大直徑鐵路盾構(gòu)隧道管片生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制措施

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100）

1 工程概況

河南鄭州豫機(jī)城際鐵路隧道采取的是單洞雙線設(shè)計(jì)形式，盾構(gòu)區(qū)隧道樁號(hào)為DK41+750～DK45+550?；谠摱螌?shí)際情況，利用盾構(gòu)法展開施工作業(yè)，盾構(gòu)總長(zhǎng)度3800m。根據(jù)地質(zhì)情況，設(shè)置有12.81m大直徑盾構(gòu)隧道，其規(guī)模相對(duì)較大，所用管片內(nèi)徑11.3m，外徑12.4m，寬2m，厚55cm，為典型的超大管片，經(jīng)拼裝后形成完整隧道結(jié)構(gòu)。

2 工法特點(diǎn)

采取管片一次澆筑成型的方式易出現(xiàn)各類質(zhì)量問題，常見有局部密實(shí)性欠佳、溢出大量氣泡等，在此基礎(chǔ)上更改為分段澆筑的方式，由鋼模頂部中間區(qū)域開始澆筑，使混凝土到達(dá)鋼模內(nèi)腔兩端，此時(shí)兼并啟動(dòng)附著式振搗器，主要目的在于提升材料密實(shí)性，遵循先模具兩端再中部的原則，整個(gè)澆筑過程分兩次完成，單次砼用量為2.5m3。為確保澆筑質(zhì)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(shí)間。本工程中，經(jīng)試驗(yàn)后將其設(shè)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(gè)安裝靠模，各自適配兩臺(tái)焊機(jī)，技術(shù)人員應(yīng)向所有操作者做技術(shù)交底，有序完成鋼筋安裝作業(yè)，將其置于靠模中并基于焊接的方式形成整體結(jié)構(gòu)。

3.1.2 鋼筋籠存儲(chǔ)及吊裝

制得鋼筋籠后，以預(yù)先設(shè)置的編號(hào)為準(zhǔn)做好分類存儲(chǔ)工作，以免鋼筋籠入模出錯(cuò)。施工現(xiàn)場(chǎng)適配專業(yè)吊具，主要用于鋼筋籠的吊裝作業(yè)，以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)確定合適的吊點(diǎn)與支撐點(diǎn)，吊運(yùn)時(shí)遵循輕落的基本原則，不可發(fā)生碰撞。待鋼筋籠被轉(zhuǎn)移至指定位置后，應(yīng)安排專員24h看管，并于堆放場(chǎng)所周邊設(shè)置防護(hù)欄桿。

3.2 管片生產(chǎn)

3.2.1 模具清理

結(jié)束管片起吊作業(yè)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(huán)節(jié)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(xiàn)脫模油用量不合理的情況。工程中常使用到水性脫模劑，應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)施工溫度為準(zhǔn)靈活調(diào)整，常介于1：1.2～1：1.5，要求每10環(huán)便要采取一次油封處理，從而避免腐蝕銹蝕現(xiàn)象。

3.2.2 模具校核

參考行業(yè)規(guī)范，要求模具的各項(xiàng)指標(biāo)足夠合理，需針對(duì)寬度、內(nèi)腔高等做好校核工作[1]。本工程所用管片尺寸較大，易出現(xiàn)變形現(xiàn)象，且需要提升精度，經(jīng)商討后決定在每次開倉前針對(duì)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(jié)束鋼筋籠加工作業(yè)后，在行吊的輔助下將其轉(zhuǎn)移到鋼模中。為避免鋼筋籠變形現(xiàn)象，需在入模前做好準(zhǔn)備工作，于鋼筋籠內(nèi)弧面及其四周分別設(shè)置保護(hù)層墊塊，后續(xù)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(zhuǎn)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(yè)。若采取一次澆筑成型的方法，受管片規(guī)格較大的影響，易出現(xiàn)密實(shí)性不足等質(zhì)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(gè)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(shí)對(duì)氣孔進(jìn)行補(bǔ)充，以混凝土凝結(jié)狀態(tài)為準(zhǔn)，確定合適的面板掀開時(shí)間。光面處理可分為3個(gè)環(huán)節(jié)：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(duì)其填補(bǔ)，隨后粗磨處理；中光面，此環(huán)節(jié)操作需建立在混凝土收水的基礎(chǔ)上，利用灰匙光面，經(jīng)此處理后管片外弧面應(yīng)足夠平整；精光面，此處使用長(zhǎng)匙，確保表面足夠光亮且不存在任何灰印。

3.2.6 管片蒸養(yǎng)

針對(duì)管片采取蒸汽養(yǎng)護(hù)措施，處理過程中使用推拉式帆布罩密封，并展開持續(xù)性蒸養(yǎng)。養(yǎng)護(hù)作業(yè)可細(xì)分為升溫、恒溫與降溫3個(gè)環(huán)節(jié)，因此要確定不同的養(yǎng)護(hù)溫度[2]。從養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成來看，有熱源、溫度傳感器以及溫控器3部分。針對(duì)各區(qū)域的實(shí)際情況，為溫控器設(shè)定合理的溫度范圍，以傳感器所得數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，經(jīng)中央控制系統(tǒng)分析后實(shí)現(xiàn)對(duì)各區(qū)域溫度的靈活控制，創(chuàng)造足夠良好的蒸養(yǎng)條件。

靜停時(shí)間至少達(dá)到2h，若出現(xiàn)溫度上升過快現(xiàn)象，會(huì)對(duì)混凝土質(zhì)量造成影響，主要表現(xiàn)為內(nèi)部膨脹對(duì)于結(jié)構(gòu)的損傷，因此蒸養(yǎng)溫度以50℃～55℃為宜，安排專員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)工作，以0.5h為間隔依次觀察中央溫控器運(yùn)行狀況，針對(duì)異常之處采取合適的處理措施。

為確保管片養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，需嚴(yán)格控制每小時(shí)溫差，根據(jù)本工程實(shí)際情況，以≤15℃為宜，若溫度持續(xù)上升并處于恒溫狀態(tài)（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(xiàn)過度降溫的情況，以每小時(shí)15℃為宜。

3.2.7 管片脫模

完成管片的蒸養(yǎng)作業(yè)后，需分析同養(yǎng)護(hù)條件下的試件特性，檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度，若數(shù)值為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的45%，要求養(yǎng)護(hù)設(shè)備執(zhí)行降溫操作，使其與外界溫差縮減至20℃以下，經(jīng)一段時(shí)間后再次檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，若達(dá)到20MPa，便滿足脫模條件。需要將側(cè)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(zhuǎn)機(jī)使得管片處于直立狀態(tài)，無誤后吊裝至水養(yǎng)池中。

3.2.8 管片水養(yǎng)

順利完成管片脫模作業(yè)后，給予一段時(shí)間使得管片溫度逐步下降，當(dāng)其與養(yǎng)護(hù)水的溫差≤20℃時(shí)，便可轉(zhuǎn)移到池中做進(jìn)一步水養(yǎng)，此過程中養(yǎng)護(hù)周期至少為14d，若為非冬季施工時(shí)期，持續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為7d，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)為冬季低溫環(huán)境時(shí)，需通過對(duì)管片刷涂養(yǎng)護(hù)劑的方式做好保護(hù)工作。養(yǎng)護(hù)水溫應(yīng)≥5℃，且滿足pH為8～9的條件。增設(shè)自動(dòng)溫控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)養(yǎng)護(hù)水溫，當(dāng)該值在警戒值以下時(shí)，及時(shí)出發(fā)警報(bào)并啟動(dòng)蒸汽加溫設(shè)備，緩解養(yǎng)護(hù)水溫過低的現(xiàn)象，有效避免收縮裂縫。

4 控制重點(diǎn)

4.1 對(duì)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(dòng)器的運(yùn)行方式尤為關(guān)鍵，重點(diǎn)考慮振搗頻率與時(shí)間兩大因素，要求混凝土具有足夠密實(shí)性且不發(fā)生離析現(xiàn)象。

3）合理控制水灰比，使其較小且足夠穩(wěn)定，可有效控制失水速度，避免管片裂紋。

4）蒸養(yǎng)過程中溫度的升降應(yīng)得到有效控制，并調(diào)節(jié)好蒸養(yǎng)時(shí)間，若缺乏合理的溫度控制措施，也容易出現(xiàn)管片開裂現(xiàn)象。

4.2 對(duì)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(yīng)具有水溶性，所用脫模劑的粘度應(yīng)相對(duì)較小，以緩解混凝土粘結(jié)現(xiàn)象，降低排氣阻力。

3）所用混凝土應(yīng)具有優(yōu)良和易性，使得材料內(nèi)部足夠潤(rùn)滑，提升振搗排氣效果。

5 結(jié)語

綜上所述，大直徑鐵路盾構(gòu)隧道施工難度較大，所用管片規(guī)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(zhì)量檢測(cè)工作，確保管片質(zhì)量，為隧道施工作業(yè)提供支持。