的精细化管理。

      1.宁波地铁先后颁布了《进场备案管理制度》、《钢模管理制度》、《管片生产管理制度》、《管片运输管理制度》、《管理质量验收细则》等制度，完善了制度体系，为管片生产提供制度保证。

      2.宁波地铁积极开展科研创新工作，通过管片整环试验、凹凸棒尺寸优化研究、混凝土性能研究等课题项目，优化了管片尺寸参数，提升结构抗裂、耐久性，为下阶段管片的精细化管理提供了技术支撑。

图4. 管片整环试验

      3.为加强质量监控，宁波地铁引入了国内先进的测量装备——三维激光扫描仪，实现了钢模变形精准监控、构件接缝精确对齐、结构形变高精分析。

图5. 三维激光扫描仪

      4.通过管片实时监控系统、混凝土生产控制系统等信息化手段，实现了生产数据实时传输、产品缺陷及时报警，避免了人为操作引起的质量问题，从根源上保证了工程质量。

      五、管片生产、安装的常见问题

      对于整个盾构隧道工程来讲，影响最大的莫过于管片的生产质量，通常管片病害主要包括错台、渗漏水、开裂。这些病害若预防不到位、处理不及时，将会给项目运营产生巨大的安全隐患。

      1.管片错台

      管片错台不仅会影响隧道外观，对隧道的使用寿命产生不利影响，究其原因，主要是由于管片安装作业不规范或注浆控制不当，从而造成的管片受力不均而引起的，若在盾构施工中不重视，将产生质量安全隐患。

      2.管片渗漏水

      在盾构隧道施工中，发生最为频繁的质量问题是管片渗漏水，造成管片渗漏水的原因有很多，其中最为主要的就是管片的拼装不到位、盾构机姿态控制不当以及注浆效果差。由于管片受力不均，就很容易导致裂纹的产生，在实际生产中，只有合理设计管片形式，提升混凝土的防水等级和管片质量，才能从根本上减少渗漏的发生。

      3.管片破损开裂

      管片裂缝出现在隧道上半部分的情况较多，而破裂又可以分为前开裂和后开裂两种。由于管片设计形式、外观尺寸、配筋不合理、拼装不到位或者混凝土制作不规范等，都会对管片的耐久性和强度造成影响，导致管片破损开裂。因此，为有效提升管片的安装质量，在进行隧道具体施工的过程中，首先就需要做好详细的计划，并严格执行和控制管理，此外，还需要加强对管片的检查，保证拼装质量，做好达标检查、对标整改，落实事前规划、事中控制、事后观测，对发现的问题及时整改，认真总结。

图6. 管片错台

      六、信息化技术在管片生产技术的应用

      近年来，以互联网、物联网、BIM为核心的信息化技术逐步应用于管片生产管理中，大大提高了管理效率。郑机城际大力推进信息化技术，构建了管片生产信息化管理平台，实现远程可视化监控和大数据集成分析；实时采集生产数据，生成生产报表，确保数据真实可靠。

图7. 信息化管理平台

      运用移动端和二维码技术，覆盖管片生产、管片拼装等全部施工工序，快速获取每环的生产信息与施工阶段信息，使施工过程具有可追溯性。

      引入BIM技术，建立参数化的三维数据模型，导入每块管片的位置、形状、材料用量、重量等信息，对管片进行精细化设计，根据即时的隧道施工进度，合理地调整管片材料采购时间、管片制造时间，优化管片存放、吊装方案。

图8. BIM在管片生产管理中的应用

      七、现场观摩学习

      10月29日，观摩团一行前往青岛光大管片厂、环球管片厂观摩，参观了隧道管片信息化监控室、钢筋笼制作区、管片自动化生产线、管片蒸养区、管片水养区、管片存放区，调研了管片生产信息化技术、精细化管理，为下一阶段集团管片生产管理提供了一定借鉴作用。

      1.自动化生产线

      项目应用了自动化生产控制系统，智能控制平移小车前后行走、模具夹紧松开、养护窑门的升降、蒸养温度、混凝土下料、振动台顶升和下降。在一些生产关键工序，已全面使用全自动机器人进行操作，操作人员只需控制电脑，可完成精度极高的工作，保证了生产质量，大大减少了操作人员数量，提高了工作效率，使管片生产达到“机械化换人，自动化减人”的效果。

图9. 机器人操作

图10. 管片生产流水线

      2.完善的信息化管理

      通过采用二维码信息技术、手机移动端APP、关键工序视频监控、作业人员的电子管理、智能蒸养水养系统、VR智能安全体验等现代工程管理手段，提高了管理效能，降低了管理成本，减少了人为管理，促进了管片生产自动化，有力的保证了管片生产质量和安全。

图11. 管片二维码

图12. 视频监控平台

      3.精细化管理落实到位

      项目大力推行精细化管理，建立了一套完整的操作规范及管片检测规程；所有原材料进场摆放整齐，材料存放区标识样品箱；生产加工区干净整洁；管片经标示后分层堆放，中间设置软木；每道工序必须配备复核校验员。这些管理方式无一不体现着精细化，最让我们印象深刻的是，在观摩参观过程中，所有操作人员不停止工作，管片生产井然有序。

图13. 原材料堆放

图14. 试验操作规程

      八、几点体会和建议

      （一）建议继续加强与国内先进管片生产厂商沟通交流，组织管片生产现场学习，了解更多、更深层次的管理手段和技术环节，借鉴地铁、高铁建设项目成功经验，逐步建立完善管片等产品的质量管理制度。

      （二）结合国内管片生产的区域性、针对性和行业的垄断性，建设项目考虑单独招标选择专业性高、责任心强的监理单位进驻管片厂、混凝土商混站等开展监理工作。

      （三）建议建设项目高度重视管片生产的驻厂监造工作，加强对管片生产、运输、安装各个环节的检查验收；并通过编制管理办法、加强现场考核、履约考核等手段提升对驻厂监造的管理力度。

      （四）加强技术创新，大力推行铁路标准化建设，以信息化技术、BIM技术为主线，加强施工现场的智能化管理。参照高铁建设项目的管理经验，全面推进建设项目工厂化、机械化，不断提升工程质量。

      （五）在建项目西安北至机场城际铁路建设项目应加强以下工作；

      1.要求管片生产厂商进一步注重钢筋加工、养生、运输、标注、混凝土强度检验、产品出厂检测等环节质量管控。具体工作一是要求尽快配备钢筋数控弯曲中心等自动化程度高的机械设备；二是完善钢筋等原材料的归类整理，做好成品、半产品的存放；三是提高钢筋焊接质量，做到焊缝表面平顺、焊缝饱满、无裂纹焊瘤夹渣缺陷；四是重视管片养生工作，重点检查养生水温度控制和PH值的检测，保证管片在存放期内表面湿润。

      2.施工单位在盾构施工中应进一步加强现场管理工作，一是严格管片进场验收，达到外观品质、内在质量符合要求；二是完善产品检测项目，保证管片捡漏试验、抗弯性能试验和抗拔试验效果；三是做好管片现场的存放保管，吊装使用工作；四是加强管片的施工安装，确保管片安装质量；五是落实安装后的质量检查，发现问题及时处理。

      3.加强对驻厂监造的管理，完善相关制度办法，选派责任性强的工作人员驻厂监造，陕西城际铁路有限公司应加强督促和管理，确保管片生产、运输质量。

      4.各参建单位、管片生产厂商积极开展信息化管理工作，在建设项目管理各个环节、施工各个部位全过程实施，将信息化管理工作落到实处。