大直径铁路盾构隧道管片生产工艺和质量控制措施

（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100）

1 工程概况

河南郑州豫机城际铁路隧道采取的是单洞双线设计形式，盾构区隧道桩号为DK41+750～DK45+550。基于该段实际情况，利用盾构法展开施工作业，盾构总长度3800m。根据地质情况，设置有12.81m大直径盾构隧道，其规模相对较大，所用管片内径11.3m，外径12.4m，宽2m，厚55cm，为典型的超大管片，经拼装后形成完整隧道结构。

2 工法特点

采取管片一次浇筑成型的方式易出现各类质量问题，常见有局部密实性欠佳、溢出大量气泡等，在此基础上更改为分段浇筑的方式，由钢模顶部中间区域开始浇筑，使混凝土到达钢模内腔两端，此时兼并启动附着式振捣器，主要目的在于提升材料密实性，遵循先模具两端再中部的原则，整个浇筑过程分两次完成，单次砼用量为2.5m3。为确保浇筑质量，充分考虑管片类型、混凝土用量及其性能等多方面因素，确定合适振捣时间。本工程中，经试验后将其设定为13min。

3 施工工艺

3.1 钢筋笼制作

3.1.1 钢筋笼焊接

制作9个安装靠模，各自适配两台焊机，技术人员应向所有操作者做技术交底，有序完成钢筋安装作业，将其置于靠模中并基于焊接的方式形成整体结构。

3.1.2 钢筋笼存储及吊装

制得钢筋笼后，以预先设置的编号为准做好分类存储工作，以免钢筋笼入模出错。施工现场适配专业吊具，主要用于钢筋笼的吊装作业，以设计要求为准确定合适的吊点与支撑点，吊运时遵循轻落的基本原则，不可发生碰撞。待钢筋笼被转移至指定位置后，应安排专员24h看管，并于堆放场所周边设置防护栏杆。

3.2 管片生产

3.2.1 模具清理

结束管片起吊作业后要全面清理钢模，去除附着的杂物，要求钢模足够洁净。此环节所用工具以柔软铲或布料为宜，不可刮伤钢模。

脱模油装入喷雾器中，将其均匀喷涂于钢模上，不可出现脱模油用量不合理的情况。工程中常使用到水性脱模剂，应以现场施工温度为准灵活调整，常介于1：1.2～1：1.5，要求每10环便要采取一次油封处理，从而避免腐蚀锈蚀现象。

3.2.2 模具校核

参考行业规范，要求模具的各项指标足够合理，需针对宽度、内腔高等做好校核工作[1]。本工程所用管片尺寸较大，易出现变形现象，且需要提升精度，经商讨后决定在每次开仓前针对模具展开全面检查，从源头上控制管片偏差。

3.2.3 钢筋笼入模

结束钢筋笼加工作业后，在行吊的辅助下将其转移到钢模中。为避免钢筋笼变形现象，需在入模前做好准备工作，于钢筋笼内弧面及其四周分别设置保护层垫块，后续吊装过程中安排专员检查变形情况。

3.2.4 混凝土浇筑

基于输送小车与料斗的辅助，将拌制所得的混凝土转移到管片成型车间，具体注入位置以钢模顶部中部为宜，下料过程中兼并做好振捣作业。若采取一次浇筑成型的方法，受管片规格较大的影响，易出现密实性不足等质量问题，因此采取分段浇筑的工艺方法，遵循先模具两端后中部的流程，整个浇筑过程分两次完成，单次砼用量2.5m3。

3.2.5 管片收面

开盖后需安排人员及时对气孔进行补充，以混凝土凝结状态为准，确定合适的面板掀开时间。光面处理可分为3个环节：粗光面，较为可行的是铝合金压尺，利用该工具将多余混凝土刮除，若遇到凹陷处则对其填补，随后粗磨处理；中光面，此环节操作需建立在混凝土收水的基础上，利用灰匙光面，经此处理后管片外弧面应足够平整；精光面，此处使用长匙，确保表面足够光亮且不存在任何灰印。

3.2.6 管片蒸养

针对管片采取蒸汽养护措施，处理过程中使用推拉式帆布罩密封，并展开持续性蒸养。养护作业可细分为升温、恒温与降温3个环节，因此要确定不同的养护温度[2]。从养护系统的构成来看，有热源、温度传感器以及温控器3部分。针对各区域的实际情况，为温控器设定合理的温度范围，以传感器所得数据为准，经中央控制系统分析后实现对各区域温度的灵活控制，创造足够良好的蒸养条件。

静停时间至少达到2h，若出现温度上升过快现象，会对混凝土质量造成影响，主要表现为内部膨胀对于结构的损伤，因此蒸养温度以50℃～55℃为宜，安排专员负责现场工作，以0.5h为间隔依次观察中央温控器运行状况，针对异常之处采取合适的处理措施。

为确保管片养护质量，需严格控制每小时温差，根据本工程实际情况，以≤15℃为宜，若温度持续上升并处于恒温状态（50℃～55℃），需要维持此温度约2～3h，此阶段后自然降温也要得到合理控制，不可出现过度降温的情况，以每小时15℃为宜。

3.2.7 管片脱模

完成管片的蒸养作业后，需分析同养护条件下的试件特性，检测其抗压强度，若数值为设计强度的45%，要求养护设备执行降温操作，使其与外界温差缩减至20℃以下，经一段时间后再次检测混凝土强度，若达到20MPa，便满足脱模条件。需要将侧模与端模有效卸下，在真空吸盘的辅助下顺利将管片吊出，利用翻转机使得管片处于直立状态，无误后吊装至水养池中。

3.2.8 管片水养

顺利完成管片脱模作业后，给予一段时间使得管片温度逐步下降，当其与养护水的温差≤20℃时，便可转移到池中做进一步水养，此过程中养护周期至少为14d，若为非冬季施工时期，持续养护时间至少为7d，当施工现场为冬季低温环境时，需通过对管片刷涂养护剂的方式做好保护工作。养护水温应≥5℃，且满足pH为8～9的条件。增设自动温控系统，实时监测养护水温，当该值在警戒值以下时，及时出发警报并启动蒸汽加温设备，缓解养护水温过低的现象，有效避免收缩裂缝。

4 控制重点

4.1 对于裂纹的控制

1）确定合适的混凝土配比，在混凝土拌制过程中，可基于外加法向其中掺入粉煤灰，此举的目的在于提升混凝土浆体含量，改善混凝土和易性，避免大范围收缩，缓解管片裂纹。

2）材料搅拌过程中振动器的运行方式尤为关键，重点考虑振捣频率与时间两大因素，要求混凝土具有足够密实性且不发生离析现象。

3）合理控制水灰比，使其较小且足够稳定，可有效控制失水速度，避免管片裂纹。

4）蒸养过程中温度的升降应得到有效控制，并调节好蒸养时间，若缺乏合理的温度控制措施，也容易出现管片开裂现象。

4.2 对于气泡孔、水泡孔的控制

1）确定合适的混凝土配比，在条件允许的情况下使用适量高效减水剂。

2）脱模剂应具有水溶性，所用脱模剂的粘度应相对较小，以缓解混凝土粘结现象，降低排气阻力。

3）所用混凝土应具有优良和易性，使得材料内部足够润滑，提升振捣排气效果。

5 结语

综上所述，大直径铁路盾构隧道施工难度较大，所用管片规格偏大，需从原材料、模具、混凝土等因素入手，采取合适的控制措施，做好质量检测工作，确保管片质量，为隧道施工作业提供支持。