隧道鋼筋混凝土管片鋼模的現(xiàn)狀與發(fā)展

摘　要：盾構(gòu)法隧道施工在盾構(gòu)內(nèi)拼裝的管片是直接支承地層、保持規(guī)定的隧道凈空、防止?jié)B漏，又能承受施工荷載的結(jié)構(gòu)體。鋼筋混凝土管片鋼模(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鋼模) 則是澆注管片的專(zhuān)用模具。介紹其運(yùn)用歷史、現(xiàn)狀并探究其發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：隧道；管片鋼模；發(fā)展趨勢(shì)

1 　隧道鋼筋混凝土管片鋼模的發(fā)展史

     上海隧道工程股份有限公司從20 世紀(jì)60 年代中期起就開(kāi)始研制鋼模， 20 世紀(jì)70 年代結(jié)合上海地鐵試驗(yàn)段開(kāi)始研究拼裝式的管片和鋼模，到1979 年鋼模研制成功，寬度精度達(dá)±0. 5mm (單塊管片的寬度精度±1. 0mm) ，生產(chǎn)出的管片經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。從1980～2001 年，上海隧道工程股份有限公司為上海地鐵、越江、合流污水治理、電廠和寧波、南京、北京等地隧道工程設(shè)計(jì)、制造了各種類(lèi)型及各種直徑的鋼模共計(jì)數(shù)百套。但20 年來(lái)，也逐漸暴露出了鋼模制造工藝復(fù)雜，加工周期長(zhǎng)，使用、維護(hù)、保養(yǎng)工作量大等問(wèn)題。于是從1999 年開(kāi)始，我國(guó)隧道施工用的鋼模開(kāi)始陸續(xù)進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)的鋼模正在失去優(yōu)勢(shì)、失去市場(chǎng)。

      為了適應(yīng)隧道建設(shè)的飛速發(fā)展，以國(guó)產(chǎn)高精度精品鋼模替代進(jìn)口，上海隧道工程股份有限公司于2000 年引進(jìn)了日本都筑公司的鋼模技術(shù)，經(jīng)過(guò)消化吸收后，大大提高了鋼模的設(shè)計(jì)和制造水平，開(kāi)始研制新一代的高精度鋼模，取得了很大成功。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)鑒定，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

2 　鋼模的現(xiàn)狀

2. 1 　鋼模的振搗形式

      高精度鋼模的設(shè)計(jì)已形成多種流派：日本的、法國(guó)的、瑞士的、意大利的等等，各有特點(diǎn)。歐洲的鋼模大多采用附著式整體振搗和振動(dòng)臺(tái)整體振搗，而日本和上海的鋼模為人工插入式振搗。附著式整體振搗和振動(dòng)臺(tái)整體振搗的優(yōu)點(diǎn)是快速、省力，自動(dòng)化程度高。但開(kāi)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生高分貝的噪音，必須采取嚴(yán)格的隔音措施；且高能量振動(dòng)對(duì)鋼模的材料及強(qiáng)度和剛度要求很高，勢(shì)必增加鋼模的成本；由于整體振搗的能量極高，還將影響鋼模的使用壽命。人工插入式振搗方式降低了管片廠的設(shè)備、場(chǎng)地要求，可節(jié)省投資。而且只要通過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)，工人很快能掌握振搗技巧，并能人工控制每一處的振搗質(zhì)量，使管片質(zhì)量穩(wěn)定；同時(shí)能增加鋼模的使用壽命。

2. 2 　鋼模的結(jié)構(gòu)形式

      鋼模主要由三大件(底座、兩塊側(cè)板、兩塊端板) 和相關(guān)構(gòu)件組成。鋼模的設(shè)計(jì)主要是圍繞三大件的設(shè)計(jì)。從三大件的設(shè)計(jì)著手，需考慮它們的定位方式和開(kāi)啟方式等。端、側(cè)板的開(kāi)啟方式有多種：有采用底座弧面少量變形方式開(kāi)啟的端板；有采用鉸鏈翻合式開(kāi)啟的端、側(cè)板；有采用滾輪式平移開(kāi)啟的側(cè)板。也有采用鉸鏈翻合式開(kāi)啟的端板和滾輪式平移開(kāi)啟的側(cè)板相結(jié)合的方式。

2. 3 　鋼模的精度要求

      高精度鋼模的精度要求有五項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目：鋼模寬度、鋼模高度、鋼模內(nèi)外徑弧弦長(zhǎng)、縱向環(huán)向芯棒中心距、縱向環(huán)向芯棒孔徑。表1 是上海市企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《高精度鋼筋混凝土管片鋼模》(QPSAE - 22 - 2003) 中的精度要求，由上海市隧道工程公司2002 年發(fā)布。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，它的精度已相當(dāng)高，與過(guò)去的老標(biāo)準(zhǔn)相比，精度提高了近一倍。原上海市企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： 《鋼筋混凝土襯砌鋼模(Q/ PSAE - 03 - 91) ，由上海市隧道工程公司1990 年發(fā)布。例：老標(biāo)準(zhǔn)中，外徑≤11. 0m 鋼模的寬度允差為± 0. 4 ，現(xiàn)高精度鋼模的寬度允差為±0. 25 。

2. 4 　管片在鋼模中的脫模

2. 4. 1 　脫模形式

     管片在鋼模中澆注成型后，混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度就可以脫模了。管片的脫模必須符合脫模斜度的要求。根據(jù)一般鑄件的脫模要求和混凝土構(gòu)件的脫模經(jīng)驗(yàn)，管片的脫模斜度一般需達(dá)到3°以上，鋼模的設(shè)計(jì)也必須符合這一要求，否則容易造成砼“啃邊”而損壞管片。鋼模的脫模形式有鉸鏈開(kāi)啟脫模、平移開(kāi)啟脫模。模芯的脫模也有多種形式：有活絡(luò)模芯形式，也有鑲塊形式等。

2. 4. 2 　各類(lèi)端、側(cè)板脫模形式的特點(diǎn)

(1) 鉸鏈翻合式脫模：鉸鏈翻合式脫模的端、側(cè)板，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。脫模時(shí)，松開(kāi)緊固螺栓，端、側(cè)板以鉸鏈銷(xiāo)軸為圓心打開(kāi)， 轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，即可脫模。

(2) 滾輪平移式脫模：滾輪平移式的脫模形式，一般用在側(cè)板上。側(cè)板底部裝有滾輪裝置，側(cè)板可在滾輪上水平移動(dòng)。脫模時(shí)，只要將側(cè)板往外拉出即可，操作比較方便。

(3) 鉸鏈翻合式與滾輪平移式脫模的特點(diǎn)： 鉸鏈翻合式脫模時(shí)，由于鉸鏈?zhǔn)窃诙恕?cè)板的面板外邊，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是：先往上，到最高點(diǎn)后，再往下。因而就不會(huì)造成管片啃邊。滾輪平移式開(kāi)啟側(cè)板脫模時(shí)，混凝土管片止水條槽處由于受到重力影響，容易造成混凝土的啃邊現(xiàn)象。因此，滾輪平移式的側(cè)板設(shè)計(jì)和制造要防止這一現(xiàn)象的產(chǎn)生。從開(kāi)合鋼模的操作上看，滾輪平移式與鉸鏈翻合式相比，操作簡(jiǎn)便、省力，可降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，而且脫模后側(cè)板與底座間的空隙較大，管片起模時(shí)操作方便。鉸鏈翻合式開(kāi)啟的端、側(cè)板在底座上的定位為固定定位，它的重復(fù)定位誤差小，定位精度高。而滾輪平移式開(kāi)啟的端、側(cè)板定位不固定，故它的定位精度沒(méi)有鉸鏈?zhǔn)降亩ㄎ痪雀摺?/P>

2. 4. 3 　鋼模模芯的脫模

     管片的聯(lián)接螺栓有直螺栓，也有彎螺栓，故根據(jù)不同的聯(lián)接方式需采用不同的模芯和模芯棒。模芯的形式不同，它的脫模方式也不同。如能達(dá)到脫模要求的，就采用固定模芯，達(dá)不到脫模斜度要求的，就必須采取措施，解決脫模問(wèn)題，有整體活絡(luò)模芯形式的，也有鑲塊活絡(luò)模芯形式的等等。整體活絡(luò)模芯形式在鋼模底座上是用定位銷(xiāo)軸固定，脫模時(shí)，模芯整體與管片一起吊出，然后將管片中的模芯取出，再次安裝。

      鑲塊形式的模芯是將模芯一分為二，一半固定在鋼模底座上，另一半為活絡(luò)的鑲塊，通過(guò)模芯棒將兩部分聯(lián)接成一體。脫模時(shí)，鑲塊隨管片一起吊出，然后把鑲塊從管片中取出，重新安裝。

3 　鋼模的發(fā)展趨勢(shì)

      經(jīng)過(guò)數(shù)十年的隧道技術(shù)、施工工法研究和工程實(shí)踐，隧道管片鋼模正在向高精度、多品種、便于操作、勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)周期短的方向發(fā)展?？梢詮囊韵聨追矫嫜杏?。

(1) 為了提高隧道管片的拼環(huán)質(zhì)量，管片的精度要求越來(lái)越高。目前，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50157 —2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范10. 5. 3 條， 規(guī)定了盾構(gòu)法施工的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。這對(duì)于鋼模制作是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，必須進(jìn)一步提高鋼模設(shè)計(jì)和制作水平，才能滿(mǎn)足管片的精度要求。

(2) 為了提高管片的外觀質(zhì)量，也有利于管片脫模，鋼模型腔面的表面粗糙度要求越來(lái)越高。以往的鋼模型腔面的表面粗糙度為Ra6. 3 ，現(xiàn)在的要求為Ra3. 2 以上，這就需要改進(jìn)鋼模的制作工藝和裝備，才能制作出外型十分美觀的鋼模。

(3) 管片在鋼模中的脫模是鋼模設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵技術(shù)，與產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)。底座弧板彈性變形脫模是一種新型的脫模形式。鋼模的端板固定在底座的弧面上，在管片脫模時(shí)，端板是依靠弧形鋼板的彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟。因此，端板的脫模斜度取決于弧形鋼板的變形量。

(4) 鋼模的檢測(cè)正在改變過(guò)去傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，過(guò)去鋼模的弧長(zhǎng)尺寸不能直接測(cè)量，只能由加工機(jī)床來(lái)保證。設(shè)計(jì)和制造高精度的樣板，采用高精度的樣板作為檢測(cè)工具，進(jìn)行鋼模及管片的檢測(cè)。采用樣板法，可控制鋼模制造過(guò)程中的誤差，使裝配尺寸精度容易控制，還能使模芯定位更為精確，提高了鋼模的制造質(zhì)量；在鋼模檢驗(yàn)及管片廠生產(chǎn)管片過(guò)程中，使檢測(cè)變得更精確、直接和簡(jiǎn)易。

(5) 鋼模的形式隨著管片的形式變化，越來(lái)越多樣化。如： 管片的連接方式，過(guò)去一直采用直螺栓或彎螺栓。現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始采用快速接頭的方式，使拼裝管片更方便，提高了工作效率。相應(yīng)地在鋼模上便可省去模芯和模芯棒，使鋼模的設(shè)計(jì)和制造更簡(jiǎn)便。

4 　結(jié)束語(yǔ)

     綜上所述，隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，盾構(gòu)法建設(shè)隧道的技術(shù)日新月異，盾構(gòu)法施工中的配套設(shè)施———鋼模，其形式越來(lái)越多樣化，其精度越來(lái)越高。作為隧道管片鋼模的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，鋼模的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)必須進(jìn)一步提高，才能與日新月異的隧道新技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)，才能趕超世界先進(jìn)水平。