隧道分片式預(yù)制綜合管廊設(shè)計與拼裝技術(shù)

閔傳杰 劉獻偉 王能林 李鵬 金強強

（中建科技武漢有限責任公司 430400）

引言

隧道管廊的設(shè)計主要包括隧道設(shè)計和隧道內(nèi)管廊的設(shè)計，隧道內(nèi)管廊若采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，存在隧道空間較小，不易支設(shè)模板、腳手架，混凝土送料困難，施工速度慢等問題。

隧道內(nèi)分片式預(yù)制管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計是在原隧道設(shè)計的基礎(chǔ)上，對隧道內(nèi)管廊區(qū)別于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的新型的隧道管廊設(shè)計形式，節(jié)點構(gòu)造類似于裝配式建筑深化設(shè)計節(jié)點。隨著預(yù)制拼裝技術(shù)的發(fā)展，預(yù)制構(gòu)件被越來越廣泛地應(yīng)用在城市基礎(chǔ)設(shè)施當中，本文結(jié)合工程實例，詳細介紹了隧道管廊主體結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計方案，以及分片預(yù)制管廊的施工技術(shù)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

十堰市地下綜合管廊PPP項目在2015～2017年三年示范期內(nèi)于城市重點區(qū)域建設(shè)21個地下綜合管廊示范項目，新建地下管廊長度約55.4km，總投資約52.31億元，覆蓋72km2，服務(wù)人口約72萬。十堰市城市地下綜合管廊PPP項目，包含4條隧道，分別為發(fā)展大道中段隧道、風神大道隧道、火箭－東環(huán)路段隧道、天津－火箭路段隧道。

1.2 隧道管廊標準斷面

以風神大道中段為例，管廊隧道標準斷面如圖1所示。

圖1 隧道標準斷面Fig.1 Tunnel standard section

風神大道中段隧道全長約566m，充分利用隧道的斷面空間，隧道分為上、下兩層，下層為管廊空間凈高3.8m，上層為逃生、檢修、通風區(qū)域，逃生通道高度約2m。下層為天然氣艙、蒸汽艙、電力艙、給水和中水艙。

2 施工工藝的比選

結(jié)合設(shè)計文件及隧道內(nèi)作業(yè)條件，選取普通模板現(xiàn)澆、快拆模板現(xiàn)澆、疊合墻板現(xiàn)澆以及分片式預(yù)制拼裝這四種工藝進行比選分析，見表1。

表1 四種施工工藝比選Tab.1 Comparison of four kinds of construction techniques

總結(jié)上述分析，分片式預(yù)制拼裝工藝相對適合本工程管廊隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)施工，工期較短、成本合理、阻礙小利于突發(fā)狀況開展救援工作。

3 深化設(shè)計方案

3.1 設(shè)計原則及要求

1.管廊標準斷面設(shè)計原則

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838－2015）規(guī)定，綜合管廊標準斷面內(nèi)部凈高應(yīng)根據(jù)容納管線的種類、規(guī)格、數(shù)量、安裝要求等綜合確定，不宜小于2.4m。綜合管廊標準斷面內(nèi)部凈寬應(yīng)根據(jù)容納的管線種類、數(shù)量、運輸、安裝、運行、圍護等要求綜合確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）綜合管廊內(nèi)兩側(cè)設(shè)置支架或管道時，檢修通道凈寬不宜小于1.0m；單側(cè)設(shè)置支架或管道時，檢修通道凈寬不宜小于0.9m。

（2）配備檢修車的綜合管廊檢修通道寬度不宜小于2.2m。

2.節(jié)點連接設(shè)計原則

隧道分片式預(yù)制綜合管廊拼裝節(jié)點設(shè)計，借鑒了國標圖集《裝配式混凝土連接節(jié)點構(gòu)造（剪力墻）》（15G310－2）中的節(jié)點設(shè)計方法，預(yù)制墻板與現(xiàn)澆底板的連接、預(yù)制墻板與預(yù)制頂板的連接、縱向環(huán)縫之間的連接采用固接，預(yù)制頂板與隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)壁連接為鉸接，沒有改變原現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)整體性能。

3.隧道分片式預(yù)制管廊整體性

管廊內(nèi)部熱力管道水平推力、地基沉降、位移等因素的影響，對隧道預(yù)制管廊構(gòu)件拼裝的整體性提出了較高的要求，在安裝過程中采用裝配式建筑常用的灌漿套筒、螺栓連接等形式，關(guān)鍵節(jié)點處采用現(xiàn)澆能有效地保證分片式預(yù)制管廊的整體性。

3.2 預(yù)制拆分方法

對隧道管廊結(jié)構(gòu)進行預(yù)制拆分設(shè)計，將墻與板分離為單獨的構(gòu)件，以風神大道中段隧道為例，本工程隧道平面為直線，縱向劃分為單個標準的預(yù)制墻、預(yù)制板構(gòu)件，標準段內(nèi)不存在異形構(gòu)件。且隧道二襯已完成防水功能，底板下設(shè)有縱橫向排水管，預(yù)制墻板構(gòu)件間無防水要求。

底板采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，預(yù)制墻體分為a1、a2、a3構(gòu)件；預(yù)制板分為b1、b2、b3、b4構(gòu)件，如圖2所示。為了便于工廠化生產(chǎn)及運輸、吊裝，每塊構(gòu)件縱向長為2m。

3.3 節(jié)點設(shè)計及縱向環(huán)縫設(shè)計

如圖2所示，關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計有3處，分別如圖3、圖4、圖5所示。

圖2 隧道管廊內(nèi)部墻、板拆分示意圖Fig.2 Diagram of Internal Wall and Plate Splitting of Tunnel General Pipe Gallery

圖3 預(yù)制墻板與底板連接節(jié)點Fig.3 Connecting node between prefabricated wall panel and floor

圖3為預(yù)制墻體與底板相交節(jié)點。采用底板預(yù)留鋼筋，墻體預(yù)埋灌漿套筒的連接方式，此節(jié)點連接方式在裝配式建筑中有非常廣泛的應(yīng)用，能夠保證墻體的穩(wěn)定，減少濕作業(yè)，施工方便。

圖4為頂板與預(yù)制墻體的相交節(jié)點，采用預(yù)制墻與板之間節(jié)點現(xiàn)澆的形式，現(xiàn)澆截面呈“T”字形。采用此節(jié)點的優(yōu)點：特制的L形鋼角模作為支撐頂板的作用，免去了安裝頂板時的鋼管腳手架，有效改善操作空間，節(jié)省了材料。

圖5為預(yù)制邊跨板與襯砌結(jié)構(gòu)的相交節(jié)點，安裝預(yù)制邊跨板之前，已完成混凝土牛腿的施工，對于邊跨板，安裝時先在牛腿表面鋪一層水泥膠，再把預(yù)制板放置其上，即“座漿法”處理，板端頭和二襯結(jié)構(gòu)間的空隙處先填聚乙烯發(fā)泡板，然后用聚硫密封膏進行密封處理。此節(jié)點的優(yōu)點是：能大幅度較少混凝土濕作業(yè)，預(yù)制構(gòu)件安裝簡單、方便。

縱向預(yù)制墻與墻之間的連接節(jié)點大樣見圖6，在墻側(cè)面需要鍵槽；縱向預(yù)制墻與墻之間的連接鋼板螺栓連接，鋼板采用的是鍍鋅鋼板，鋼板尺寸為：510mm×100mm×10mm，預(yù)埋鋼板尺寸為100mm×100mm×10mm，螺栓為M16的螺栓，如圖7所示。

縱向預(yù)制頂板之間的連接節(jié)點大樣見圖8，在板側(cè)需要鍵槽。安裝固定后，形成一個類六邊形孔洞，然后澆筑細石混凝土。空隙處先填聚乙烯發(fā)泡板，然后用聚硫密封膏進行密封處理。

圖4 預(yù)制頂板與預(yù)制墻體連接節(jié)點Fig.4 Connecting node between prefabricated roof and prefabricated wall

圖5 預(yù)制邊跨板與襯砌結(jié)構(gòu)節(jié)點Fig.5 Prefabricated edge span plate and lining structure node

圖6 預(yù)制墻豎向接縫大樣Fig.6 Prefabricated wall vertical joint large sample

圖7 相鄰預(yù)制墻體栓接加固大樣Fig.7 Large reinforcement sample with adjacentprefabricated wall bolted

圖8 預(yù)制頂板水平接縫大樣Fig.8 Prefabricated roof horizontal seam large sample

3.4 端部與現(xiàn)澆接縫設(shè)計

預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆連接部位預(yù)留鋼筋，預(yù)留鋼筋與現(xiàn)澆部分的連接采用焊接，焊接長度不小于10d（d為焊接鋼筋的直徑），然后后澆筑高一等級的混凝土，實現(xiàn)預(yù)制與現(xiàn)澆的連接，如圖9、圖10所示。

圖9 預(yù)制墻與現(xiàn)澆部位連接節(jié)點圖Fig.9 Connecting node diagram between prefabricated wall and cast-in-place part

圖10 預(yù)制板與現(xiàn)澆部位連接節(jié)點圖Fig.10 Map of joint between prefabricated plate and cast-in-place

4 預(yù)制拼裝施工技術(shù)

將分片式預(yù)制管廊進行標準化的設(shè)計和拆分，在工廠內(nèi)進行預(yù)制，通過設(shè)計優(yōu)化的接口形式、防水密封橡膠圈和預(yù)埋螺栓鎖緊裝置，保證預(yù)制墻、板間的連接性能。現(xiàn)場用電動叉車對預(yù)制墻、板進行垂直運輸、平移等操作，加以人工輔助，實現(xiàn)管節(jié)之間拼縫對接，后澆微膨脹混凝土和鎖緊裝置完成拼裝施工。

4.1 設(shè)備選用

1.運輸車輛的選用

運輸車輛采用50t，長13m，寬3m拖車，每車根據(jù)額定載重量，計算預(yù)制構(gòu)件的理論數(shù)量，在運輸車上預(yù)先擺放固定支架用于構(gòu)件的擺放，并捆綁安全繩鎖加固。車輛行駛速度不超過40km／h，運輸寬度、高度需滿足道路限制要求。

2.安裝設(shè)備的選用

經(jīng)計算最大單塊構(gòu)件為墻（長2.0m，高3.8m，厚0.25m），重約4.75t，抬舉高度小于1.0m。最大板構(gòu)件長2.0m，寬4.525m，厚0.2m，重約4.525t，抬舉高度小于4.0m，使用電動叉車可滿足運輸及安裝要求。另外，采用額定起重量12t的汽車吊也可在隧道內(nèi)進行吊裝作業(yè)。

4.2 拼裝工藝

1.工藝流程

安裝工藝流程：側(cè)墻安裝→邊跨板安裝→中隔墻安裝→中跨板安裝→墻體間螺栓連接→混凝土澆筑→細部處理。安裝順序如圖11所示。

圖11 安裝順序示意Fig.11 Installation Sequence Diagram

2.安裝方法及施工要點（1）側(cè)墻的安裝施工方法

運輸車輛停到指定位置，運輸工人解除運輸固定繃帶，用汽車吊進行卸車，然后用叉車將預(yù)制墻運輸?shù)近c進行安裝，預(yù)制墻體頂部預(yù)留4個φ30的孔洞，用于穿入平衡桿，便于叉車運輸，墻體兩側(cè)預(yù)埋有用于臨時支撐用的M20螺母，以保證墻體安裝時垂直平穩(wěn)。

圖12 側(cè)墻臨時支撐示意Fig.12 Sketch map of temporary support for side wall

側(cè)墻與底板的連接采用灌漿套筒連接，灌漿套筒的應(yīng)用技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)非常成熟，在裝配式建筑結(jié)構(gòu)中有廣泛的應(yīng)用，能有效保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）邊跨板安裝施工方法

側(cè)墻安裝完成后，可進行邊跨板的安裝，邊跨板一端支在特制鋼角模上，另一端支在鋼筋混凝土牛腿上。牛腿端預(yù)制板下預(yù)先填充C40座漿，外用PE棒及密封膏進行封堵，側(cè)邊空缺處填入細石混凝土。

圖13 邊跨板安裝示意Fig.13 Schematic diagram of side span plate installation

（3）中隔墻及中跨板的安裝施工方法

預(yù)制墻體采用斜支撐進行臨時固定，分別安裝在預(yù)制外墻兩個面上，每一面預(yù)埋有4個臨時支撐用的螺母，斜支撐采用Q235外徑60mm、壁厚2.5mm的鋼管，輔以吊車進行斜支撐的安裝。斜支撐還可用于調(diào)整構(gòu)件安裝垂直度，待垂直度滿足要求后緊固斜支撐。

當中隔墻支撐固定完成后，將墻體頂部兩側(cè)用螺栓將特制的鋼角模進行固定，再將中跨板擱在鋼角模上，綁扎安裝縱筋，最后進行混凝土澆筑。

圖14 中隔墻與中跨板安裝示意Fig.14 Installation diagram of middle partition wall and mid span plate

（4）螺栓緊固施工及耐久性措施

墻和板同時完成一環(huán)段安裝后，再進行下一環(huán)段的安裝。縱向墻體之間連接采用凹企口及螺栓緊固的方式，兩塊墻體的凹形企口組成類六邊形，待用螺栓將鋼板拴緊后，往里面灌注混凝土。

本項目中連接鋼板采用的是鍍鋅鋼板，鍍鋅鋼板具有很好的防腐蝕、防銹性能。為了增加墻與墻、板與板之間鋼板螺栓連接的耐久性，可采用開口銷與槽形螺母或止動墊圈與螺母防止螺栓發(fā)生機械松動。

（5）注漿和混凝土澆筑

灌漿料適合在5℃ ～40℃環(huán)境下使用，漿體出機溫度應(yīng)控制在5℃ ～30℃；環(huán)境溫度低于5℃時，需使用低溫型灌漿料，并輔以加熱保溫措施。

采用機械灌漿，用塞子先將下排灌漿孔封堵，灌漿時待漿料從上排出漿孔溢出后逐個進行封堵。要求注漿連續(xù)進行，每次拌制的漿料需在30min內(nèi)用完。

對墻、板的橫向及縱向后澆部位、預(yù)留企口部位進行混凝土澆筑，混凝土均采用高一等級的微膨脹細石混凝土。混凝土澆筑完后，及時進行養(yǎng)護。

（6）細部處理

邊跨板與牛腿支座之間的縫隙用PE棒及密封膏進行封堵，縱向墻與墻、板與板之間的縫隙，采用聚乙烯發(fā)泡填縫板和聚硫密封膏進行封堵。

5 結(jié)語

采用隧道分片式預(yù)制施工技術(shù)，標準化的結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計使構(gòu)件便于運輸和吊裝，施工作業(yè)面大、構(gòu)件安裝速度快，實現(xiàn)了工程施工的高效率、低風險。在管廊隧道施工中，這種工藝將得到越來越廣泛地應(yīng)用，本文的成果將為隧道分片式預(yù)制綜合管廊的推廣應(yīng)用提供參考。