城市軌道交通盾構(gòu)區(qū)間預(yù)埋尼龍?zhí)坠芗夹g(shù)研究

郭桃明 陳成陽(yáng)

(1.深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518026;2.珠海大橫琴口岸建設(shè)開發(fā)有限公司，廣東珠海 519000)

隨著城市軌道交通建設(shè)周期縮短，為減少區(qū)間施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，區(qū)間多采用盾構(gòu)法施工。軌道交通區(qū)間存在大量需固定的管線，傳統(tǒng)在混凝土管片植入錨固技術(shù)帶來(lái)的混凝土結(jié)構(gòu)受損、耐久性降低、工效低下、安裝質(zhì)量無(wú)法保證、安裝部件移位困難、工作條件惡劣等諸多不利因素，并給運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了長(zhǎng)期的隱患。在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置預(yù)埋件代替后期植筋、打膨脹螺栓等施工方法，提高設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量、精度，使得設(shè)計(jì)及施工理念由粗放走向精細(xì)化。預(yù)留預(yù)埋技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外建設(shè)工程安裝工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的趨勢(shì)，此技術(shù)在確保混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性、提高安裝效率、零噪聲和零粉塵等方面效果顯著，使得該技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外民用建筑、公路與鐵路工程、水利工程、電力工程、核工業(yè)等各類項(xiàng)目中，國(guó)外部分城市軌道交通工程的部分安裝項(xiàng)目已采用了此技術(shù)。地鐵工程預(yù)留預(yù)埋技術(shù)大致可分為兩類:預(yù)埋尼龍?zhí)坠芎皖A(yù)埋滑槽。尼龍?zhí)坠芊桨甘菍⒛猃埜叻肿硬牧现瞥傻奶坠軡仓诨炷翗?gòu)件內(nèi)，通過螺栓連接構(gòu)件與混凝土結(jié)構(gòu)。目前廣深地區(qū)盾構(gòu)管片多采用通用環(huán)，通用環(huán)混凝土管片存在楔形量，為配合線路曲線和盾構(gòu)管片縱向無(wú)通縫的要求需不停地對(duì)管片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致管片在施工過程中環(huán)向位置不確定。盾構(gòu)管片預(yù)埋位置較明挖區(qū)間和車站預(yù)埋更加難以定位，定位工藝要求高，工效較低。

1 區(qū)間管片受力情況

1.1 區(qū)間荷載情況

盾構(gòu)管片固定強(qiáng)電電纜、疏散平臺(tái)、電信管線等各種管線和設(shè)備，經(jīng)分析盾構(gòu)管片所受附加外荷載主要為強(qiáng)電電纜自重荷載、疏散平臺(tái)自重荷載及其上的活荷載。強(qiáng)電電纜自重荷載1.51 kN/m、疏散平臺(tái)自重荷載 2.0 kN/m、疏散平臺(tái)活荷載6.8 kN/m。廣深地區(qū)盾構(gòu)管片環(huán)寬為1.5 m，高壓、低壓及弱電電纜支架間距按相關(guān)規(guī)定通常為1 m，需增加轉(zhuǎn)換支架，荷載約為0.5 kN/m。盾構(gòu)管片與連接螺栓在外荷載作用下可能產(chǎn)生的破壞為:1)外荷載為盾構(gòu)管片切線方向時(shí)，盾構(gòu)管片沿連接螺栓局部受壓破壞;2)外荷載為盾構(gòu)管片法線方向時(shí)，盾構(gòu)管片手孔邊緣位置受沖切破壞;3)在外荷載較大時(shí)，連接螺栓同時(shí)受拉與受剪破壞。經(jīng)計(jì)算分析最大受力為沿管片切向，單點(diǎn)最大荷載為20.96 kN。

1.2 預(yù)埋件承載力

為保證預(yù)埋尼龍?zhí)坠艹休d力可滿足工程需要，對(duì)市場(chǎng)上尼龍?zhí)坠苓M(jìn)行了測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，尼龍?zhí)坠芤?guī)格為M8，M10，M12，單個(gè)抗拔力分別為14 kN，20 kN，28 kN，破壞狀態(tài)為金屬螺桿從尼龍?zhí)坠苤谢洌茨猃執(zhí)坠芷茐摹Ｄ猃執(zhí)坠芤?guī)格為M28時(shí)，單點(diǎn)抗拔力為296 kN，破壞狀態(tài)為混凝土破壞。尼龍?zhí)坠芨邷乩匣蜐駸崂匣療o(wú)變形無(wú)變色，垂直燃燒級(jí)別符合V-1級(jí)要求。尼龍?zhí)坠躆8雙點(diǎn)可滿足極限要求，M12單點(diǎn)可滿足承載力和耐久性的要求。

2 尼龍?zhí)坠茴A(yù)埋方案

2.1 尼龍?zhí)坠芏ㄎ辉O(shè)計(jì)

本工程盾構(gòu)管片為廣深地區(qū)常用的通用環(huán)，管片寬度為1.5 m。盾構(gòu)管片由3塊標(biāo)準(zhǔn)塊和2塊相鄰塊及1塊封頂塊組成，同一環(huán)管片大小不一致且有楔形量。由于盾構(gòu)區(qū)間多非直線型，存在著平面曲線和豎向曲線，施工過程中需不斷旋轉(zhuǎn)管片以匹配線路走向;同時(shí)根據(jù)盾構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范的要求，區(qū)間縱向不得出現(xiàn)通縫，即使為直線型線路也需要不斷旋轉(zhuǎn)管片。所以盾構(gòu)管片預(yù)埋尼龍?zhí)坠苄杞鉀Q管片旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的位置變化的問題。根據(jù)管片限界圖，實(shí)際需要布置螺栓的位置相對(duì)較少，一環(huán)標(biāo)準(zhǔn)管片一般需要布置14個(gè)固定點(diǎn)(見圖1)。經(jīng)研究，雖然盾構(gòu)管片環(huán)在施工過程中需不斷旋轉(zhuǎn)，但管片環(huán)間連接螺栓的連線和線路走向一致，故預(yù)埋尼龍?zhí)坠芪恢煤凸芷v向連接螺栓位置成為解決問題的關(guān)鍵。預(yù)埋套管若要保證相鄰套管在縱向成平行直線、方便設(shè)備安裝，需在每環(huán)管片上都預(yù)埋套管，且套管間的圓心角應(yīng)為模數(shù)。盾構(gòu)管片縱向連接螺栓為10個(gè)，即螺栓間角度為36°。若尼龍?zhí)坠墉h(huán)向間距為 36 的約數(shù)(即 3°，6°，9°，12°，18°)，無(wú)論管片如何旋轉(zhuǎn)，都能保證環(huán)向尼龍?zhí)坠芪恢貌蛔儭＝?jīng)比較，12°和18°與區(qū)間疏散平臺(tái)和強(qiáng)電電纜較難匹配;3°富余量過大;6°和9°與支架錨固點(diǎn)之間匹配度較好，6°富余量稍大，故采用9°(見圖1)。在管片環(huán)圓周每9°預(yù)埋套管，一環(huán)管片需布置40個(gè)尼龍?zhí)坠堋Ｈ舨捎秒p排布置(并列或梅花形布置)，一環(huán)管片需布置80個(gè)尼龍?zhí)坠堋?/p>

圖1 尼龍?zhí)坠茴A(yù)埋定位圖

2.2 尼龍?zhí)坠茴A(yù)埋定位

尼龍?zhí)坠茉诂F(xiàn)澆混凝土預(yù)埋定位精度控制一直是工程界的難題，且由于鋼筋混凝土管片不同埋深配筋不同，同時(shí)管片鋼筋網(wǎng)片間距較大，難于將尼龍?zhí)坠苤苯咏壴阡摻罹W(wǎng)片上;同時(shí)直接綁扎定位精度差和工效低。借鑒我公司在接觸軌支架底座現(xiàn)澆混凝土預(yù)埋尼龍?zhí)坠苁┕r(shí)，制作的簡(jiǎn)易預(yù)埋尼龍?zhí)坠苣＞叩某墒旖?jīng)驗(yàn)，需在管片內(nèi)側(cè)提供精確的尼龍?zhí)坠芄潭c(diǎn)，故只能在管片鋼模板上設(shè)置尼龍?zhí)坠芄潭菟āＤ壳巴ㄓ玫亩軜?gòu)管片預(yù)制鋼模板內(nèi)部無(wú)提供定位點(diǎn)的條件，需在鋼模板中焊接螺栓來(lái)定位尼龍?zhí)坠堋?/p>

2.3 尼龍?zhí)坠芙嵌?/h3>

若按徑向設(shè)置尼龍?zhí)坠埽瑒t可保證尼龍?zhí)坠芡獠亢蛢?nèi)部均可以完美重合。在管片預(yù)制養(yǎng)護(hù)后，從管片鋼模板吊離時(shí)，管片為垂直運(yùn)輸，而管片上的尼龍?zhí)坠転閺较蛟O(shè)置，非豎直設(shè)置，使得管片和模板之間形成夾持，無(wú)法吊離。為保證預(yù)制鋼筋混凝土管片正常垂直吊離，則需將所有尼龍?zhí)坠茴A(yù)埋方向調(diào)整為與管片內(nèi)弦垂直方向。故管片徑向與尼龍?zhí)坠墚a(chǎn)生夾角，弧度越長(zhǎng)的管片(標(biāo)準(zhǔn)塊)邊緣的尼龍?zhí)坠芎凸芷瑥较虻膴A角越大。當(dāng)尼龍?zhí)坠墉h(huán)向間距9°時(shí)，夾角約為31.5°。調(diào)整尼龍?zhí)坠芙嵌群螅蓾M足預(yù)埋尼龍?zhí)坠艿幕炷凉芷蹼x鋼模板的需要。

3 造價(jià)比較

根據(jù)市場(chǎng)詢價(jià)，M12尼龍?zhí)坠軆r(jià)格為21元/個(gè)(共40個(gè))，鋅鎳滲層白螺栓28.94元/個(gè)(共20個(gè))，一環(huán)管片上螺栓和套管造價(jià)約為1 418.8元/環(huán)管片(不含安裝施工的人工費(fèi))，即946元/m。而采用預(yù)埋尼龍?zhí)坠芎螅瑓^(qū)間增加了轉(zhuǎn)換梯式支架，綜合單價(jià)增加為680元/m，即采用尼龍?zhí)坠芊桨冈靸r(jià)約為1 626元/m。傳統(tǒng)的區(qū)間隧道管片采用鉆孔、化學(xué)錨栓和膨脹螺栓，其造價(jià)約為1 500元/延米，兩者造價(jià)幾無(wú)差異。

4 結(jié)語(yǔ)

考慮到盾構(gòu)管片具有100年安全使用年限要求，管片上需要安裝的設(shè)備多而雜，各種設(shè)備的安裝要求不同，采用預(yù)埋尼龍?zhí)坠茌^傳統(tǒng)的植入錨固施工更為安全，且造價(jià)相差無(wú)幾;同時(shí)可滿足后期新設(shè)設(shè)備的需要。本文結(jié)合工程實(shí)踐和前期研究，提出了每環(huán)環(huán)向平均分布40個(gè)尼龍?zhí)坠?間距9°)的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)提出了改造既有設(shè)備滿足高精度的定位要求，并對(duì)尼龍?zhí)坠懿捎么怪庇诠芷瑑?nèi)弦的細(xì)部處理方案，為類似項(xiàng)目提供了借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

［1］李澤源.對(duì)工程預(yù)埋件施工工藝的探索［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2008(10)：849-850.

［2］戚海剛.保證鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件預(yù)埋施工質(zhì)量的探討［J］.山西建筑，2007，33(2)：240-241.

［3］時(shí)洪寶，孟慶利.淺議建筑預(yù)埋件施工方法［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009(11)：38.

［4］賈永賓，呂會(huì)喜，王麗麗.高精度大預(yù)埋件的制作與施工技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2008(S1)：318-319.