隧道钢筋混凝土管片钢模的现状与发展

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摘　要：盾构法隧道施工在盾构内拼装的管片是直接支承地层、保持规定的隧道净空、防止渗漏，又能承受施工荷载的结构体。钢筋混凝土管片钢模(以下简称钢模) 则是浇注管片的专用模具。介绍其运用历史、现状并探究其发展趋势。

关键词：隧道；管片钢模；发展趋势

1 　隧道钢筋混凝土管片钢模的发展史

上海隧道工程股份有限公司从20 世纪60 年代中期起就开始研制钢模， 20 世纪70 年代结合上海地铁试验段开始研究拼装式的管片和钢模，到1979 年钢模研制成功，宽度精度达±0. 5mm (单块管片的宽度精度±1. 0mm) ，生产出的管片经检测各项指标均符合设计要求。从1980～2001 年，上海隧道工程股份有限公司为上海地铁、越江、合流污水治理、电厂和宁波、南京、北京等地隧道工程设计、制造了各种类型及各种直径的钢模共计数百套。但20 年来，也逐渐暴露出了钢模制造工艺复杂，加工周期长，使用、维护、保养工作量大等问题。于是从1999 年开始，我国隧道施工用的钢模开始陆续进口，国产的钢模正在失去优势、失去市场。

为了适应隧道建设的飞速发展，以国产高精度精品钢模替代进口，上海隧道工程股份有限公司于2000 年引进了日本都筑公司的钢模技术，经过消化吸收后，大大提高了钢模的设计和制造水平，开始研制新一代的高精度钢模，取得了很大成功。产品经过鉴定，达到了世界先进水平。

2 　钢模的现状

2. 1 　钢模的振捣形式

高精度钢模的设计已形成多种流派：日本的、法国的、瑞士的、意大利的等等，各有特点。欧洲的钢模大多采用附着式整体振捣和振动台整体振捣，而日本和上海的钢模为人工插入式振捣。附着式整体振捣和振动台整体振捣的优点是快速、省力，自动化程度高。但开动时会产生高分贝的噪音，必须采取严格的隔音措施；且高能量振动对钢模的材料及强度和刚度要求很高，势必增加钢模的成本；由于整体振捣的能量极高，还将影响钢模的使用寿命。人工插入式振捣方式降低了管片厂的设备、场地要求，可节省投资。而且只要通过简单培训，工人很快能掌握振捣技巧，并能人工控制每一处的振捣质量，使管片质量稳定；同时能增加钢模的使用寿命。

2. 2 　钢模的结构形式

钢模主要由三大件(底座、两块侧板、两块端板) 和相关构件组成。钢模的设计主要是围绕三大件的设计。从三大件的设计着手，需考虑它们的定位方式和开启方式等。端、侧板的开启方式有多种：有采用底座弧面少量变形方式开启的端板；有采用铰链翻合式开启的端、侧板；有采用滚轮式平移开启的侧板。也有采用铰链翻合式开启的端板和滚轮式平移开启的侧板相结合的方式。

2. 3 　钢模的精度要求

高精度钢模的精度要求有五项检测项目：钢模宽度、钢模高度、钢模内外径弧弦长、纵向环向芯棒中心距、纵向环向芯棒孔径。表1 是上海市企业标准：《高精度钢筋混凝土管片钢模》(QPSAE - 22 - 2003) 中的精度要求，由上海市隧道工程公司2002 年发布。从表中的数据可以看出，它的精度已相当高，与过去的老标准相比，精度提高了近一倍。原上海市企业标准： 《钢筋混凝土衬砌钢模(Q/ PSAE - 03 - 91) ，由上海市隧道工程公司1990 年发布。例：老标准中，外径≤11. 0m 钢模的宽度允差为± 0. 4 ，现高精度钢模的宽度允差为±0. 25 。

2. 4 　管片在钢模中的脱模

2. 4. 1 　脱模形式

管片在钢模中浇注成型后，混凝土达到规定强度就可以脱模了。管片的脱模必须符合脱模斜度的要求。根据一般铸件的脱模要求和混凝土构件的脱模经验，管片的脱模斜度一般需达到3°以上，钢模的设计也必须符合这一要求，否则容易造成砼“啃边”而损坏管片。钢模的脱模形式有铰链开启脱模、平移开启脱模。模芯的脱模也有多种形式：有活络模芯形式，也有镶块形式等。

2. 4. 2 　各类端、侧板脱模形式的特点

(1) 铰链翻合式脱模：铰链翻合式脱模的端、侧板，结构比较简单。脱模时，松开紧固螺栓，端、侧板以铰链销轴为圆心打开， 转动一定角度，即可脱模。

(2) 滚轮平移式脱模：滚轮平移式的脱模形式，一般用在侧板上。侧板底部装有滚轮装置，侧板可在滚轮上水平移动。脱模时，只要将侧板往外拉出即可，操作比较方便。

(3) 铰链翻合式与滚轮平移式脱模的特点： 铰链翻合式脱模时，由于铰链是在端、侧板的面板外边，转动时，点的运动轨迹是：先往上，到最高点后，再往下。因而就不会造成管片啃边。滚轮平移式开启侧板脱模时，混凝土管片止水条槽处由于受到重力影响，容易造成混凝土的啃边现象。因此，滚轮平移式的侧板设计和制造要防止这一现象的产生。从开合钢模的操作上看，滚轮平移式与铰链翻合式相比，操作简便、省力，可降低工人的劳动强度，提高工作效率，而且脱模后侧板与底座间的空隙较大，管片起模时操作方便。铰链翻合式开启的端、侧板在底座上的定位为固定定位，它的重复定位误差小，定位精度高。而滚轮平移式开启的端、侧板定位不固定，故它的定位精度没有铰链式的定位精度高。

2. 4. 3 　钢模模芯的脱模

管片的联接螺栓有直螺栓，也有弯螺栓，故根据不同的联接方式需采用不同的模芯和模芯棒。模芯的形式不同，它的脱模方式也不同。如能达到脱模要求的，就采用固定模芯，达不到脱模斜度要求的，就必须采取措施，解决脱模问题，有整体活络模芯形式的，也有镶块活络模芯形式的等等。整体活络模芯形式在钢模底座上是用定位销轴固定，脱模时，模芯整体与管片一起吊出，然后将管片中的模芯取出，再次安装。

镶块形式的模芯是将模芯一分为二，一半固定在钢模底座上，另一半为活络的镶块，通过模芯棒将两部分联接成一体。脱模时，镶块随管片一起吊出，然后把镶块从管片中取出，重新安装。

3 　钢模的发展趋势

经过数十年的隧道技术、施工工法研究和工程实践，隧道管片钢模正在向高精度、多品种、便于操作、劳动强度低、生产周期短的方向发展。可以从以下几方面研讨。

(1) 为了提高隧道管片的拼环质量，管片的精度要求越来越高。目前，国家标准GB50157 —2003 地铁设计规范10. 5. 3 条， 规定了盾构法施工的隧道结构设计要求。这对于钢模制作是一个新的挑战，必须进一步提高钢模设计和制作水平，才能满足管片的精度要求。

(2) 为了提高管片的外观质量，也有利于管片脱模，钢模型腔面的表面粗糙度要求越来越高。以往的钢模型腔面的表面粗糙度为Ra6. 3 ，现在的要求为Ra3. 2 以上，这就需要改进钢模的制作工艺和装备，才能制作出外型十分美观的钢模。

(3) 管片在钢模中的脱模是钢模设计和制造的关键技术，与产品的质量密切相关。底座弧板弹性变形脱模是一种新型的脱模形式。钢模的端板固定在底座的弧面上，在管片脱模时，端板是依靠弧形钢板的弹性变形来实现开启。因此，端板的脱模斜度取决于弧形钢板的变形量。

(4) 钢模的检测正在改变过去传统的检测方法，过去钢模的弧长尺寸不能直接测量，只能由加工机床来保证。设计和制造高精度的样板，采用高精度的样板作为检测工具，进行钢模及管片的检测。采用样板法，可控制钢模制造过程中的误差，使装配尺寸精度容易控制，还能使模芯定位更为精确，提高了钢模的制造质量；在钢模检验及管片厂生产管片过程中，使检测变得更精确、直接和简易。

(5) 钢模的形式随着管片的形式变化，越来越多样化。如： 管片的连接方式，过去一直采用直螺栓或弯螺栓。现在已经开始采用快速接头的方式，使拼装管片更方便，提高了工作效率。相应地在钢模上便可省去模芯和模芯棒，使钢模的设计和制造更简便。

4 　结束语

综上所述，随着科技的发展和经济建设的需要，盾构法建设隧道的技术日新月异，盾构法施工中的配套设施———钢模，其形式越来越多样化，其精度越来越高。作为隧道管片钢模的专业生产企业，钢模的设计和制造技术必须进一步提高，才能与日新月异的隧道新技术的发展相适应，才能赶超世界先进水平。