天津矩形顶管管片生产施工方案.docx

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天津矩形顶管管片生产施工方案

一、编制目的1

二、编制依据1

三、工程概况1

3.1工程概况1

3.2管节设计概况2

3.2.1管节设计2

3.2.2防水设计4

3.3主要工程量5

四、重难点分析及对策5

4.1管节制作5

4.2钢套环施工5

4.3预埋件定位施工6

4.4管节翻身施工6

五、资源配置7

5.1组织机构7

5.2人力资源8

5.3机械设备9

5.4、材料配置9

六、管节生产工艺流程及技术要点10

6.1管节生产制作流程10

6.2管节生产工艺及技术措施10

6.2.1管节模具设计与制造、运输10

6.2.2管节生产场地准备11

6.2.3模具组装与调校12

6.2.4钢筋笼的制作、运输12

6.2.5接口钢套环的制作13

6.2.6钢套环、钢筋骨架、预埋件入模定位13

6.2.7管节砼浇捣14

6.2.8管节砼蒸汽养护15

6.2.9脱模15

管节翻身运输16

管节后期养护17

管节堆放17

成品检验及修补17

最终检验和试验18

七、工期计划18

7.1主要作业循环时间分析18

7.2管节生产安排及工期安排19

八、管节生产质量保证措施19

8.1钢筋笼加工19

8.2钢模检查及骨架入模20

8.3承插口焊接及其与钢筋笼焊接20

8.3.1焊接人员20

8.3.2焊接材料20

8.3.3焊接工艺控制21

8.3.4焊接检验21

8.4预埋件统计、安装、检查21

8.5混凝土灌筑、养护22

8.6管节检验22

8.7管节试生产23

九、管节生产安全保证措施23

一、编制目的

（1）规范并指导管节生产；

（2）满足投标文件对钢筋混凝土管节生产质量、安全及文明环保的要求；

（3）满足顶管推进的生产计划要求。

二、编制依据

（1）GB50204-2002《砼结构工程施工质量验收规范》；

（2）GB50010-2002《混凝土结构设计规范》；

（3）GBJ107-87《混凝土强度检验评定标准》；

（4）GB50164-92《混凝土质量控制标准》；

（5）GB50299-1999《地下铁道工程施工及验收规范》；

（6）JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》；

（7）JGJ321-90《预制混凝土构件质量检验评定标准规范》；

（8）JGJ52-92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》；

（9）JGJ53-92《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》；

（10）GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》；

（11）JGJ63-89《混凝土拌和用水标准》；

（12）CECS104:

99《高强混凝土结构技术规程》；

（13）JGJ18-2003《钢筋焊接及验收规程》；

（14）GB50108-2001《地下工程防水技术规范》；

（15）GB50208-2002《地下防水工程质量验收规范》；

（16）GB/T8110-95《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝》；

（17）JGJ/T23-2011《回弹法混凝土抗压强度技术规程》；

（18）现有的设计图纸。

三、工程概况

3.1工程概况

本工程属天津黑牛城道新八大里地区配套地下工程项目，标段位于天津市河西区黑牛城道与内江路交口，位置见图3-1所示：

图3-1工程位置图

顶管工作井采用北集散厅作为始发井，南集散厅作为接收井。

围护结构采用800mm厚地下连续墙，地下连续墙深度33.4m，结构主体为地下两层双柱三跨矩形钢筋混凝土箱体结构，主体结构中跨预留扶梯及楼梯井口，同时作为顶管机吊装孔，如图3-2所示：

图3-2顶管平面图

3.2管节设计概况

3.2.1管节设计

过黑牛城道地下通道长度92.6m，结构设计为椭圆形钢筋混凝土管节，结构净空宽度9m，高度6.1m，覆土厚度8.1m。

（1）顶管采用C50预制钢筋砼管，结构外尺寸为10400＊7550，壁厚为700mm，抗渗等级为P12；

（2）每节管节长度为1.5m，每节管节重量约77.2T；

（3）主筋采用HRB400E级钢，主筋保护层迎水面不小于50mm,背水面不小于40mm；

（4）顶管管节分为A型和B型两种，其中A型管节每节20根DN25减模注浆管，20根DN50浆液置换管，B型管节每节18根DN25减模注浆管，18根DN50浆液置换管。

A型管节与B型管节顶底板注浆孔和减模注浆孔交替布置。

顶进施工时，A型为第一管节，A型管节与B型管节交替排列施工；

（5）矩形管节之间纵向连接采用承插式F型接头。

图3-3A型顶管管节设计图

图3-4B型顶管管节设计图

3.2.2防水设计

（1）顶管迎土面一侧设有凹槽，采用双组份聚硫密封胶填缝；

（2）管节立面采用五层胶合板作为衬垫；

（3）管身采用双层锯齿形弹性密封止水圈和弹性密封垫作为防水材料；

（4）顶管内侧设有凹槽，施工完成后采用双组分聚硫密封胶进行嵌缝；

（5）管节触变泥浆孔，施工完成后采用水泥浆进行浆液置换。

图3-5顶管管节防水设计图

3.3主要工程量

矩形顶管通道主要工程量

表3-1矩形顶管通道主要工程量

项目

混凝土

钢筋

防水橡胶圈

弹性密封垫

接口钢环

备注

工程量

1910m3

527t

124套

62套

62套

四、重难点分析及对策

4.1管节制作

管节为大截面且四角以及上部均为圆弧形的矩形结构，管节内外框上角为37°18′45″圆弧形，内转角半径1.39米,外转角半径2.09米；管节上部为15°22′29″圆弧形，内转角半径为13.12m，外转角半径为13.82m。

管节内净空为9m*6.15m，外框为10.4m*7.55m，壁厚0.7m。

施工过程尺寸误差及质量要求是重点。

分析

管节截面大,特别是长宽尺寸跨幅大、壁厚、又需要内外模组装成型，尺寸误差难控制，对模具加工精度要求较高,特别四角垂直度和弧度难以控制，内外框及对角尺寸误差也必须控制到最小，承口和插口两混凝土端面的垂直度和平整度也必须保证，否则顶进作业时容易造成顶管轴线偏移、钢圈暴烈、止水胶圈移位或脱落，严重时，还会造成整个顶管结构受损而报废等施工质量问题。

对策

管节通过采用定制高精度钢模进行立式振捣成型（钢承口向下）,模具结构新颖，刚度好,精度高，很多部位部件通过精加工，内外模都由四件侧模拼成，设中心支撑架对内模支撑，内模不用移位，通过内模四角收紧螺杆将内模收紧定位和松开拆模，所以，拆装模具较快，操作极其方便，能做到产品外观完美无损，矩形框对角尺寸及构件各侧面垂直度和弧度尺寸误差极小。

4.2钢套环施工

管节承口和插口端的管面均预埋钢板环，其中承口钢环厚18mm，插口钢环厚10mm，转角需按设计弯曲成弧形，端部为40°剖口。

承口钢环厚18mm是目前顶管使用比较厚的钢板，转角要弯曲成半径为2.09米并成74°37′弧形的加工难度较大。

分析

钢板厚度大，制作工艺复杂，加工难度较大。

对策

制作承插口钢环这类厚钢板弯曲加工机械设备，单独将厚18mm的承口钢环的四角弯曲成半径为2.09m，弧度为74°37′的弧形的半成品，再通过工厂特制的钢环组合钢平口将所有钢环定型加工焊接，钢环预埋筋也在此焊接，达到钢环尺寸误差较小、安装变形小、预埋筋焊接牢固的良好效果。

4.3预埋件施工

管节预埋件包括Φ150钢管吊装孔8只（每侧各两只）、DN25注浆管18只（20只），DN50阻摩注浆管18只（20只）、接驳器（竖墙、端墙）等。

分析

主要是吊装孔（含偏心孔和中心孔位）的定位必须准确，否则，容易造成顶管起吊时偏斜或无法起吊，直接影响管节的移位、翻转、装车，下井时如因孔位不正引起管体倾斜还会造成管与管无法对齐，造成顶进轴线偏移等更严重的问题。

对策

通过在模具上做定位孔或定位刻线，来保证每节管所有的预埋件安装尺寸精确并快速安装。

吊装孔的定位措施是通过在内模上刻线与可移动的垂直定位架来定位吊装孔成型钢管后，再用预埋筋将钢管与管体主筋焊接，这样既能保证吊装孔位置准确、垂直，也能保证有足够的预埋钢筋将吊装孔钢管焊接牢固（如果直接在外模钻孔来定位吊装孔，操作时虽然定位方便，但焊钢管预埋筋实在困难）。

4.4管节翻身施工

分析

由于工厂预制管节生产时钢承口向下，而要方便堆放、运输并填止水密封膏,管节必须翻转,使钢承口向上,但构件尺寸太大并重型,所以翻管难度大。

对策

通常做的圆管直径小，容易翻转，但这么大型的矩形管翻转是存在较大难度并不安全的，为避免安全事故并保证管节翻转到位，工厂特制翻管架和上下平台，管节依靠翻管架两端的插销插入管节两侧的中心孔支撑，放稳后脱离吊机起吊装置，使管节“悬空”，再利用一些装置牵引钢丝绳，使管节通过翻管架的两插销慢慢转动而完成翻转（翻转时一定控制好速度和平衡度）。

必须保证翻管架足够刚度、承载力和合理空间位置。

五、资源配置

5.1组织机构

为确定项目矩形顶管施工正常推进，项目专门成立矩形顶管施工组织机构，组织机构图见图5.1《组织管理体系图》。

图5-1顶管施工组织管理体系图

5.2人力资源

人力资源配置见表5-2人力资源配置。

表5-2人力资源配置

序号

部门

岗位

人数

合计

1

管节生产工区

施工负责人

1

1

2

工程部

技术负责人

1

9

生产调度员

1

生产技术员

4

试验室

3

3

安全质检部

部长

1

3

安全督导员

1

质量监督员

1

4

设备物资部

部长

1

9

材料采购

1

仓库管理员

1

设备员

1

维修班（班长1人，机修2人，焊工1人）

5

5

办公室

办公室主任

1

1

6

钢筋制作

钢筋笼制作

4

10

钢筋笼入模焊接

2

钢筋运输

2

辅工

3

7

承插口制作

焊工

5

5

7

模板安装及管节浇筑

挂钩

1

11

修补

1

装拆

5

成型

2

调转

2

8

其它

养护

4

4

吊车司机

2

2

信号指挥工

4

4

总计

60

5.3机械设备

机械设备配置见表5-2机械设备配置表

表5-1机械设备配置表

序号

设备名称

规格

数量

备注

1

履带吊

250T

1台

管节吊运

2

钢筋加工设备

弯曲机、切割机、调直机

2套

钢筋加工

3

管节翻身架

1套

管节翻身

4

自制养护设施

2套

管节养护

5

二氧化碳保护焊机

10台

承插口、钢筋、预埋件等焊接

6

平板车

1台

管节场内运输

5.4、材料配置

表5-1材料配置表

序号

材料名称

规格

单位

数量

备注

1

混凝土

C50P12

m3

1910

商品混凝土

2

钢筋

HRB400

T

527

3

钢套环

承口

套

62

插口

套

62

4

防水材料

橡胶密封圈

套

124

楔形

水膨胀橡胶止水条

条

62

弹性密封垫

套

62

聚硫密封胶

L

3200

5

钢管

DN25

个

2356

触变泥浆孔

DN50

个

2356

浆液置换孔

DN150

个

496

吊装孔

6

胶合板

套

62

16mm厚

六、管节生产工艺流程及技术要点

6.1管节生产制作流程

管节生产制作工艺流程见图6-1所示：

图6-1管节生产制作工艺流程图

6.2管节生产工艺及技术措施

6.2.1管节模具设计与制造、运输

在管节结构施工图设计完成后，及时进行管节模具的设计与制造。

设计时充分考虑模具有足够的刚度和耐久性。

模具制造时应加强监造，保证模具的刚度。

本工程所使用管节生产模具由专业模具生产厂家进行加工，由运输汽车运到管节制作场。

管节模具设计如图6-2所示：

图6-2管节模具图

6.2.2管节生产场地准备

由于通道较短，管节总计62节，顶管顶进施工前须全部完成管节制作施工，管节脱模后利用翻身平台垂直翻身，竖向存放。

管节在施工场地内分两层水平存放，下垫枕木或混凝土条形基础。

管节生产场地须满足管节制作及堆放要求，管节场场区布置见图6-3所示：

图6-3管节制作场地平面布置图

6.2.3模具组装与调校

钢结构模具进场之前，应依据管节的重量，模具重量和施工中的其他荷载做好基础，要求模具在使用过程中底座不变形，特别是长边不凹陷。

模具的检测项目有承口内、外长净尺寸；承口内、外宽净尺寸；插口内、外长净尺寸；插口内，外宽净尺寸以及高度。

模具底座的定位和平整度直接影响管节的成型质量，底模的定位是保证管节端面平整度的决定性因素。

底模安装到位后，必须用水准仪测量标高，至少取8个点（4个角上和4条边的重点），标高差值控制在1mm，经调整后，方可进行电焊固定，以确保底模水平。

图6-4管节模具组装验收图

模具的拼装顺序：

底模定位→支撑固定→角模、内模就位→钢筋骨架整体调入钢筋骨架吊入钢模→埋件定位→外模就位→内外模板尺寸调整→混凝土保护层检查→模具拼装检测。

6.2.4钢筋笼的制作、运输

（1）钢筋笼制作工艺流程：

钢筋原材料检验→调直、断料→弯弧、弯曲→部件检查→部件焊接→钢筋骨架成型焊接→钢筋笼检验。

（2）钢筋笼制作工艺要点

严格控制钢筋的原材料质量，未经检验和试验合格的钢筋不使用。

钢筋的调直、下料、弯弧、弯曲，均采用人工配合钢筋加工机械完成，然后进行部件检查，对不合格的钢筋部件进行清理出，合格部件可用于钢筋笼加工。

钢筋先在小模型架上焊接成片，然后将成片的部件放在钢筋笼加工模型上用CO2保护焊机焊接成型。

成型后由检验员进行检查，检查钢筋直径、数量、间距、焊接牢固情况、焊接烧伤情况，检查后进行标识，不合格的钢筋笼报废不用于管节生产中。

钢筋笼检验合格后，用吊机将钢筋笼放置在存放区，使用时直接用吊机将钢筋笼装入管节模具中。

钢筋笼存放时注意采用防锈防蚀措施。

图6-5钢筋笼制作图

6.2.5接口钢套环的制作

接口钢套环的圆弧部分采用冲压成型，圆弧长度部分必须与钢模密贴不漏浆，承插口钢套环一般分4段拼接。

钢套环原材采用工厂进行加工，运输至施工现场进行焊接拼装。

承插口焊接完成后进行防锈处理，防锈处理前清除承插后表面和转角处锈、油污浮尘等杂物。

防锈处理采取涂刷油漆，涂层厚度≥240μm。

涂刷油漆分三次进行处理，底漆厚度为75μm，中层漆厚度为115μm，面漆厚度为50μm。

6.2.6钢套环、钢筋骨架、预埋件入模定位

入模的顺序：

底模、内模就位→承插口钢环入模→钢筋骨架整体吊装入模→承插口钢环锚筋焊接及压浆孔、起吊孔预埋件定位→接口处止水条安装→模板定位固定检查→浇捣准备。

管节钢模在每次拆模后应清理干净，均匀涂抹脱模剂。

承插口刚套环、预埋注浆孔和吊装孔均应紧贴模板并与钢筋笼进行焊接固定，确保制作过程中不出现漏浆及移位现象。

承口处的预埋止水条在砼浇筑前进行安装，浇筑前确保止水条表面干燥，不进行膨胀。

钢筋骨架入模前必须先将保护层垫块固定在外圈主筋上，保护测工垫块设置间距为每米一只，钢筋骨架在吊装时必须由专用吊具进行吊装，以确保入模后的钢筋骨架的整体性。

图6-6钢筋笼吊装入模图

混凝土浇筑前，必须严格查验以下内容：

隐蔽工程、保护层、埋件位置、合模质量和构件的几何尺寸，确认无误后方可浇筑。

6.2.7管节砼浇捣

（1）混凝土采用商品混凝土，通过混凝土车运送至施工现场，采用天泵泵送入模。

（2）管节混凝土采用立式（承口）振动成型工艺，浇捣混凝土时，可以按管节的高度方向分三层布料。

第一层布料后插入式振捣棒必须插至距底部约10cm的地方，振捣棒纵向插入点间距不得大于30cm（采用70振动棒），宜以交叉偏于一侧前振的方式来振捣密实。

振捣第二层和第三层混凝土时，振捣棒须穿至下层表面，使上下层结合成一体。

（3）振捣时避免碰撞钢筋，预埋件和钢模等钢筋密集的部位应多振和缩短插点的间距，避免漏振和不密实。

（4）为保证混凝土的振实质量，应适当控制混凝土的黏聚性和塌落度，塌落度一般控制在110-130mm，振捣成型后的管节上端面应压实抹光，抹面次数不得少于三次，端面要求确保光滑平整。

6.2.8管节砼蒸汽养护

管节在混凝土浇捣及上口面收水抹光结束后，应及时盖上塑料薄膜，然后在模具外围罩上一个紧密不透气的帆布罩，采用蒸汽锅炉加热进行蒸汽养护。

混凝土的蒸汽养护可分静停、升温、恒温、降温四个阶段，混凝土的蒸汽养护应分别符合下列规定：

（1）静停期间应保持环境温度不低于5℃，灌筑结束4～6h且混凝土终凝后方可升温。

（2）升温速度不宜大于10℃/h。

（3）恒温期间混凝土内部温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃，恒温养护时间应根据构件脱模强度要求、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定。

（4）降温速度不宜大于10℃/h。

同时将混凝土试块和管节同条件进行养护，进行检测试块的强度，当混凝土强度达到设计强度85%，即可作为管节脱模的依据和标准。

6.2.9脱模

混凝土降温后将同条件混凝土试块送试验室进行试压。

强度达到设计强度等级85%后即可脱模起吊，接试验室通知后开始脱模。

脱模时，管节温度与环境温度之差不得大于10℃，以防止出现温差裂缝。

脱模顺序：

先打开内外模合缝口，使内外模与管节完全脱开，将外模板移动至安全位置，内模用双向丝杠收起，轻轻吊走管节。

脱模必须使用专用吊具，地面操作四人配合进行，将吊具与管节的起吊预埋件相连，由专人向吊车司机发出起吊信号，轻轻吊走管节，避免钢模与管片造成碰撞。

图6-7管节脱模图

脱模过程中严禁锤打、敲击等野蛮操作。

脱模后，及时对管节内外表面及边角作适当清理。

模具与混凝土接触面用刷子和棉丝清理干净。

6.2.10管节翻身运输

管节脱模完成后，采用250T履带吊和特制的管节吊具，采用4点起吊的方式将管节缓缓吊起。

由于预制管节钢承口朝下，管节堆放须将钢承口翻转向上，管节起吊后，将其移动至管节翻身架上，采用固定绳索人工配合进行管节翻身工作，如图6-8所示：

图6-8管节翻身图

管节翻身完成后，再由特制吊具吊放至管节堆放场地。

6.2.11管节后期养护

管节翻身后，用250T履带吊将管节转运到临时堆放场的喷淋养护区。

管节转运过程应轻吊轻放，防止损坏管节边角，喷淋养护时应设专人经常喷淋养护，避免管节表面出现干燥无水。

6.2.12管节堆放

a.管节在插口端面醒目处注明制造编号、生产日期等。

b.管节的堆放、运输时，应有专人指挥，防止碰撞损坏。

c.管节场地地面应坚实平整。

须避免因管节自重造成储存场所不均匀下沉或垫木变形而产生异常应力和变形。

d.管节竖立按生产先后顺序堆放，堆放高度不超过2块。

6.2.13成品检验及修补

（1）成品尺寸检验

用游标卡尺分别测量管节的宽度和厚度；每环管节都进行外观质量检验，管节表面应光洁平整，无蜂窝、露筋、无裂纹、缺角。

轻微缺陷进行修饰，止水带附近不允许有缺陷，灌浆孔应完整，无水泥浆等杂物。

表6-1管节预制、拼装允许误差表

序号

项目

允许误差（mm）

备注

1

单节预制允许误差

管节净空尺寸

±2

2

管节厚度

±1

3

管节长度

±5

4

上下平面矩形外框对角线

±3

5

侧向平面与上下平面的垂直度

±2

6

管节接头尺寸

±1

7

管节预埋件定位尺寸

±1

8

拼装允许误差

环向缝间隙

±1

9

管节间错台

±1

（2）产品修补

深度大于2mm，直径大于3mm的气泡、水泡孔和宽度不大于0.2mm的表面干缩裂缝用胶粘液与水按1：

1～1：

4的比例稀释，再掺进适量的水泥和细砂填补，研磨表面，达到光洁平整；破损深度不大于20mm，宽度不大于10mm，用环氧树脂砂浆修补，再用强力胶水泥砂浆表面填补研磨处理。

（3）产品最终检验由安全质检部派出的质量监督员负责，不合格的产品及时标识和隔离合格产品储存。

6.2.14最终检验和试验

（1）混凝土强度试验

施工时每天应制作四组（12块）试件,分别为24小时试验一组，7天试验一组，标养、同条件养护28天各试验一组；强度试验样品尺寸为150mm×150mm×150mm，于正式生产前至少提供2组测试资料。

（2）管节水平拼装检验应符合下列规定：

为保证装配式结构良好的受力性能，提供符合计算假定的条件，每生产30环管片应抽检3环作水平拼装检验，三环水平拼装允许误差应符合下表要求。

表6-2管节水平拼装检验允许误差表

项目

允许误差

备注

水平拼装施工

环向缝间隙

2mm

每环测4点

成环后内径

±2mm

成环后外径

±3mm

七、工期计划

7.1主要作业循环时间分析

管节生产作业循环时间主要有：

模具清洗及安装、钢筋笼就位、混凝土浇注、蒸汽养生、脱模等工序；本工程共投入2套管节生产模具（A型、B型），施工2套各完成一环管节为一个循环，循环时间分析如表7-1。

表7-1管节作业循环时间表

作业

名称

模板清洗

及安装

钢筋笼

就位、预埋件焊接

混凝土

浇注

管节静养

蒸汽养生

脱模

合计（h）

作业时间（h）

1

3

2

5

10

1

22

每一循环作业时间为22小时，考虑混凝土为商品砼，运输时间存在较多不确定因素，施工衔接不畅等各方面因素，实际每一循环作业时间按24小时，即每套模具1天生产1环管节。

7.2管节生产安排及工期安排

本工程共投入2套模具，按1天1个循环，平均每月生产60环管节，根据顶管掘进进度的要求，管节需进行试生产，且管节必须经过28天养护达到强度要求才可使用，因此，计划管节生产较盾构掘进提前一个半月进行，可满足工程需要。

表7-2管节供应计划表

管节生产时间

管节生产数量

备注

2015年

10月

40环

11月

22环

合计

62环

八、管节生产质量保证措施

8.1钢筋笼加工

（1）钢筋制作应严格按设计图纸加工，不得随意更改。

（2）钢筋进入弯弧机时应保持平衡，防止平面翘曲，成型后表面不得有裂缝；

（3）钢筋骨架焊接成型时必须在符合设计要求的靠模上制作；

（4）骨架首先必须先安装在模具上，经测量调整和检验各项尺寸都符合要求，才可作为定型尺寸开料和弯曲成型；

（5）钢筋骨架焊接成型时焊接位置要准确，严格掌握好钢筋骨架的焊接质量。

钢筋焊接电流应控制在100～140A之间；焊接不得烧伤钢筋，凡主筋烧伤深度超过1mm，即作废品处理；焊缝表面不允许有气孔及夹渣，焊接后氧化皮及焊渣必须及时清除干净；

（6）正确选用焊条，焊条型号应符合设计图纸的要求。

8.2钢模检查及骨架入模

（1）本工程用钢模具有高精度性、外形尺寸大、埋设件定位较难等特点；

（2）钢模清理必须彻底，钢模清理后涂脱模油，涂油要均匀不得出现积油、淌油现象；

（3）在钢模合拢前应先查看一下模底与内外模接触面是否干净；

（4）钢模合拢后，必须用内径分离卡检查钢模内净断面尺寸，要有3点以上，并实记录于自检表中，若超过误差尺寸必须重新整模直至符合要求；

（5）钢筋骨架应放于钢模平面中间，其四个周边及底面须扎有垫块，垫块厚度符合设计规定的砼保护层