城市地下通道裝配式鋪蓋法施工關(guān)鍵技術(shù)

張高鋒

(西安市政道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710000)

0 引言

隨著我國對(duì)城市建設(shè)規(guī)劃的要求越來越高,地下空間的開發(fā)利用是城市可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1-3]。下穿通道是常見的城市地下空間工程,多采用明挖法、盾構(gòu)法、淺埋暗挖法和頂管法。然而,明挖法占路較多,盾構(gòu)法施工成本較高,管棚法施工斷面為弧形,頂管法無法用于地下管線較多的建設(shè)中[4-7]。本文以實(shí)際裝配式鋪蓋法工程為背景,對(duì)裝配式鋪蓋法施工關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量、安全控制要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

1 工程概況

西稍門地下通道工程位于西關(guān)正街、豐鎬東路與勞動(dòng)南路交叉口,主通道總長17.82 m,主通道標(biāo)準(zhǔn)段總寬度為6 m,通道共7個(gè)出入口。西關(guān)正街、豐鎬東路與勞動(dòng)南路均為雙向六車道的城市主干道,交通十分繁忙(見圖1)。勞動(dòng)南路兩側(cè)建筑物密集,有天籟村大廈及開元商住高層住宅樓等多個(gè)建筑鄰近地下通道。地下通道周邊管線眾多,主要管線包含自來水管線、雨污水管線、天然氣管道等。

根據(jù)施工周圍現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,為避免大面積圍擋造成交通擁堵,本工程采用裝配式鋪蓋法緩解交通,鋪蓋布置方向如圖2陰影部分所示。地下管線較為復(fù)雜,為避免管線永久改遷的高造價(jià),采用管線原位處置技術(shù)。

2 施工工藝流程

主要施工內(nèi)容有設(shè)計(jì)、制作標(biāo)準(zhǔn)裝配式鋪蓋板、支護(hù)結(jié)構(gòu)體系施工、裝配式鋪蓋板安裝、管線原位處置等工序,具體如下:

開始→設(shè)計(jì)裝配式鋪蓋結(jié)構(gòu)體系→制作裝配式鋪蓋板→支護(hù)結(jié)構(gòu)體系施工→裝配式鋪蓋板安裝→管線懸吊裝置安裝→結(jié)束。

城市地下通道裝配式鋪蓋體系的施工工藝原理是:基于基坑支護(hù)系統(tǒng),采用裝配式鋪蓋和臨時(shí)路面結(jié)構(gòu)層作為臨時(shí)鋪蓋,在鋪蓋下方施工作業(yè)(見圖3)。臨時(shí)鋪蓋下部支撐體系為基坑圍護(hù)樁、樁間鋼支撐和樁頂冠梁組成的支護(hù)系統(tǒng),上部行車體系由焊接工字鋼梁和兩層鋼板構(gòu)成。即支護(hù)體系承擔(dān)基坑周圍土體荷載,鋪蓋體系承擔(dān)路面荷載。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 設(shè)計(jì)裝配式鋪蓋結(jié)構(gòu)體系

鋪蓋板上鋪設(shè)200 mm厚C30混凝土和50 mm厚瀝青混凝土面層。鋪蓋板由上、下面板和工字鋼梁組成。上、下面板均為Q235鋼板,厚度20 mm。工字鋼梁為Q235A材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ36c,高度360 mm、翼緣寬度140 mm,凈跨6 m,工字鋼間距372 mm一道,下穿通道頂部剖面如圖4所示。

恒載包括鋪裝及結(jié)構(gòu)(工字鋼、鋼板)自重,混凝土容重26 kN/m3,瀝青混凝土容重24 kN/m3,鋼材容重78.5 kN/m3。

活載包括汽車荷載(城-A級(jí)車輛荷載)和人群荷載(人行道4.5 kPa,計(jì)算時(shí)按規(guī)范折減)。

根據(jù)JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范的荷載組合原則進(jìn)行計(jì)算,承載能力極限狀態(tài)組合:1.0×(1.2×恒載+1.8×汽車荷載(按車輛荷載進(jìn)行計(jì)算,含沖擊系數(shù))+0.75×1.4×人群荷載+0.75×1.4×溫度荷載)。計(jì)算時(shí)汽車荷載按三車道車輛荷載進(jìn)行偏載加載,兩車間距1.3 m,兩輪間距1.8 m。人群荷載寬度按照2 m寬進(jìn)行計(jì)算。

驗(yàn)算了結(jié)構(gòu)變形以及承載能力極限狀態(tài)下最不利荷載工況工字鋼縱向受頂板、底板和腹板各項(xiàng)應(yīng)力。經(jīng)驗(yàn)算,工字鋼最大的拉(壓)應(yīng)力為143.4 MPa<190 MPa,滿足規(guī)范要求。最大剪應(yīng)力為15.4 MPa<110 MPa,滿足規(guī)范要求。通過結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算后,得到標(biāo)準(zhǔn)裝配式鋪蓋板長×寬×高尺寸為6 000 mm×2 000 mm×400 mm。如圖5—圖7所示,鋪蓋板自上而下為上面板由6 000 mm×2 000 mm×20 mm的Q235材質(zhì)鋼板制作,支撐體系由6 000 mm長的Q235材質(zhì)360 mm工字鋼制作,下面板由2 000 mm×400 mm×20 mm的Q235材質(zhì)鋼板制作,上下面板與支撐均采用滿焊連接。

3.2 制作裝配式鋪蓋

各種鋼構(gòu)件、各構(gòu)件螺栓連接孔、連接板等均按設(shè)計(jì)要求,在施工前由專門廠家加工完成。

在加工前對(duì)鋼板和工字鋼進(jìn)行質(zhì)量檢查,其表面均不允許有結(jié)疤、裂紋、折疊和分層等缺陷。并且,在焊接鋪蓋板前,取3塊～5塊上面板設(shè)置預(yù)留澆筑孔。如圖8所示,在鋼板中心處切割一個(gè)略大于泵車端頭泵管的孔洞(直徑約0.3 m),各構(gòu)件按設(shè)計(jì)要求加工好的按設(shè)計(jì)位置對(duì)應(yīng)編號(hào)。

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)體系施工

圍護(hù)樁開孔前復(fù)測(cè)一次樁位孔口高程、鉆頭直徑、場(chǎng)地平整度、鉆桿垂直度等。泥漿密度應(yīng)控制在1.3 g/cm3～1.4 g/cm3,黏度20 s～30 s,砂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)大于6%。冠梁采用分段施工,各施工段具體長度依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定,其分縫位置必須避開鋼支撐及樁頭位置且須在兩墻(樁)中心位置的1/3處。進(jìn)行內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工時(shí),由于在夏季施工,會(huì)產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力,應(yīng)及時(shí)對(duì)支撐采取降溫措施。

3.4 裝配式鋪蓋板安裝

標(biāo)準(zhǔn)鋪蓋板加工完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng),進(jìn)行測(cè)量放線,通過吊車將標(biāo)準(zhǔn)鋪蓋板放置于冠梁上。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)冠梁至路面結(jié)構(gòu)層實(shí)際厚度,可以對(duì)安裝高度進(jìn)行微調(diào)整,保證后期標(biāo)準(zhǔn)鋪蓋板面上方路面結(jié)構(gòu)層均勻一致。

鋪蓋板放置完成后對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的固定,利用限位器限制因車輛行駛時(shí)的振動(dòng)造成鋪蓋板的位移。限位器成對(duì)設(shè)置在鋪蓋板下底板上,由尺寸為20 cm×20 cm×2 cm直角三角形鋼板制成,如圖9所示。

固定結(jié)束后鋪設(shè)臨時(shí)路面結(jié)構(gòu)層,并將可調(diào)式井框蓋放置在有澆筑孔的鋪蓋板上方,設(shè)置用于澆筑混凝土的人孔澆筑井。

技術(shù)要點(diǎn)如下:

1)通過在鋪蓋板下方墊木塊,保證后期標(biāo)準(zhǔn)鋪蓋板面上方路面結(jié)構(gòu)層均勻一致。

2)其中一條直角邊與下底板焊接,另一邊與冠梁間留1 cm～2 cm的位移縫隙。

3)將鋪蓋板澆筑孔上方的瀝青去除,然后放置可調(diào)式井框蓋。

3.5 管線懸吊裝置安裝

由于地下管線改遷會(huì)增加工程成本,因此在下面板內(nèi)側(cè)設(shè)置懸吊索,用于懸吊高于下穿通道頂板高程的管線。

在鋪板安裝后進(jìn)行管線懸吊安裝,管線懸吊組合結(jié)構(gòu)包括鋼絲緊線器、吊帶、吊鉤、鋼絲繩拉索、可調(diào)節(jié)螺桿。利用φ18 mm可調(diào)節(jié)螺桿將管線懸吊于下面板上的懸吊環(huán),懸吊環(huán)的表面設(shè)有防滑螺紋。對(duì)DN600自來水管道、DN1 200雨水管道、48孔通信管道、DN300天然氣管道進(jìn)行懸吊保護(hù),根據(jù)管線的不同性質(zhì)采取相應(yīng)的懸吊措施。

技術(shù)要點(diǎn)如下:

1)通過設(shè)計(jì)方案滿足承載力要求,實(shí)施前通過模擬測(cè)試、保障各構(gòu)件間連接牢固方可實(shí)施。

2)除DN300天然氣管道,其他管線均通過增加懸吊個(gè)數(shù)增強(qiáng)穩(wěn)定性。

3)所有構(gòu)件安裝完后,通過鋼絲繩拉索和螺桿螺母調(diào)整管線標(biāo)高。

4 結(jié)語

城市地下通道裝配式鋪蓋法在西安西稍門十字地下通道建設(shè)工程施工中得到成功應(yīng)用,由于圍擋面積小,有效緩解了地面道路交通擁堵。該工法不僅適用于下穿通道,還適用于城市下穿隧道、綜合管廊、電力管道等城市地下構(gòu)筑物工程中。

此外,裝配式鋪蓋法的管線懸吊裝置,避免了管遷永久改遷造成施工速度慢、費(fèi)用高的缺點(diǎn)。采用的標(biāo)準(zhǔn)裝配式鋪蓋安全性能良好、可重復(fù)利用,施工過程環(huán)保,具有良好的社會(huì)效益。設(shè)置的人孔澆筑井,方便澆筑主體鋪蓋下方的混凝土,避免了因使用地泵澆筑速度緩慢或堵管從而造成的混凝土質(zhì)量無法保證。在一定程度上保障了鋪蓋板的限位裝置限制因車輛行駛時(shí)的振動(dòng)造成鋪蓋板的位移。