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一、盾构隧道预制混凝土衬砌生产的发展
作为与隧道施工密不可分的产业——盾构隧道预制混凝土衬砌生产，其工艺是隧道施工工艺，特别是盾构施工工艺的发展而发展的。当前 ，就掘进方式说，有土压平衡、泥水平衡和混合型盾构多种，就截面形式分，也有单园、双园、矩形、异形等分类。其衬砌产品也随之发展。目前广州又有一条六号线天天区间隧道已经顺利施工完毕，而国内生产的双圆盾构隧道预制混凝土衬砌精度也完全达到拼装要求，标志着我国盾构隧道施工技术和高精度预制混凝土衬砌生产水平达到国际先进水平。
二、 盾构隧道预制混凝土衬砌生产工艺流程
盾构隧道预制混凝土衬砌俗称“管片”。管片生产的工序非常多，其中比较关键的有钢筋笼制作、管片制作、蒸汽养护等，其他如脱模起吊、翻片、堆放等也非常重要。管片生产主要工艺流程如下图。
三、 管片生产过程监理
管片生产过程中大大小小工序有几十道，只能抓关键工序，抓住对管片质量影响大的工序进行细化，以期最大程度提高管片精度、质量。管片钢筋笼制作过程中关键要控制钢筋成型精度、钢筋骨架定位精度以及鋼筋焊接质量；而在管片车间控制混凝土浇捣质量、蒸汽养护、脱模起吊、管片翻片、钢模合拢精度、收面质量等工序；其他环节如混凝土配合比的执行、混凝土搅拌、管片水养护、堆放、自然养护等采取不定式抽查管理。
自1995年广州地铁管片生产以来，隧道施工技术迅速提高，隧道施工质量得到了很大的提高，对管片的精度、质量要求也大幅度提高。以普通的地铁管片为例，对管片钢筋笼及成形管片的精度要求已经达到了很高的水平，作为监理我们以《盾构法隧道施工与验收规范GB50446-2008》为标准要求管片生产厂去严格执行。
从规范我们可以看出业内对管片钢筋笼的精度要求达到5mm，而对成形管片模具的精度要求更是达到0.4mm，特别对管片的宽度要求误差在1mm以内，这样的精度要求对于预制混凝土构件来说是非常高的。鉴于业内对管片精度的高要求，迫使管片生产单位改进施工工艺，采用先进设备，以确保其生产的管片达到要求。以下将从管片钢筋笼制作、管片制作、养护等几方面对管片生产工艺进行监理。
1、钢筋笼制作工艺
钢筋弯曲成型精度直接影响钢筋笼的成形精度。生产前要进行试弯曲，对钢筋弯曲角度进行微调，以达到最佳效果。
钢筋弯曲精度达到要求了还不够，组装精度比弯曲精度更难控制。目前，成型精度要求大大地提高，相应的成型靠架的精度也要提高，采用高精度的成型靠架势在必行。据了解有好多家管片生产商为了节省成本多数的钢筋制作骨架是自已工人制作的，且定位也是采用风割的，这样的钢筋笼模架精确度有限，用它加工的钢筋笼哪就不准确。因此，作为监理我们有权要求管片生产商制作钢筋笼模架时必须采用机械加工的。这样靠架设置箍筋卡、主筋卡、封头卡等钢筋限位定位卡，能精确定位除分布筋外几乎管片钢筋笼上的每一根钢筋，钢筋笼精度高，使用非常方便。且使用高精度管片钢筋笼靠架大大提高了管片钢筋笼成型精度，是保证管片钢筋笼成型精度的必要措施。
管片钢筋笼制作过程中还有一个十分重要的环节就是焊接。传统的焊接方式电流大、焊接温度高，容易产生钢筋“咬肉”现象，使钢筋有效截面减小，影响管片的耐久性，另外焊接温度高也影响钢筋的材质，产生焊接应力，这对管片的耐久性也是不利的。现行的设计一般都没有注明采用哪种焊机进行焊接，但是，作为监理要了解各种焊机用途及性能，通过各种渠道，我们了解到有一种低温CO2气体保护焊机，这种焊机的特点是焊接温度低，焊接电流小，采用CO2气体保护焊丝，而不是传统电焊机的药粉保护焊条。采用低温CO2气体保护焊机焊接管片钢筋笼，90％左右的咬肉现象可以消除，而由于焊接温度比传统焊接低，对钢筋材质的影响也可以减小。每环地铁管片钢筋笼约有3000个焊接点，可见焊接方式的改进对管片质量影响非常大，可以说低温CO2气体保护焊机在管片钢筋笼焊接中的应用是非常必要的，效果也是非常明显的。
2、制作工艺
管片制作工艺是指在管片制作车间内进行的包括混凝土浇捣、埋件埋设、钢模合拢、钢筋笼入模、收面等工序的总称。
管片混凝土振捣通有过三种方式：最早广州地铁一号管片生产是采用插入式振动棒振捣，自然养护24小时后脱模转入堆场淋养护、广州二号线管片生产开始使用附着式整体振动器振捣，采用锅炉蒸汽两班生产各8小时蒸汽脱模后入水池14天养护、最后一种是引进国处先进技术、不过它的使用在广东还不到一年就要废除的就是24小时不停机的自动化流水线。重力式钢模自重重、弹性差，不宜采用附着式整体振动器振捣。轻型钢模自重轻、刚度大、弹性好，可以选择采用插入式振动棒振捣或者附着式整体振捣器振捣。国外管片生产多采用轻型钢模附着式整体振动器振捣，而国内由于技术材料等原因生产的钢模多为重力式，不宜采用附着式整体振动器振捣。另外，由于附着式整体振动器振捣噪音非常大，在市区或者附近有居民的地方不宜采用。
混凝土浇捣还有一个很关键的的控制就是混凝土入模温度。在广东或广州地区夏季时室外温度常达35度。因此，我们按《混凝土质量控制标准GB50164-92》执行，当混凝土入模温度超35度时必须要求管片生产商在混凝土加冰，以保证管片成型水化热不要过快，要么生产的管片就会有水化收宿且用肉眼可以看得的裂纹、等一系列质量因素出现。
管片埋件埋设精度要求相当高，螺栓孔埋件、注浆孔埋件、连接件拼装孔埋件在钢模上都有限位定位卡，以将埋件与钢模牢固连接在一起。钢模合拢除了保证合拢前钢模已经清理干净以外就只有五个字“宜紧不宜松”。钢筋笼入模除了保证保护层垫块数量及位置正确以外并无其他可言。收面主要是为了压实管片外弧面混凝土，并使管片外弧面混凝土均匀光洁，收面工作要在混凝土初凝之前完成。
3、蒸汽养护工艺
蒸汽养护是为了提高混凝土早期强度使管片混凝土迅速达到起吊强度，提高管片产量，缩短管片生产周期，国外一般不采用。一般来说，蒸汽养护对混凝土质量产生负面影响，比如增加裂缝、降低混凝土最终强度，但如果加以控制，这种负面影响可以减少到可以接受的范围内。经过一系列试验和生产实践，管片生产行业的前辈们总结了许多蒸汽养护方面的经验，比如蒸汽养护最高温度不超过60℃，每小时升温不得超过15℃，恒温时间2小时，在恒温时相对湿度不小于90％，降温速度每小时不超过20℃。蒸汽养护工艺沿用至今，事实证明在提高管片产量，缩短管片生产周期方面取得了比较好的效果，但对管片耐久性的影响目前还没有得出定论。至于实施蒸汽养护的方式有很多，一般采用蒸养罩、轨道式蒸养棚和蒸养窑。蒸养罩优点是一个钢模一个罩，可以独立控制每块管片的蒸养过程，随浇随蒸，不用等其他管片浇捣完成后一起蒸养，缺点是蒸养罩体积大，笨重，需要起重设备吊运，并且在管片车间要留一块较大的地方堆放蒸养罩；轨道式蒸养棚是一种可以通过在轨道上滑动折叠或者释放的棚，滑动折叠原来类似于折叠大门，优点是占地小，使用方便，两个人就可以推动，缺点是必须一行或者一列钢模一起蒸养；蒸养窑是在钢模旁边砌四面墙，收水结束后加顶封门形成封闭空间蒸养，优点是操作简单，缺点是必须成片蒸养或者所有钢模一起蒸养，温度不均匀，难以控制。目前普遍使用的是蒸养罩方式蒸养，个人认为轨道式蒸养棚比较经济方便。
4、其他工艺
其他工艺主要指管片的脱模起吊、管片翻片、水养护和堆放。
脱模起吊常规方式，四个吊点受力不均，螺栓孔受集中力，容易引起螺栓孔损坏，并且速度慢，需要两个人协调起吊，广州地铁二号线管片最早使用。真空吸盘起吊设备，起吊时与管片是柔性接触，受力均匀，但缺点是一旦在使用时突然停电容易出现事故，造价也比常规方式要贵。此设备在上海市轨道交通明珠线管片、大连路越江隧道管片、复兴路越江隧道管片生产中使用，大大加快了起吊速度，明显减少了螺栓孔部位局部开裂、混凝土脱落现象，并且减低了对管片起吊强度的要求。
管片从成型到出厂至少要经过两次翻片，目前使用的管片翻片装置是采用液压系统实现管片翻片的，翻片速度慢，翻片过程中造成管片缺角掉边情况比较严重，所以要尽量减少管片翻片次数。
管片经过蒸汽养护后，脱模翻片以后要吊入水池中养护14天才能运至堆场堆放。管片经过蒸汽养护温度较高，要注意管片温度与水温温差不能太大，特别是冬季，以免因为温差太大使管片产生裂纹、剥落等现象，影响管片质量。一般认为，温差不能超过20℃。
管片堆场可以选择侧放或者内弧向上型放置。侧放堆放占地小，但是管片叠放稳定性比较差，出厂不方便，要翻片至内弧型才能吊上车。内弧型堆放管片叠放稳定，出厂方便，可直接吊上车，但占地面积相当较大，而且注浆孔内容易积水，在冬季注浆孔内积水结冰会破坏注浆孔封头混凝土。所以，堆放时间较长的管片宜采用侧放堆放，堆放时间较短的管片宜采用内弧型堆放。
5、混凝土管片是对材料和成型方法都非常敏感的、强度、抗渗性、耐久性、外观质量、尺寸等要求都非常嚴格的高精度钢筋混凝土预制构件，而混凝土本身是一种可变的材料，其性能随着原材料产地及性能的不同、施工工艺选择的不同、以及施工地域的不同等因素的变化而发生变化；且管片施工过程中的每一个的步骤都可能影响最终的管片质量；所以对于管片的质量控制，仅仅靠各种原理统计还是远远不够的，我们必须有效的应用这些原理，尽可能的多考虑可能影响管片质量的每一个细小的因素，从原材料的选择上开始就根据当地的实际情况出发严格按照规范标准的规定和设计施工图纸的要求选择原材料，生产施工中对管片生产的每一个细节步骤都执行严格的标准程序化作业，对每一个施工步骤都进行严格、细致的细节量化，并通过现场的管片试生产试验对各种细节量进行确认和修改。只要严格按照混凝土管片生产施工工艺的每一个步骤、质量控制方法去执行、进行管片生产施工组织和质量控制，使管片生产的每一个步骤都处在现场可以控制的规范规定内，就能高效的生产出优质的钢筋混凝土管片。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
作为与隧道施工密不可分的产业——盾构隧道预制混凝土衬砌生产，其工艺是隧道施工工艺，特别是盾构施工工艺的发展而发展的。当前 ，就掘进方式说，有土压平衡、泥水平衡和混合型盾构多种，就截面形式分，也有单园、双园、矩形、异形等分类。其衬砌产品也随之发展。目前广州又有一条六号线天天区间隧道已经顺利施工完毕，而国内生产的双圆盾构隧道预制混凝土衬砌精度也完全达到拼装要求，标志着我国盾构隧道施工技术和高精度预制混凝土衬砌生产水平达到国际先进水平。
二、 盾构隧道预制混凝土衬砌生产工艺流程
盾构隧道预制混凝土衬砌俗称“管片”。管片生产的工序非常多，其中比较关键的有钢筋笼制作、管片制作、蒸汽养护等，其他如脱模起吊、翻片、堆放等也非常重要。管片生产主要工艺流程如下图。
三、 管片生产过程监理
管片生产过程中大大小小工序有几十道，只能抓关键工序，抓住对管片质量影响大的工序进行细化，以期最大程度提高管片精度、质量。管片钢筋笼制作过程中关键要控制钢筋成型精度、钢筋骨架定位精度以及鋼筋焊接质量；而在管片车间控制混凝土浇捣质量、蒸汽养护、脱模起吊、管片翻片、钢模合拢精度、收面质量等工序；其他环节如混凝土配合比的执行、混凝土搅拌、管片水养护、堆放、自然养护等采取不定式抽查管理。
自1995年广州地铁管片生产以来，隧道施工技术迅速提高，隧道施工质量得到了很大的提高，对管片的精度、质量要求也大幅度提高。以普通的地铁管片为例，对管片钢筋笼及成形管片的精度要求已经达到了很高的水平，作为监理我们以《盾构法隧道施工与验收规范GB50446-2008》为标准要求管片生产厂去严格执行。
从规范我们可以看出业内对管片钢筋笼的精度要求达到5mm，而对成形管片模具的精度要求更是达到0.4mm，特别对管片的宽度要求误差在1mm以内，这样的精度要求对于预制混凝土构件来说是非常高的。鉴于业内对管片精度的高要求，迫使管片生产单位改进施工工艺，采用先进设备，以确保其生产的管片达到要求。以下将从管片钢筋笼制作、管片制作、养护等几方面对管片生产工艺进行监理。
1、钢筋笼制作工艺
钢筋弯曲成型精度直接影响钢筋笼的成形精度。生产前要进行试弯曲，对钢筋弯曲角度进行微调，以达到最佳效果。
钢筋弯曲精度达到要求了还不够，组装精度比弯曲精度更难控制。目前，成型精度要求大大地提高，相应的成型靠架的精度也要提高，采用高精度的成型靠架势在必行。据了解有好多家管片生产商为了节省成本多数的钢筋制作骨架是自已工人制作的，且定位也是采用风割的，这样的钢筋笼模架精确度有限，用它加工的钢筋笼哪就不准确。因此，作为监理我们有权要求管片生产商制作钢筋笼模架时必须采用机械加工的。这样靠架设置箍筋卡、主筋卡、封头卡等钢筋限位定位卡，能精确定位除分布筋外几乎管片钢筋笼上的每一根钢筋，钢筋笼精度高，使用非常方便。且使用高精度管片钢筋笼靠架大大提高了管片钢筋笼成型精度，是保证管片钢筋笼成型精度的必要措施。
管片钢筋笼制作过程中还有一个十分重要的环节就是焊接。传统的焊接方式电流大、焊接温度高，容易产生钢筋“咬肉”现象，使钢筋有效截面减小，影响管片的耐久性，另外焊接温度高也影响钢筋的材质，产生焊接应力，这对管片的耐久性也是不利的。现行的设计一般都没有注明采用哪种焊机进行焊接，但是，作为监理要了解各种焊机用途及性能，通过各种渠道，我们了解到有一种低温CO2气体保护焊机，这种焊机的特点是焊接温度低，焊接电流小，采用CO2气体保护焊丝，而不是传统电焊机的药粉保护焊条。采用低温CO2气体保护焊机焊接管片钢筋笼，90％左右的咬肉现象可以消除，而由于焊接温度比传统焊接低，对钢筋材质的影响也可以减小。每环地铁管片钢筋笼约有3000个焊接点，可见焊接方式的改进对管片质量影响非常大，可以说低温CO2气体保护焊机在管片钢筋笼焊接中的应用是非常必要的，效果也是非常明显的。
2、制作工艺
管片制作工艺是指在管片制作车间内进行的包括混凝土浇捣、埋件埋设、钢模合拢、钢筋笼入模、收面等工序的总称。
管片混凝土振捣通有过三种方式：最早广州地铁一号管片生产是采用插入式振动棒振捣，自然养护24小时后脱模转入堆场淋养护、广州二号线管片生产开始使用附着式整体振动器振捣，采用锅炉蒸汽两班生产各8小时蒸汽脱模后入水池14天养护、最后一种是引进国处先进技术、不过它的使用在广东还不到一年就要废除的就是24小时不停机的自动化流水线。重力式钢模自重重、弹性差，不宜采用附着式整体振动器振捣。轻型钢模自重轻、刚度大、弹性好，可以选择采用插入式振动棒振捣或者附着式整体振捣器振捣。国外管片生产多采用轻型钢模附着式整体振动器振捣，而国内由于技术材料等原因生产的钢模多为重力式，不宜采用附着式整体振动器振捣。另外，由于附着式整体振动器振捣噪音非常大，在市区或者附近有居民的地方不宜采用。
混凝土浇捣还有一个很关键的的控制就是混凝土入模温度。在广东或广州地区夏季时室外温度常达35度。因此，我们按《混凝土质量控制标准GB50164-92》执行，当混凝土入模温度超35度时必须要求管片生产商在混凝土加冰，以保证管片成型水化热不要过快，要么生产的管片就会有水化收宿且用肉眼可以看得的裂纹、等一系列质量因素出现。
管片埋件埋设精度要求相当高，螺栓孔埋件、注浆孔埋件、连接件拼装孔埋件在钢模上都有限位定位卡，以将埋件与钢模牢固连接在一起。钢模合拢除了保证合拢前钢模已经清理干净以外就只有五个字“宜紧不宜松”。钢筋笼入模除了保证保护层垫块数量及位置正确以外并无其他可言。收面主要是为了压实管片外弧面混凝土，并使管片外弧面混凝土均匀光洁，收面工作要在混凝土初凝之前完成。
3、蒸汽养护工艺
蒸汽养护是为了提高混凝土早期强度使管片混凝土迅速达到起吊强度，提高管片产量，缩短管片生产周期，国外一般不采用。一般来说，蒸汽养护对混凝土质量产生负面影响，比如增加裂缝、降低混凝土最终强度，但如果加以控制，这种负面影响可以减少到可以接受的范围内。经过一系列试验和生产实践，管片生产行业的前辈们总结了许多蒸汽养护方面的经验，比如蒸汽养护最高温度不超过60℃，每小时升温不得超过15℃，恒温时间2小时，在恒温时相对湿度不小于90％，降温速度每小时不超过20℃。蒸汽养护工艺沿用至今，事实证明在提高管片产量，缩短管片生产周期方面取得了比较好的效果，但对管片耐久性的影响目前还没有得出定论。至于实施蒸汽养护的方式有很多，一般采用蒸养罩、轨道式蒸养棚和蒸养窑。蒸养罩优点是一个钢模一个罩，可以独立控制每块管片的蒸养过程，随浇随蒸，不用等其他管片浇捣完成后一起蒸养，缺点是蒸养罩体积大，笨重，需要起重设备吊运，并且在管片车间要留一块较大的地方堆放蒸养罩；轨道式蒸养棚是一种可以通过在轨道上滑动折叠或者释放的棚，滑动折叠原来类似于折叠大门，优点是占地小，使用方便，两个人就可以推动，缺点是必须一行或者一列钢模一起蒸养；蒸养窑是在钢模旁边砌四面墙，收水结束后加顶封门形成封闭空间蒸养，优点是操作简单，缺点是必须成片蒸养或者所有钢模一起蒸养，温度不均匀，难以控制。目前普遍使用的是蒸养罩方式蒸养，个人认为轨道式蒸养棚比较经济方便。
4、其他工艺
其他工艺主要指管片的脱模起吊、管片翻片、水养护和堆放。
脱模起吊常规方式，四个吊点受力不均，螺栓孔受集中力，容易引起螺栓孔损坏，并且速度慢，需要两个人协调起吊，广州地铁二号线管片最早使用。真空吸盘起吊设备，起吊时与管片是柔性接触，受力均匀，但缺点是一旦在使用时突然停电容易出现事故，造价也比常规方式要贵。此设备在上海市轨道交通明珠线管片、大连路越江隧道管片、复兴路越江隧道管片生产中使用，大大加快了起吊速度，明显减少了螺栓孔部位局部开裂、混凝土脱落现象，并且减低了对管片起吊强度的要求。
管片从成型到出厂至少要经过两次翻片，目前使用的管片翻片装置是采用液压系统实现管片翻片的，翻片速度慢，翻片过程中造成管片缺角掉边情况比较严重，所以要尽量减少管片翻片次数。
管片经过蒸汽养护后，脱模翻片以后要吊入水池中养护14天才能运至堆场堆放。管片经过蒸汽养护温度较高，要注意管片温度与水温温差不能太大，特别是冬季，以免因为温差太大使管片产生裂纹、剥落等现象，影响管片质量。一般认为，温差不能超过20℃。
管片堆场可以选择侧放或者内弧向上型放置。侧放堆放占地小，但是管片叠放稳定性比较差，出厂不方便，要翻片至内弧型才能吊上车。内弧型堆放管片叠放稳定，出厂方便，可直接吊上车，但占地面积相当较大，而且注浆孔内容易积水，在冬季注浆孔内积水结冰会破坏注浆孔封头混凝土。所以，堆放时间较长的管片宜采用侧放堆放，堆放时间较短的管片宜采用内弧型堆放。
5、混凝土管片是对材料和成型方法都非常敏感的、强度、抗渗性、耐久性、外观质量、尺寸等要求都非常嚴格的高精度钢筋混凝土预制构件，而混凝土本身是一种可变的材料，其性能随着原材料产地及性能的不同、施工工艺选择的不同、以及施工地域的不同等因素的变化而发生变化；且管片施工过程中的每一个的步骤都可能影响最终的管片质量；所以对于管片的质量控制，仅仅靠各种原理统计还是远远不够的，我们必须有效的应用这些原理，尽可能的多考虑可能影响管片质量的每一个细小的因素，从原材料的选择上开始就根据当地的实际情况出发严格按照规范标准的规定和设计施工图纸的要求选择原材料，生产施工中对管片生产的每一个细节步骤都执行严格的标准程序化作业，对每一个施工步骤都进行严格、细致的细节量化，并通过现场的管片试生产试验对各种细节量进行确认和修改。只要严格按照混凝土管片生产施工工艺的每一个步骤、质量控制方法去执行、进行管片生产施工组织和质量控制，使管片生产的每一个步骤都处在现场可以控制的规范规定内，就能高效的生产出优质的钢筋混凝土管片。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。