1 工程概述
西安地铁四号线南起航天产业基地，北至北客站。线路全长约为36.66km，共设车站30座，全部为地下线路。最大站间距1.983km，为为寒窑站至大唐芙蓉园站区间；最小站间距0.869km，为后村站至李家村站区间，平均站间距约1.238km。全线设车辆段和停车场各一处，车辆段位于航天新城站北侧，停车场位于机场高速路与尚稷路路口东侧象限。
四号线工程管片结构外径Φ6000mm，内径Φ5400mm，宽度1500mm，厚度300mm，由六片一环（3A+2B+C）的管片拼装组成，该工程需预制管18469环。
2 生产工艺流程
2.1 工艺简介
管片采用固定台座法施工。钢筋入模、模具组装、混凝土浇筑及管片蒸汽养护均在固定位置完成。
生产的钢筋笼按批量进行检测后，用平移小车运送至混凝土浇筑区，通过行吊入模，混凝土搅拌站生产的合格混凝土装入料斗通过农用车运送至行吊下，再吊至模具上方下料，采用人工振动帮振捣，抹面完成后，采用收纳式帆布罩将模具覆盖通入蒸汽养护，管片混凝土强度达到脱模强度后，脱模移至存放场地储存并进行保湿养护。
2.2 主要生产工艺流程
模具组装→钢筋骨架制作→钢筋骨架入模→混凝土搅拌→混凝土浇注振捣成型→混凝土抹面→蒸汽养护→脱模工序→管片检验及修补→管片编号→管片保湿养护
3 施工工艺及质量控制
3.1 模具组装
3.1.1 组模前必须认真清理模具。清理后的模具内表面的任何部位都不得有残留杂物。模具内表面可使用棉丝、海绵块或胶片配合清理，严禁使用铁器清刮；清理模具外表面时，特别要注意清除影响平整度的所有位置的混凝土残积物。
3.1.2 选用质量稳定、无气泡、适于喷涂、脱模效果好的脱模剂，使构件外观颜色一致，表面光滑。喷涂脱模剂时采用专用的喷雾器进行均匀喷涂，喷涂从模具中间开始，先喷涂侧模板，最后喷涂端模，
3.1.3 组模时严格按照模具使用说明书的操作进行组模，严禁反顺序操作以免导致模具变形精度损失。
3.2 钢筋骨架制作
3.2.1 下料
（1）管片弧形主筋下料和成型尺寸必须正确，并在相应的模具中定位、焊接。
（2）切断后的材料必须按规定整齐叠放在标识明显的储存架上，并挂上标识牌。
3.2.2 钢筋弯曲
（1）钢筋弯曲严格按照设计图纸要求进行弯曲加工。
（2）钢筋进入弯弧机时应保持平衡、匀速，防止平面翘曲，成型后表面不得有裂纹。
3.2.3 骨架成型、焊接
钢筋骨架采用C02保护焊点焊成型，焊接时，先排放箍筋，再在箍筋内圈插入各类主筋，然后焊接上下弧面的主筋，最后焊接各类型的构造筋。
（1）管片钢筋必须采用焊接骨架，单片成型骨架必须在符合设计要求的焊接模具上制作。
（2）钢筋骨架必须通过试生产，经检验合格后方可批量加工制作。管片钢筋连接必须采用CO2气体保护焊接工艺。
（3）管片钢筋骨架与钢质预埋件连接应满足隧道防迷流设计要求。
（4）焊接骨架的外观质量检查，每批抽查5%，且不得少于5件，并应符合标准要求。
（5）完成组焊工作后,绑上标签堆放。堆放要保证钢筋骨架不变形。
（6）管片主筋保护层：外侧50mm，内侧40mm，构造钢筋保护层20mm，并以此保护层定位。
（7）管片钢筋加工成型骨架允许偏差必须符合规范要求。
3.3 钢筋骨架入模
钢筋笼经检查合格后，在钢筋笼指定位置装上保护层垫块后，用龙门吊配合专用吊具按规格把钢筋笼吊放入模具。
装上顶部注浆管，注浆管要拧紧，防止其在混凝土振捣时出现松动或上浮脱落，模具四周弯曲芯棒安装时要特别注意顺序位置，严禁错序。
装配好所有预埋件、钢筋笼、保护层（采用飞轮、支架和混凝土垫块）等，并组合好钢模后，由专人负责检验，合格后方可进行下步工序。
3.4 混凝土搅拌
3.4.1 采用自拌混凝土时，水泥、水、附加剂计量误差为±1%，砂、石计量误差为2%（均按重量计），所使用的称料衡器应定期检验校证，混凝土总的搅拌时间保证不能低于2分钟。
3.4.2 采用商品混凝土搅拌，要安排专人进行监控。
3.5 混凝土浇注振捣成型
混凝土浇筑时间不宜过长，坍落度控制在70±20mm范围内； 浇制顺序：①、料斗运至模具上方，料斗开口对准模具中间进行放料；②、采用用插入式振捣棒或气压振捣台进行振捣；③、全部振捣完成后即混凝土表面不再上泛大的气泡，才能减弱或停止振动，然后视气温及混凝土凝结情况掀开盖板进行光面。
混凝土每拌制100盘不超过100m3的同配合比的混凝土，取样一次；每工作班拌制同一配合比的混凝土不足100盘时，取样也为一次；每次取样应留置标准28天养护试件、同条件脱模试块，并根据实际情况留置同条件脱模试块，相同组数，并按规定见证取样送检，试块成型尺寸为150×150×150mm。
3.6 混凝土抹面
管片振动成型后需进行表面抹面，抹面分粗、中、精三个阶段：
粗抹面：混凝土振动成型后初凝前使用压板刮平外弧面，并用木抹进行第一次粗抹面，使其表面基本平整。
中抹面：粗抹面后紧接着使用钢抹碎子抹光管片混凝土表面，使管片外弧面平整、光滑，并使用刮子剔除模具周边的混凝土残碴。
精抹面：混凝土接近初凝时使用平面钢抹子精工抹平，力求使表面光亮无灰印。
混凝土光面后须静停，当混凝土表面用手按压有轻微的压痕时，用塑料薄膜覆盖在管片的表面上，然后放下模具盖板。
3.7 蒸汽养护
管片蒸汽养护分为静养、升温、恒温、降温四个阶段，按设定的静养、升温、恒温、降温的程序严格控制蒸养工艺。
管片混凝土应进行预养护，升温时升温速度控制在每小时不超过15℃，降温速度不宜超过20℃/h，恒温最高温度不宜超过60℃。出模后当管片表面温度与环境温度差大于20℃时，管片应进行降温，直至管片表面温度与环境温差不大于20℃。
3.8 脱模工序
根据试验室出具的强度通知单，进行脱模工序操作，当采用吸盘脱模时管片混凝土强度应不低于15Mpa，当采用其他方式脱模时，管片混凝土强度应不小于20Mpa，以保证管片的边角不易破损。
拆模顺序为：
（1）掀开盖板拆卸紧固螺栓，清除盖板上的混凝土残积物。
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（2）使用专用工具将侧模的定位螺栓及端模的推进螺栓拆松，退位至原定位置。
（3）管片出模起吊时,采用龙门吊将管片匀速吊起，从模具中脱出，放到管片翻转架上进行检验编号。
4 管片检验及修补
4.1 管片脱模后须及时对管片进行检验
不合格管片及时吊入不合格存放区隔离处理，有缺陷的管片在吊入养护区前，须对管片有缺陷之处按要求进行修补，严禁不合格管片入库存放。
4.2 存在缺陷的管片吊运到临时存放区放置
管片与地面之间垫用三根100X100的木方，防止管片与地面的碰撞,让管片的内外温差小于20℃，必要时采用保温措施，同时完成修补工作。
（1）对长度≥100mm，宽度≥50mm，深度≥10mm的缺陷应在脱模后用同色砂浆修补，修补前应将修补面凿毛并清理干净。修补后用专用工具打磨平整。
（2）对体积小的蜂窝麻面，先用水洗刷干净再用水泥浆掺修补胶修补；体积稍大的先凿除蜂窝处松散混凝土颗粒，然后用水洗刷干净后再用水泥砂浆（较深的加石子）掺修补胶修补；端部体积较大的掉边、掉角、空洞用管片混凝土进行修补；裂缝用注缝胶进行修补；对于某些强度要求高的部位，用环氧树脂等进行修补。
4.3 管片编号
考虑到钢模编号形式在各类管片上的标识都是一样，故于钢模生产时，就将钢模编号“以凹字形式”印于钢模内弧面；管片脱模后，除上述标识外，还必须及时于用深色印章在管片内弧面及右侧面清晰标识管片生产日期、生产编号、分块号等标记。
4.4 管片保湿养护
根据不同的情况管片可分别采取以下两种保湿养护方式：
（1）水池养护
管片表面温度与水养护池水温相差不大于20℃时，方可将管片吊入水池中进行养护，管片在水池中养护不少于7天。
（2）喷涂养护剂养护
喷涂养护剂养护是管片养护的另一种方式，脱模后立即在管片表面涂刷养护剂防止表面开裂，并在室内存放至与室外温差不大于20℃时方可运出室外。
3.12管片的存放
管片运到堆放场地分不同规格及生产时间整齐码放；堆放场地必须平整,每片管片平放或垂直存放,管片下部垫3000mm×220mm×100mm枕木，管片之间使用三条100mm×100mm木方作为衬垫,以免管片间距过小发生损坏。
5 施工中质量缺陷预防措施
5.1 对于裂纹的控制
（1）优化混凝土配合比，采用在混凝土中加入少量优质粉煤灰和高效减水剂，以增加拌合物的浆体数量，进一步改善混凝土的和易性，减少混凝土的收缩量，使得管片表面不易产生裂纹。
（2）避免在管片的外弧面积聚过多的混凝土浆而在管片外弧面产生裂纹。
（3）严格控制管片的收面时间，不得过迟，以免在蒸养前混凝土失水收缩产生裂纹。
（4）严格控制蒸养升温降温幅度及时间，以免因温度控制不佳致使管片外表面开裂。
（5）对管片采取水浸泡养护，或采用喷养护剂，使管片养护充分均匀，不因缺养或表面温差致使管片表面开裂。
（6）严格控制振捣频率、时间。
5.2 对于气泡的控制
（1）优化混凝土的配合比；采用高效外加剂和优质粉煤灰，提高混凝土密实度，减少气泡。
（2）通过使用粘度指标小的脱模剂减小对混凝土的粘性，以减少对排气的阻力而利于振捣排气。
（3）清模干净彻底，强化清模认真；加强模具的维护保养，使模具表面光滑。
（4）严格控制振捣频率，避免因过振混凝土离析致使管片产生水泡。
（5）严格控制混凝土的水灰比，不使用大坍落度混凝土，以减少混凝土的含水量；严格控制混凝土原材料的质量，保证混凝土的性能良好。
5.3 管片色差控制
（1）严格控制混凝土的坍落度，前三盘混凝土必须进行坍落度检测，浇筑过程中要按规定频率对坍落度进行检测。
（2）严格控制振捣频率和时间，避免由于过振、漏振造成管片色差较大。
（3）考虑到自制混凝土和商品混凝土可能造成管片色泽的差别，固两家搅拌采用的原材料必须为同一厂家生产的。采用商品混凝土时，安排专人对搅拌过程进行监控。
6 施工中主要安全管理措施
6.1 现场重点区域应进行隔离或设置明显的警示标志。
6.2 龙门吊、卷扬机、锅炉及各种压力阀、安全阀等设备应按规定进行定期安全检查。
6.3 施工用电应严格按有关规定安装线路及设备，用电设备都要安装地线，不合格的电气器材严禁使用。
6.4 机械设备使用安全措施
（1）所使用施工设备和机具必须事先经专职人员进行检查、维修、保养，确保状况良好。大型机械的保险、限位装置、防护指示器等必须齐全可靠。起重作业严格按照《建筑机械使用安全技术规程》和《建筑安装工人安全技术操作规程》规定的要求执行。
（2）驾驶、指挥人员必须持证上岗，必须按规程要求进行操作，驾驶员应作好例保和记录。
（3）作业时，机械停放稳固，臂杆幅度指示器灵敏可靠。
（4）各类机械配挂技术性能牌和上岗操作人员名单牌。
（5）严格执行定期保养制度，做好操作前、操作中和操作后设备的清洁润滑、紧固、调整和防腐工作。严禁机械设备超负荷使用、带病运转和在作业运转中进行维修。
6.5 雨季及夜间施工的安全措施
（1）暴雨、大风前后要检查工地临时设施、机电设施，临时线路，发现倾斜、变形下沉、漏雨、漏电等现象，应及时修理加固，有严重危险的应及时排除。
（2）机械、电气设备应有防雨防潮措施，同时原料、成品、半成品也要有防雨措施。
（3）雨季现场道路加强维护，同时做好现场排水工作。雨季施工防雷击，防机械倾斜。
（4）夜间施工应做好施工现场和施工便道的夜间照明布置工作，特别是禁入、近靠区，应设置醒目标志，必要时设专人看护。
7 结束语
隧道管片施工工法在地铁建设过程中已经广泛使用，但在施工工艺和质量控制等方面仍需加强，这样就可以避免在施工过程中出现较大质量缺陷。本文是笔者通过隧道管片施工经验得以形成，希望可以为同行提供必要的帮助和参考。
参考文献
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[2]朱瑶宏,柳献,张晨光,张宸.地铁盾构隧道纵缝接头螺栓形式对比试验研究[J].铁道科学与工程学报，2015(06).
论文作者:刘伟
论文发表刊物:《红地产》4月
论文发表时间:2019/1/2