引  言

车辆段是地铁工程中非常重要的一个组成部分。由于车辆段结构所承受的巨大荷载以及长期使用造成的沉降、温度变化等因素影响，大体积混凝土结构常会出现裂缝问题，一旦出现裂缝将严重影响车辆段的安全性和可靠性。因此，对地铁车辆段大体积混凝土结构的裂缝控制问题进行研究具有重要意义。本论文旨在通过深入分析地铁车辆段大体积混凝土结构的裂缝形成原因，并提出有效的控制措施，以实现对裂缝的有效治理，确保车辆段的安全运行。

1 地铁车辆段大体积混凝土结构裂缝的特点

1.1 裂缝的出现位置

地铁车辆段大体积混凝土结构裂缝主要集中在关键部位，如地下结构、梁柱连接处、墙面等，这些位置是车辆段承受力最大的区域，容易因为外界荷载和变形而发生裂缝[1]。

1.2 裂缝的形态特征

大体积混凝土结构裂缝的形态多样，常见的形态有水平裂缝、垂直裂缝、倾斜裂缝等，裂缝宽度也有差异，从毫米级到数厘米级不等。一般来说，表面裂缝的深度较浅，而贯穿裂缝和深层次裂缝的深度较大，裂缝的宽度会随着深度的增加而扩大。

1.3 裂缝的扩展趋势

裂缝的扩展趋势是评估其危害程度的重要指标之一，大体积混凝土结构裂缝通常呈现出逐渐扩大的趋势，若不及时加以治理，可能导致结构破坏或失效。

2 地铁车辆段大体积混凝土结构裂缝产生的原因

2.1 温度变化引起的裂缝

温度变化是地铁车辆段大体积混凝土结构裂缝形成的重要原因之一。在施工阶段，大体积混凝土结构通常要求一次性整体浇筑，浇筑后水泥因水化作用产生大量水化热，使混凝土温度迅速上升。由于混凝土体积较大，聚集在内部的水泥水化热不易散发，导致内部温度显著升高，而混凝土表面散热较快，形成较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当温差引起的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，就会在混凝土表面产生裂缝。此外，混凝土内部的收缩变形也会导致裂缝的产生[2]。在混凝土浇筑约7天后，水泥水化热基本释放完毕，混凝土温度逐渐下降，同时混凝土中的水分蒸发也会引起体积收缩变形。由于受到地基和结构边界条件的约束，当收缩变形受到约束时，就会在混凝土中产生较大的外部约束拉应力，当该温度应力超过混凝土该龄期的抗拉强度时，就会在混凝土中产生裂缝。因此，在地铁车辆段大体积混凝土结构的设计和施工中，应充分考虑温度变化的影响，采取有效的措施控制温差和温度应力，以防止裂缝的产生和发展。

表1  各龄期砼降温的综合温差△T（t）

2.2 荷载荷重引起的裂缝

地铁车辆通过车辆段时会产生振动，对混凝土结构施加动态荷载，长期累积下来容易造成结构的疲劳破坏，进而导致裂缝的出现。地铁车辆段大体积混凝土结构载荷裂缝的形成原因主要包括外荷载和结构次应力两个方面，外荷载引起的裂缝主要是由于直接应力裂缝和次应力裂缝。直接应力裂缝是由于外部荷载引起的直接应力而产生的裂缝，如车辆、船舶的接触、撞击等。在设计中，如果对结构物的实际工作状态与常规计算有出入或计算不考虑，就会在某些部位引起次生应力导致结构开裂[3]。而次应力裂缝则是由外部荷载引起的次生应力产生的裂缝，例如，不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式等。结构次应力引起的裂缝是由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次生应力导致结构开裂。在混凝土的使用过程中，如果混凝土的实际工作状态与原先的设计假设存在较大的差异，容易使混凝土构件的某些部位引起次生应力从而使混凝土构件的开裂。

2.3 施工不当引起的裂缝

地铁车辆段大体积混凝土施工过程中，如果混凝土的配合比例不合理、振捣不均匀或养护不到位等问题，均会导致其结构强度下降，促使裂缝的产生。

混凝土的配合比例是影响其强度和耐久性的关键因素，如果配合比例不合理，例如水泥用量过多、砂石比例不当等，会导致混凝土的收缩增大，增加裂缝产生的可能性。同时配合比例不合理还会影响混凝土的承载能力和耐久性，进一步影响整个结构的安全性和稳定性。振捣不均匀也是导致裂缝产生的原因之一，浇注过程中如果振捣不充分或者不均匀，会导致混凝土内部出现孔洞、蜂窝等缺陷，这些缺陷会成为裂缝的起始点，随着时间的推移，裂缝会逐渐扩大，最终导致结构破坏。众所周知，大体积混凝土在硬化过程中需要适当的养护，包括保湿、保温等措施。如果养护不到位，会导致混凝土表面干燥、收缩增大，从而产生裂缝。此外，养护不到位还会影响混凝土内部的温度分布和应力状态，进而影响结构的强度和稳定性。

3 地铁车辆段大体积混凝土结构裂缝控制措施

3.1 优化混凝土配合比设计，减少水泥水化放热

优化混凝土配合比设计是控制地铁车辆段大体积混凝土结构裂缝的关键措施之一。合理的配合比设计能够显著降低水泥水化放热，从而减小混凝土内部的温差和应力，减少裂缝产生的可能性。

首先，在配合比设计过程中，应选择低水化热的水泥，如矿渣水泥、火山灰水泥等，这类水泥的水化热较低，可以降低混凝土内部的温度升高。同时适当调整骨料的比例，增加骨料的使用量，以增大混凝土的体积稳定性，骨料对水泥石的收缩具有缓冲作用，可以降低混凝土的收缩变形。

其次，配合比设计中还应加入适量的粉煤灰、矿粉等掺合料，这些材料可以取代部分水泥，进一步降低水化热，同时掺合料还可以改善混凝土的和易性和可泵性，提高混凝土的耐久性和稳定性。

再次，努力提高混凝土结构物的强度和耐久性，地上工程可选用28d或60d的强度为混凝土配合比设计，地下工程则应选用60d或90d的强度，大坝混凝土则应选用90d或180d的强度。为了进一步提高混凝土的坍落度和黏塑性，可以采取“双掺”工艺，即在水泥中加入适当量的I级磨细粉煤灰和减水剂，可以降低水化热。

3.2 重点控制混凝土浇筑时的作业温度

大体积混凝土浇筑期间，过高的温度会导致混凝土水化速度加快，产生过大的内外温差，进而引发裂缝。因此施工过程中应采取一系列措施来降低混凝土的作业温度。

首先，采取相应的浇水降温措施，在混凝土浇筑前对砂石骨料进行喷水降温，以降低混凝土的入模温度，同时还可以在混凝土搅拌过程中加入冰水，进一步降低混凝土的温度。

其次，合理安排施工时间，尽量避免在高温时段进行混凝土的浇筑，如果施工条件允许，可以考虑在夜间进行混凝土的浇筑，以减小昼夜温差对混凝土的影响。夏季施工作业应尽量避免在天气炎热、温度较高的条件下浇筑混凝土，防止温差加大引起的温度裂缝。冬季施工则应注意防止混凝土的冻裂现象，施工期间需密切关注当地的气象条件，尽可能准确预测可能出现的恶劣天气，并且制订好相应的应急预案[4]。

再次，采用分层浇筑的方法，将大体积混凝土分多层进行浇筑。分层浇筑是将大体积混凝土分成若干层进行浇筑，每层混凝土的厚度不宜过大，通常在50cm左右，这种浇筑方法可以加快散热速度，减小每层混凝土的温差，避免因温差过大而产生的裂缝。同时分层浇筑还有利于层与层之间的紧密结合，防止出现施工缝。分层浇筑施工中应合理安排每层混凝土的浇筑时间，确保层与层之间的紧密结合。同时还应加强温度监测和控制，及时调整浇筑顺序和速度，确保混凝土的内部温度分布均匀，减少内外温差。除分层浇筑方法外，还可以采用分段浇筑的方法，即将整个结构分成若干个小段，每段单独进行浇筑，以更好地控制每段混凝土的温差和收缩变形，减少裂缝的产生。

图1  分层浇筑示意图

3.3 合理控制车辆段运行荷载

车辆段是地铁车辆的停放、检修和保养场所，其运行荷载包括车辆自重、人员和设备重量等，这些荷载会对大体积混凝土结构产生一定的压力和应力，如果控制不当，可能会导致结构裂缝的产生。所以必须加强对车辆段运行荷载的严格控制，具体可从以下几个方面进行着手：

首先，合理规划车辆段布局。在车辆段的规划阶段，应充分考虑各种设备和车辆的布局，尽量使荷载分布均匀，避免在某一区域集中放置大量重型设备或车辆，以减少对局部结构的压力。其次，优化车辆检修和维护流程。通过合理安排车辆的检修和维护计划，可以减少对车辆段的临时和集中荷载。例如，可以采取轮流检修的方式，避免同时对大量车辆进行维护，从而减小对结构的影响。再次，控制车辆和设备重量。对于超重或超标的车辆和设备，应进行适当的减重或调整，减小单个车辆或设备对结构的压力，降低裂缝产生的风险[5]。此外，定期对车辆段的结构进行监测，及时发现潜在的裂缝或其他问题，一旦发现问题，应立即采取措施进行修复和维护，防止问题恶化。并制定并实施荷载管理制度，明确各种设备和车辆的荷载限制，并加强监督和执行，确保车辆段运行荷载在可控范围内，保护大体积混凝土结构不受过大压力。

3.4 确保混凝土的养护工作到位

养护的目的是保持混凝土表面的湿润和温度稳定，防止表面裂缝的产生，同时促进混凝土的硬化和强度增长。在混凝土浇筑完成后，应及时进行养护，并采取适当的措施，可以采取水养护、覆盖养护、防风养护及添加剂养护等多种方式。水养护的目的是保持混凝土的湿度，防止水分过早蒸发，从而促进混凝土的早期强度发展，水养护可以采用喷水、铺设湿布或覆盖保湿膜等方式进行。覆盖养护可以防止混凝土过早干燥和受到外界环境的影响，可以采用塑料薄膜、湿棉被、麻袋等材料进行。防风养护可以使用挡风板、围挡等方式。或者根据具体情况添加相应的养护剂来提高混凝土的养护效果，养护剂可以增加混凝土的湿润性和抗裂性，提高混凝土的强度和耐久性[6]。

养护时间应根据混凝土的强度要求和施工条件来确定。一般来说，大体积混凝土的养护时间不应少于14天，对于特殊要求的混凝土，养护时间可能更长。在养护期间，应特别注意混凝土的内部温度变化，防止因温度过高或过低而产生的裂缝。除了传统的湿养护方法外，还可以采用其他新型的养护方法，如真空吸水养护、喷涂养护剂等，这些方法可以提高混凝土的养护效果，减少裂缝的产生。

总之，确保地铁车辆段大体积混凝土的养护工作到位是控制结构裂缝的重要环节，通过采用适当的养护方法、合理确定养护时间等措施，可以有效地提高混凝土的强度和稳定性，减少裂缝的产生，确保工程的安全性和耐久性。

结束语

总而言之，现如今我国地铁车辆段大体积混凝土结构裂缝控制工作取得了显著的成效。通过优化混凝土配合比设计、降低水泥水化放热、合理安排施工时间和采用分层浇筑方法，有效减小了混凝土内外温差和收缩变形，提高了结构的强度和稳定性。同时，精心养护工作也发挥了重要作用，确保了混凝土表面的湿润和温度稳定，进一步降低了裂缝产生的风险。通过这些措施的综合应用，成功地控制了地铁车辆段大体积混凝土结构裂缝的产生，提高了工程的安全性和耐久性，为类似工程的施工提供了有益的经验。

参考文献

[1]温起峰.地铁车辆段施工技术应用研究[J].运输经理世界，2022，(17):14-16.

[2]他维斌，姚俊，黄辉辉.地铁大型地下停车场大体积混凝土施工与养护技术[J].建筑技术开发，2021，48(19):137-139.

[3]张良.地铁车辆段工程施工关键技术与施工管理[J].居舍，2021，(28):71-72.

[4]韩宇聪，武科，邢志豪等.地铁车站大体积混凝土结构温度效应[J].山东大学学报(工学版)，2021，51(06):93-102.

[5]陈斌.新工艺新技术在地铁车辆段施工中的有效应用分析[J].运输经理世界，2021，(19):1-3.

[6]孙建.地铁车辆段中的高支模施工技术[J].工程建设与设计，2021，(01):140-142.