大直徑鐵路盾構隧道管片生產工藝和質量控制措施

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101100）

1 工程概況

河南鄭州豫機城際鐵路隧道采取的是單洞雙線設計形式，盾構區隧道樁號為DK41+750～DK45+550。基于該段實際情況，利用盾構法展開施工作業，盾構總長度3800m。根據地質情況，設置有12.81m大直徑盾構隧道，其規模相對較大，所用管片內徑11.3m，外徑12.4m，寬2m，厚55cm，為典型的超大管片，經拼裝后形成完整隧道結構。

2 工法特點

采取管片一次澆筑成型的方式易出現各類質量問題，常見有局部密實性欠佳、溢出大量氣泡等，在此基礎上更改為分段澆筑的方式，由鋼模頂部中間區域開始澆筑，使混凝土到達鋼模內腔兩端，此時兼并啟動附著式振搗器，主要目的在于提升材料密實性，遵循先模具兩端再中部的原則，整個澆筑過程分兩次完成，單次砼用量為2.5m3。為確保澆筑質量，充分考慮管片類型、混凝土用量及其性能等多方面因素，確定合適振搗時間。本工程中，經試驗后將其設定為13min。

3 施工工藝

3.1 鋼筋籠制作

3.1.1 鋼筋籠焊接

制作9個安裝靠模，各自適配兩臺焊機，技術人員應向所有操作者做技術交底，有序完成鋼筋安裝作業，將其置于靠模中并基于焊接的方式形成整體結構。

3.1.2 鋼筋籠存儲及吊裝

制得鋼筋籠后，以預先設置的編號為準做好分類存儲工作，以免鋼筋籠入模出錯。施工現場適配專業吊具，主要用于鋼筋籠的吊裝作業，以設計要求為準確定合適的吊點與支撐點，吊運時遵循輕落的基本原則，不可發生碰撞。待鋼筋籠被轉移至指定位置后，應安排專員24h看管，并于堆放場所周邊設置防護欄桿。

3.2 管片生產

3.2.1 模具清理

結束管片起吊作業后要全面清理鋼模，去除附著的雜物，要求鋼模足夠潔凈。此環節所用工具以柔軟鏟或布料為宜，不可刮傷鋼模。

脫模油裝入噴霧器中，將其均勻噴涂于鋼模上，不可出現脫模油用量不合理的情況。工程中常使用到水性脫模劑，應以現場施工溫度為準靈活調整，常介于1：1.2～1：1.5，要求每10環便要采取一次油封處理，從而避免腐蝕銹蝕現象。

3.2.2 模具校核

參考行業規范，要求模具的各項指標足夠合理，需針對寬度、內腔高等做好校核工作[1]。本工程所用管片尺寸較大，易出現變形現象，且需要提升精度，經商討后決定在每次開倉前針對模具展開全面檢查，從源頭上控制管片偏差。

3.2.3 鋼筋籠入模

結束鋼筋籠加工作業后，在行吊的輔助下將其轉移到鋼模中。為避免鋼筋籠變形現象，需在入模前做好準備工作，于鋼筋籠內弧面及其四周分別設置保護層墊塊，后續吊裝過程中安排專員檢查變形情況。

3.2.4 混凝土澆筑

基于輸送小車與料斗的輔助，將拌制所得的混凝土轉移到管片成型車間，具體注入位置以鋼模頂部中部為宜，下料過程中兼并做好振搗作業。若采取一次澆筑成型的方法，受管片規格較大的影響，易出現密實性不足等質量問題，因此采取分段澆筑的工藝方法，遵循先模具兩端后中部的流程，整個澆筑過程分兩次完成，單次砼用量2.5m3。

3.2.5 管片收面

開蓋后需安排人員及時對氣孔進行補充，以混凝土凝結狀態為準，確定合適的面板掀開時間。光面處理可分為3個環節：粗光面，較為可行的是鋁合金壓尺，利用該工具將多余混凝土刮除，若遇到凹陷處則對其填補，隨后粗磨處理；中光面，此環節操作需建立在混凝土收水的基礎上，利用灰匙光面，經此處理后管片外弧面應足夠平整；精光面，此處使用長匙，確保表面足夠光亮且不存在任何灰印。

3.2.6 管片蒸養

針對管片采取蒸汽養護措施，處理過程中使用推拉式帆布罩密封，并展開持續性蒸養。養護作業可細分為升溫、恒溫與降溫3個環節，因此要確定不同的養護溫度[2]。從養護系統的構成來看，有熱源、溫度傳感器以及溫控器3部分。針對各區域的實際情況，為溫控器設定合理的溫度范圍，以傳感器所得數據為準，經中央控制系統分析后實現對各區域溫度的靈活控制，創造足夠良好的蒸養條件。

靜停時間至少達到2h，若出現溫度上升過快現象，會對混凝土質量造成影響，主要表現為內部膨脹對于結構的損傷，因此蒸養溫度以50℃～55℃為宜，安排專員負責現場工作，以0.5h為間隔依次觀察中央溫控器運行狀況，針對異常之處采取合適的處理措施。

為確保管片養護質量，需嚴格控制每小時溫差，根據本工程實際情況，以≤15℃為宜，若溫度持續上升并處于恒溫狀態（50℃～55℃），需要維持此溫度約2～3h，此階段后自然降溫也要得到合理控制，不可出現過度降溫的情況，以每小時15℃為宜。

3.2.7 管片脫模

完成管片的蒸養作業后，需分析同養護條件下的試件特性，檢測其抗壓強度，若數值為設計強度的45%，要求養護設備執行降溫操作，使其與外界溫差縮減至20℃以下，經一段時間后再次檢測混凝土強度，若達到20MPa，便滿足脫模條件。需要將側模與端模有效卸下，在真空吸盤的輔助下順利將管片吊出，利用翻轉機使得管片處于直立狀態，無誤后吊裝至水養池中。

3.2.8 管片水養

順利完成管片脫模作業后，給予一段時間使得管片溫度逐步下降，當其與養護水的溫差≤20℃時，便可轉移到池中做進一步水養，此過程中養護周期至少為14d，若為非冬季施工時期，持續養護時間至少為7d，當施工現場為冬季低溫環境時，需通過對管片刷涂養護劑的方式做好保護工作。養護水溫應≥5℃，且滿足pH為8～9的條件。增設自動溫控系統，實時監測養護水溫，當該值在警戒值以下時，及時出發警報并啟動蒸汽加溫設備，緩解養護水溫過低的現象，有效避免收縮裂縫。

4 控制重點

4.1 對于裂紋的控制

1）確定合適的混凝土配比，在混凝土拌制過程中，可基于外加法向其中摻入粉煤灰，此舉的目的在于提升混凝土漿體含量，改善混凝土和易性，避免大范圍收縮，緩解管片裂紋。

2）材料攪拌過程中振動器的運行方式尤為關鍵，重點考慮振搗頻率與時間兩大因素，要求混凝土具有足夠密實性且不發生離析現象。

3）合理控制水灰比，使其較小且足夠穩定，可有效控制失水速度，避免管片裂紋。

4）蒸養過程中溫度的升降應得到有效控制，并調節好蒸養時間，若缺乏合理的溫度控制措施，也容易出現管片開裂現象。

4.2 對于氣泡孔、水泡孔的控制

1）確定合適的混凝土配比，在條件允許的情況下使用適量高效減水劑。

2）脫模劑應具有水溶性，所用脫模劑的粘度應相對較小，以緩解混凝土粘結現象，降低排氣阻力。

3）所用混凝土應具有優良和易性，使得材料內部足夠潤滑，提升振搗排氣效果。

5 結語

綜上所述，大直徑鐵路盾構隧道施工難度較大，所用管片規格偏大，需從原材料、模具、混凝土等因素入手，采取合適的控制措施，做好質量檢測工作，確保管片質量，為隧道施工作業提供支持。