新型裝配式綜合管廊結(jié)構(gòu)預(yù)制及拼裝施工技術(shù)

鄧家勛

(成都建工路橋建設(shè)有限公司，四川成都 610091)

1 綜合管廊

地下市政公用工程服務(wù)于城市，具備清潔、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，屬于城市“里子”工程，其包括地下市政管線、共同溝(綜合管廊)等[1]。綜合管廊實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)，目的在于提升城市綜合承載能力和運(yùn)行能力，規(guī)范和擴(kuò)大城市基礎(chǔ)設(shè)施配套及供給的服務(wù)能力，具有保障市政管線安全、提高地下空間利用率、美化城市環(huán)境、避免路面重復(fù)開挖等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)新型城鎮(zhèn)化的需要。

綜合管廊于19世紀(jì)發(fā)源于歐洲，最早是在圓形排水管道內(nèi)裝設(shè)自來水、通訊等管道[2]。由于綜合管廊的建造，使城市道路路面被挖掘的次數(shù)明顯減少，坍塌及交通干擾現(xiàn)象基本被消除，同時(shí)有綜合管廊的道路路面使用壽命比一般道路路面使用壽命更長(zhǎng)，從綜合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面來看，效益明顯。

綜合管廊的建造中，除采用盾構(gòu)法和暗挖法等技術(shù)之外，大部分采用明挖現(xiàn)澆法進(jìn)行建造，其主要缺點(diǎn)是施工周期長(zhǎng)、人工需求量大、施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保壓力和安全風(fēng)險(xiǎn)大等，無法滿足“四節(jié)一環(huán)?！钡木G色建造要求。由于裝配式綜合管廊的主要構(gòu)件在工廠預(yù)制、主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)拼裝成形，整個(gè)建造過程可顯著減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，減少人工、減少污染、降低成本，可以實(shí)現(xiàn)綠色建造的目標(biāo)。國(guó)發(fā)辦[2015]61號(hào) 《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》明確指出“推進(jìn)地下綜合管廊主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，積極推廣應(yīng)用預(yù)制拼裝技術(shù)，提高工程質(zhì)量和安全水平，同時(shí)有效帶動(dòng)工業(yè)構(gòu)件生產(chǎn)、施工設(shè)備制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展”。預(yù)制拼裝技術(shù)作為綠色、環(huán)保的施工技術(shù)開始進(jìn)行廣泛的推廣和應(yīng)用。與現(xiàn)澆法比較，預(yù)制混凝土綜合管廊拼裝更能保證質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境，工程造價(jià)更低，具有廣闊的應(yīng)用前景[3-4]，潘偉、宋杰、安建良等研究了預(yù)制節(jié)段拼裝吊點(diǎn)和吊架的設(shè)置以及基坑安全的驗(yàn)算[5-8]；黃劍結(jié)合具體工程案例，比較分析了現(xiàn)澆整體和預(yù)制拼裝綜合管廊施工的差別，研究結(jié)果表明，預(yù)制拼裝綜合管廊節(jié)約材料，減低工期，土建總成本降低約9 %[9]。但由于我國(guó)綜合管廊預(yù)制拼裝技術(shù)方面的研究才剛剛起步，很多項(xiàng)目在建設(shè)過程中同時(shí)著手研究關(guān)鍵技術(shù)。

預(yù)制拼裝可以分為全預(yù)制混凝土綜合管廊和半預(yù)制混凝土綜合管廊兩種類型。全預(yù)制混凝土綜合管廊按照截面拼縫形式又分為整節(jié)段預(yù)制拼裝和分塊預(yù)制拼裝。整節(jié)段預(yù)制拼裝是按綜合管廊結(jié)構(gòu)在縱向上進(jìn)行分段，每段一次成型，在拼裝時(shí)通過承插口+預(yù)應(yīng)力筋的形式在縱向連接；分塊節(jié)段預(yù)制拼裝是將綜合管廊結(jié)構(gòu)按部位、受力等特點(diǎn)進(jìn)行分塊并預(yù)制，形成預(yù)制塊，然后將預(yù)制塊拼裝形成管段，再將管段沿縱向拼裝形成整體。

成都市青羊區(qū)“日月大道(快速路)改造工程”綜合管廊采用整段預(yù)制拼裝形式。本文對(duì)該新型裝配式綜合管廊施工工藝進(jìn)行了深入研究，就其安裝、拼接、接縫處理等工藝方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析和總結(jié)，以期為類似工程提供參考。

2 工程概況

日月大道(成溫路)是成都市中心城區(qū)計(jì)劃的“三環(huán)十六射”快速路之一，沿線分布著大量居民區(qū)、醫(yī)院、軍事科研單位、各類型企事業(yè)單位，車輛繁多、道路狹窄，經(jīng)常擁堵，給出行帶來嚴(yán)重困擾。

日月大道綜合管廊為成都市綜合管廊試點(diǎn)項(xiàng)目之一，與日月大道道路改擴(kuò)建工程同步實(shí)施，綜合管廊總長(zhǎng)7.29 km。管廊起于蘇坡支渠東側(cè)，止于清水河?xùn)|側(cè)三環(huán)路外側(cè)綠化帶內(nèi)，管廊文家下穿隧道、騰飛下穿隧道、成飛下穿隧道及鐵路西環(huán)線下穿隧道范圍分為南北兩側(cè)布置，其余段落為單側(cè)布置，圖1為綜合管廊位置圖。

圖1 工程位置

綜合管廊基本倉室類型包括以下5類：

(1)綜合倉：包含24孔10 kV電力電纜、36孔通信電纜、DN600配水管道，電力及通信均采用支架方式敷設(shè)，配水管道采用支墩方式敷設(shè)。

(2)高壓電力倉：包含8回110 kV電力電纜、4回220 kV電力電纜。

(3)輸水倉：包括DN1400輸水管道、DN400遠(yuǎn)期預(yù)留中水管道。輸水管道采用支墩方式敷設(shè)，中水管道為遠(yuǎn)期預(yù)留，僅在倉室車行通道外側(cè)側(cè)墻內(nèi)預(yù)埋豎槽。

(4)燃?xì)鈧}：包含燃?xì)夤艿纼筛?，中?次高壓)輸氣管道采用支墩方式敷設(shè)，配氣管道采用支架方式敷設(shè)。

(5)污水倉：在文家下穿隧道、騰飛下穿隧道及成飛下穿隧道范圍污水局部入廊，污水倉管道管徑DN500～DN1200，采用支墩方式敷設(shè)。

管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面類型包括：四倉A型(綜合倉+高壓電力倉+輸水倉+燃?xì)鈧})、三倉B型(污水倉+綜合倉+高壓電力倉)、三倉C型(污水倉+燃?xì)鈧}+輸水倉)、雙倉E型(綜合倉+高壓電力倉)和雙倉F型(輸水倉+燃?xì)鈧})。

3 綜合管廊管節(jié)生產(chǎn)技術(shù)

建設(shè)綜合管廊預(yù)制生產(chǎn)流水線1條，包括5個(gè)區(qū)，分別為鋼筋加工區(qū)、鋼筋籠制安區(qū)、管節(jié)生產(chǎn)區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)和成品存放區(qū)，1個(gè)運(yùn)輸調(diào)度間。

預(yù)制管節(jié)在廠內(nèi)生產(chǎn)，采用液壓式組合鋼模板系統(tǒng)，拆裝方便，減少了拼縫，同時(shí)由于模板整體穩(wěn)固，提高了構(gòu)件的外觀質(zhì)量。液壓式組合鋼模板系統(tǒng)在底座上設(shè)置滑軌，外側(cè)模通過滾輪與軌道接觸，內(nèi)模通過球頭支撐安放于底模上，在外側(cè)模安裝附著式氣動(dòng)振動(dòng)裝置，外側(cè)模在底座的滑軌上滑動(dòng)，由液壓設(shè)備提供拆裝動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了模板快速組裝和混凝土振密的液壓式組合鋼模板系統(tǒng)。模板底模安裝在基礎(chǔ)上，根據(jù)模具、構(gòu)件荷載采用30 cm厚C40鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基底地基承載力不小于0.15 MPa，對(duì)不合格地基采取換填加固措施，模板基礎(chǔ)預(yù)埋件采用焊接固定，澆筑時(shí)對(duì)預(yù)埋件的位置和高程進(jìn)行檢測(cè)，保證安裝精度。

預(yù)制管節(jié)生產(chǎn)工藝是由原材料到成品的過程中所采用的人員、機(jī)具及方法的具體體現(xiàn)，是施工技術(shù)水平的表現(xiàn)。通過對(duì)既有的預(yù)制管節(jié)生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)和完善，形成了圖2所示的管節(jié)生產(chǎn)工藝流程。

圖2 管節(jié)生產(chǎn)工藝流程

為保證鋼筋加工尺寸的精確，采用數(shù)控鋼筋加工設(shè)備進(jìn)行鋼筋加工，采用車泵澆筑混凝土，車泵架設(shè)在桁吊行駛軌道外，混凝土坍落度宜控制在16～18 cm；連續(xù)澆筑，澆筑間歇時(shí)間不超過混凝土初凝時(shí)間；混凝土分層澆筑，采用振動(dòng)棒和模板側(cè)壁附著式振動(dòng)器配合使用，振密澆筑腔內(nèi)混凝土，在底層混凝土初凝前將上層混凝土澆筑完畢，澆筑面高于模板上緣3～5 mm，便于修面?；炷翝仓瓿删婧?，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)棚進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，蒸汽養(yǎng)護(hù)分靜停、升溫、恒溫、降溫四個(gè)階段，靜停期間保持棚內(nèi)溫度不低于5 ℃，澆筑結(jié)束2.5 h且混凝土終凝后方可打開蒸汽閥門開始升溫；升溫，每小時(shí)不超過10～25 ℃，時(shí)間延續(xù)2～3 h；恒溫，普硅水泥為65 ℃，不少于6 h，相對(duì)濕度不低于90 %；降溫，控制脫模前與管廊周圍環(huán)境之間溫差不大于30 ℃ ，自然降溫時(shí)間l～2 h。

綜合管廊預(yù)制管節(jié)在過渡區(qū)溫度降至室外溫度后，待強(qiáng)度達(dá)到吊轉(zhuǎn)要求時(shí)，用桁吊和專用預(yù)制構(gòu)件吊裝翻轉(zhuǎn)裝置將預(yù)制管節(jié)吊轉(zhuǎn)至存放堆場(chǎng)，在存放堆場(chǎng)噴水養(yǎng)護(hù)。圖3為預(yù)制管節(jié)生產(chǎn)過程中吊裝翻轉(zhuǎn)。

圖3 預(yù)制管節(jié)吊裝翻轉(zhuǎn)

4 綜合管廊拼裝施工技術(shù)

預(yù)制管節(jié)寬3～7.3 m、高3～3.4 m、長(zhǎng)2.17 m，單個(gè)管節(jié)重量在19～45 t，運(yùn)輸距離為0.5～4.5 km，綜合管廊沿著現(xiàn)狀道路呈線性分布，現(xiàn)狀道路處于正常使用狀態(tài)，沿線限高為5 m，進(jìn)入施工場(chǎng)地道路寬度大于4.5 m，最小轉(zhuǎn)彎半徑大于20 m，根據(jù)這些運(yùn)輸指標(biāo)，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析采用生產(chǎn)工廠直接裝車，牽引車頭及半掛車運(yùn)輸至施工點(diǎn)進(jìn)行吊裝。

預(yù)制管節(jié)拼裝是保證綜合管廊施工質(zhì)量的關(guān)鍵，在施工中通過對(duì)施工工藝的不斷完善，形成了如圖4所示的拼裝工藝流程，預(yù)制構(gòu)件安裝允許偏差見表1所示。

圖4 預(yù)制管節(jié)拼裝施工工藝流程

表1 預(yù)制構(gòu)件安裝允許偏差

4.1 墊層施工

預(yù)制構(gòu)件安放于墊層混凝土上，該墊層作為構(gòu)件滑動(dòng)就位的平臺(tái)，在澆筑時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制墊層平整度小于2 mm，墊層混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后，在其頂面鋪設(shè)5～15 mm厚的干砂并找平。該砂墊層對(duì)預(yù)制構(gòu)件的拼裝就位起重要作用，由于構(gòu)件重量大，會(huì)與混凝土墊層產(chǎn)生較大的摩擦阻力，而砂墊層起到“潤(rùn)滑劑”的效果，極大減小了構(gòu)件滑動(dòng)過程中的摩擦阻力，同時(shí)若砂層太厚，張拉滑動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生砂墊層上擠現(xiàn)象，導(dǎo)致構(gòu)件無法準(zhǔn)確就位。

4.2 構(gòu)件就位

圖5為管節(jié)就位示意圖，在構(gòu)件承口、插口采用酚醛粘結(jié)劑黏貼安裝楔形彈性橡膠圈和遇水膨脹橡膠密封墊，密封墊沿?cái)嗝骛べN兜繞成密閉框型；拼裝時(shí)在構(gòu)件承口斜面及插口楔形橡膠圈斜面上均勻涂刷一層硅油，減小楔形膠圈與混凝土面的摩擦力，使得拼裝工作更加順利。將構(gòu)件起吊到安裝位置上方，緩慢下降至距基坑底20 cm左右，就位過程中，人工輔助調(diào)整構(gòu)件位置，保證構(gòu)件落地后軸線偏差小于10 mm且前后管節(jié)之間距離在180 mm左右，然后在構(gòu)件張拉孔內(nèi)穿精軋螺紋鋼，安裝錨墊板鎖緊螺母，用連接件將前后兩根螺紋鋼進(jìn)行連接，并在構(gòu)件后端面四角分別安裝60 t穿心式千斤頂。

圖5 管節(jié)就位示意

4.3 張拉鎖定

構(gòu)件張拉鎖定時(shí)采用張拉力控制為主，張拉速率控制為輔的控制方式，張拉力不得大于規(guī)定值。張拉時(shí)，構(gòu)件下部?jī)蓚?cè)張拉控制應(yīng)力小于25 MPa，上部張拉控制應(yīng)力為8～15 MPa，張拉控制速度為6～15 mm/min。張拉鎖定時(shí)，左右兩側(cè)千斤頂同時(shí)張拉精軋螺紋鋼，緩慢推動(dòng)構(gòu)件前進(jìn)，每前進(jìn)30 mm便暫停推進(jìn)，量測(cè)構(gòu)件內(nèi)部?jī)蓚?cè)縫寬，縫寬差應(yīng)小于0.5 mm，以免張拉過程中構(gòu)件出現(xiàn)拉偏，低頭等現(xiàn)象。構(gòu)件張拉到位后，接縫寬度在9 mm以內(nèi)，鎖緊螺母完成本次拼裝。張拉鎖定構(gòu)件須嚴(yán)格控制張拉速度、張拉力、構(gòu)件接縫寬度。

4.4 構(gòu)件連接端面水壓檢測(cè)

構(gòu)件拼裝完成后，在檢測(cè)孔安裝閉水試驗(yàn)用的進(jìn)水管，除頂端檢測(cè)孔外，其余采用螺栓封堵，然后打開進(jìn)水閥門，向密封墊之間的孔道注水，當(dāng)構(gòu)件頂部檢測(cè)孔排完空氣后(水成連續(xù)直線流出)，封堵頂面檢測(cè)孔，啟動(dòng)加壓水泵，分級(jí)加壓。檢測(cè)過程中若出現(xiàn)掉壓嚴(yán)重或接縫處明顯漏水現(xiàn)象，應(yīng)退開管節(jié)，檢查更換密封墊進(jìn)行再次拼裝直至閉水試驗(yàn)合格。圖6為連接端面水壓檢測(cè)過程。

圖6 端面水壓檢測(cè)

4.5 防水施工及基坑回填

結(jié)構(gòu)外側(cè)墻及頂板采用2 mm厚單組分固化聚氨酯防水涂料+雙層1.5 mm厚反應(yīng)型交叉膜高分子雙面防水卷材包裹，頂板采用7 cm厚C20細(xì)石混凝土保護(hù)，邊墻采用12 cm厚M5水泥砂漿砌MU10磚砌保護(hù)墻保護(hù)；結(jié)構(gòu)內(nèi)部刷水泥基滲透結(jié)晶型復(fù)合防水涂料2 mm厚；主體結(jié)構(gòu)閉水試驗(yàn)合格，張拉盒采用混凝土填充后，按要求分層回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5 預(yù)制拼裝接頭處理技術(shù)

保證綜合管廊結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性是進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的基本原則，而綜合管廊預(yù)制管節(jié)之間的連接以及綜合管廊預(yù)制管節(jié)和現(xiàn)澆段之間的連接是保證綜合管廊滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和施工技術(shù)要求的關(guān)鍵。

5.1 預(yù)制節(jié)段之間的連接

如下圖7所示，節(jié)段之間的連接采用柔性承插接口+預(yù)應(yīng)力鎖口連接技術(shù)，通過張拉JL32精軋螺紋鋼產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力壓縮密封橡膠墊，鎖定管節(jié)，將預(yù)制管節(jié)連接成整體。

圖7 預(yù)制節(jié)段之間連接結(jié)構(gòu)

承插口成型技術(shù)是保證管節(jié)質(zhì)量的關(guān)鍵。如果管節(jié)承插口制作達(dá)不到精度要求，將影響膠圈的安裝，也會(huì)造成管節(jié)間安裝困難、接縫不嚴(yán)密等現(xiàn)象。綜合管廊預(yù)制管節(jié)生產(chǎn)既要保證質(zhì)量又要使其外觀尺寸具有一致性，為達(dá)到這些要求，生產(chǎn)中通過研究和反復(fù)的試驗(yàn)，對(duì)預(yù)制管節(jié)接口采取如下技術(shù)。

5.1.1 承口、插口成型技術(shù)

根據(jù)承口幾何尺寸制作定型鋼模板，將承口做為模具的基座，安裝模具采用水準(zhǔn)儀檢測(cè)，使基座安至水平狀態(tài)。第一層混凝土澆筑，混凝土面應(yīng)比承口模板上緣高30 cm，在承口混凝土初凝前澆筑管節(jié)混凝土，這樣既能保證承口和管節(jié)的整體性，又能保證承口的幾何尺寸和平整度，在即將澆筑至插口位置時(shí)，安裝插口定型模具。

預(yù)制管節(jié)插口端面平整度直接影響拼裝的嚴(yán)密性，在綜合管廊預(yù)制管節(jié)插口端面混凝土“收汗”時(shí)人工精平，端面平整度≤3 mm。

5.1.2 防水密封技術(shù)

預(yù)制節(jié)段之間采用承插口連接，拼接縫處選用彈性橡膠(楔形橡膠圈)與遇水膨脹彈性橡膠圈制成的復(fù)合密封墊，密封墊沿縱面兜繞成密閉框型。節(jié)段安裝時(shí)對(duì)拼縫施加預(yù)加力；預(yù)制管廊接口處設(shè)置檢測(cè)孔，一方面可以做管節(jié)接縫處防水試壓用，測(cè)試管節(jié)內(nèi)外膠條防水密封性能；另一方面可以在水壓檢測(cè)合格后注入密封漿液達(dá)到雙重密封的效果；水壓檢測(cè)合格后，在相鄰兩個(gè)預(yù)制構(gòu)件的端面之間設(shè)置聚乙烯泡沫板，在其上填充雙組份聚硫密封膠，密封膠與預(yù)制構(gòu)件表面平齊。圖8為管節(jié)間防水密封結(jié)構(gòu)圖。

圖8 管節(jié)間防水密封結(jié)構(gòu)

5.2 預(yù)制段與現(xiàn)澆段接頭處理技術(shù)

綜合管廊在線性轉(zhuǎn)折處、高度變化處以及節(jié)點(diǎn)部位如通風(fēng)口、逃生口、吊裝口和集水坑等部位一般采用現(xiàn)澆方式施工，因此、為避免預(yù)制拼裝段與混凝土現(xiàn)澆段接縫處理措施不合理造成滲水、漏水現(xiàn)象以及不均勻沉降，或溫度變形造成接頭的破壞，采取專門處理措施。圖9為預(yù)制管節(jié)與現(xiàn)澆段連接設(shè)置示意圖。

圖9 預(yù)制管節(jié)與現(xiàn)澆段連接設(shè)置示意

變形縫既需要形成有效防水，又能自由伸縮變形而互不影響。在連接處預(yù)制管節(jié)端面內(nèi)預(yù)埋金屬板止水帶和橡膠止水帶，混凝土現(xiàn)澆過程中澆筑于現(xiàn)澆段內(nèi)形成有效防水，管節(jié)端面預(yù)先設(shè)置填充板，現(xiàn)澆段完成后，在預(yù)制管節(jié)與混凝土現(xiàn)澆段之間注入密封膏，密封膏與預(yù)制管節(jié)表面齊平。

6 結(jié)束語

新型綜合管廊預(yù)制拼裝施工技術(shù)是在廠區(qū)內(nèi)工業(yè)化流水作業(yè)生產(chǎn)預(yù)制管節(jié)，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組合拼裝的施工辦法，該技術(shù)生產(chǎn)機(jī)械化程度高，受自然環(huán)境影響小。

預(yù)制管節(jié)生產(chǎn)采用的是液壓式組合整體鋼模板，大量節(jié)約了周轉(zhuǎn)材料和作業(yè)人員的投入，經(jīng)濟(jì)效益明顯；采取蒸汽養(yǎng)護(hù)方式對(duì)綜合管廊預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，節(jié)約了養(yǎng)護(hù)用水；同條件、同體量情況下，預(yù)制裝配式施工工期比現(xiàn)澆混凝土縮減近45 %。

該工藝加強(qiáng)了接頭的處理，防滲漏性能好，施工質(zhì)量受人為因素影響??；同時(shí)積極響應(yīng)了國(guó)家倡導(dǎo)綠色施工、工業(yè)化生產(chǎn)、低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能降耗、可持續(xù)發(fā)展的政策，在實(shí)際運(yùn)用中取得了良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效果和社會(huì)效益，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。