成都市一環磨子橋隧道工程工業化預制拼裝設計

劉斌彬，李旭升，胡 蘇

（成都市市政工程設計研究院，四川 成都 610000）

0 引言

工業裝配式結構設計遵循“安全、實用、經濟、快捷、環?！钡脑瓌t，在安全實用的前提下，經濟合理，且施工快捷方便，可降低施工過程對交通的影響時間，減小現場澆筑等高強度現場作業，綠色環保，具有較高的推廣價值。

目前，地鐵盾構結構和橋梁結構的工業化預制拼裝技術比較成熟，但是對于市政隧道工程來說，國內僅有廈門臨港路隧道按照預制拼裝工藝進行設計。本文以成都市一環磨子橋隧道工程預制拼裝段為例，介紹了城市下穿隧道的預制拼裝結構的設計和施工，對存在的問題進行了歸納總結，為類似工程的預制拼裝設計施工提供經驗。

1 工程概況

成都市一環磨子橋隧道工程起于科華北路西側，終于紅瓦寺街東側，全長約1 280 m，框架段長920 m。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第三組，設計特征周期為0.45 s。場地的地微動卓越周期T=0.119 s。該建筑場地類別為Ⅱ類。

隧道選取其中一段進行建筑工業化預制裝配式設計。全段位于直線上，縱坡0.6%，斷面形式均為雙向5車道。框架結構最大覆土厚度為4.18 m，最小覆土厚度為3.02 m，為單向坡。截面尺寸見圖1。

圖1 裝配式結構斷面（單位：cm）

2 構件拆分方案

構件拆分需要綜合考慮結構吊裝、運輸、安裝和受力的要求，減少分塊和接縫，增強結構防水和受力的可靠性。1987年日本在仙臺地鐵工程中，采用了雙跨預制箱形結構，整個結構分頂板、底板、側壁、中柱共5個預制構件，節段長1 m，單個預制件最重約23.2 t；廈門疏港路下穿隧道[1]采用“M型頂板+W型底板”2塊式對接分法，縱向分塊長度為2 m。

綜合考慮施工快捷程度和機械的吊裝能力，本工程將結構上下一分為二，將單箱雙室框架結構從中間切開，頂底板結構尺寸完全相同，便于預制標準化，見圖2。圖3比較了每環寬度為1 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m和2 m時的結構吊裝重量，考慮施工現場龍門吊的噸位，拼裝后整環重量宜控制在250 t以內。本工程將環向尺寸設置為1.5 m，單個預制件最重約113.76 t，整環重力227.52 t。此方案接頭少，漏水概率最??；拼裝最快，工期短；拼裝對位容易，預制精度及安裝誤差可控。

圖2 構件拆分方案示意（單位：cm）

圖3 不同拆分方案環向尺度吊重

3 拼裝接頭設計

預制拼裝結構的接頭設計至關重要，對結構受力和防水等影響很大。日本仙臺地鐵縱橫向采用鋼板、螺栓、銷釘等聯結方式。廈門疏港路縱向臨時采用臨時預應力（精軋螺紋鋼），用環氧樹脂粘接，并施加永久預應力，水平縫采用環氧樹脂粘接以及預埋鋼板焊接。借鑒日本和廈門的經驗，本工程水平接頭（見圖4）采用精軋螺紋鋼和抗剪鋼箱，環向縫采用永久預應力結合環氧樹脂膠粘接?？蚣軓澗胤植家幝梢妶D5。

圖4 水平接頭位置

圖5 框架彎矩分布規律

水平接頭是整環受力的薄弱點，影響結構受力的整體性，本項目水平接頭同時設置精軋螺紋鋼和抗剪鋼箱。張拉螺紋鋼后，預埋A3鋼板，用對穿M30普通螺桿帶膠緊固，并在拼接截面設置抗剪鋼箱（見圖6、圖7）。

圖6 抗剪鋼箱

圖7 抗剪鋼箱平面圖（單位：cm）

設計通過栓接夾板抗拉、鋼箱抗剪，滿足同現澆結構等強設計的理念，滿足結構受力和抗震的要求。取縱向節段長度1.5 m，側墻厚75 cm，C50混凝土。全混凝土截面抗剪承載能力[2]:

截面豎向配置直徑20的HPB400鋼筋，間距10 cm，截面受壓區高度[2]：

截面抗彎承載能力[2]：

每1.5 m設置兩個抗剪鋼箱，抗剪承載能力[3]：

夾板厚度16 mm，間距600 mm，抗彎承載能力[3]：

由以上計算可知，即使水平處環氧樹脂失效，截面處僅有小鋼箱提供截面抗剪，鋼夾板承受彎矩，接頭仍然滿足受力要求。

環向縫設置陰陽榫齒，沉降縫端頭塊分為陽頭塊和陰頭塊。環向縫采用環氧樹脂膠，節段拼接采用臨時張拉精軋螺紋鋼，待全部固定后，張拉永久預應力鋼絞線。張拉預應力后截面壓應力為0.55 MPa，給環氧樹脂膠提供凝結壓力，同時還能很好滿足縱向整體性要求[4]。

4 防水設計及耐久性設計

預制結構與現澆結構防水均采用防水混凝土，抗滲等級不小于P10，全框架外包防水卷材。兩者防水的主要差別在于接縫的防水，包括水平縫、環向縫和沉降縫。

水平縫全部帶膠作業；迎水面上下鋼板縫隙間設置三角坡口，并粘貼遇水膨脹止水條；在螺栓孔和螺帽之間設置遇水膨脹橡膠墊圈；在夾板與既有預埋鋼板的邊緣刻槽設置遇水膨脹止水條。最后內外側鋼板上用微膨脹環氧混凝土找平預留槽，起到防水及鋼板防腐蝕的作用，見圖8。

圖8 水平縫防水示意（單位：cm）

環向縫結構內外側均采用遇水膨脹止水條，涂刷環氧樹脂，并施加縱向預應力，使截面保持0.5 MPa的永存壓力，確保環向縫不漏水，見圖9。

圖9 環向縫防水示意

沉降縫采用設置雙層止水帶的做法（見圖10）。迎水面設置紫銅片止水帶，一端預埋在預制構件中，一端伸入另一側底板預留楔形槽內。側墻和頂板采用預留槽后澆法施工。在結構背水面設置背貼式可注漿式橡膠止水帶，通過設置預留槽，并預埋鋼板及螺栓，將橡膠止水帶固定。最后立模澆筑濕接縫混凝土，新舊混凝土之間設置遇水膨脹止水條，縫隙之間設置嵌縫材料，底板底預留槽內灌注瀝青或防水材料。

圖10 沉降縫防水示意

本工程設計基準期為100 a，設計使用年限100 a。工廠化預制的混凝土密實性和可靠性有足夠的保證，結構表面全部涂刷聚氨酯防水涂料并且外包防水板，增加混凝土抗侵蝕能力，降低碳化速度，提高混凝土耐久性。接縫采用環氧樹脂膠帶膠作業，增強接縫處抗滲能力，同時隔絕大部分對橡膠有害的影響因素，提高了止水條的耐久性，保證了接縫防水的耐久性。

5 隧道施工方案

為了滿足本次下穿隧道預制構件的安裝質量要求、提高模板利用率、保證工效最優，擬定采用“M”型長線預制的工藝方式。即在預制場設置通長底模臺座，節段通過模板前移的方式在預制臺座上澆筑。澆筑時，每段節段預制起始段采用一端固定端模，一端活動端模進行澆筑外，其余節段則采用一端為活動端模，另一端為已澆的前一梁段做匹配節段進行澆筑，確保了相鄰節段匹配接縫的拼接精度，當新澆節段混凝土澆筑、養護、拆模后，模板前移把新澆筑塊作為匹配塊，完成下一節段的預制，并依此完成所有節段的預制，為提高模板使用效率和加快預制速度，在長線法預制的基礎上采用周轉側模和端模的方式進行匹配預制。具體施工過程見圖11。

6 結語

工業化預制裝配式結構設計質量可控、施工快捷便利、綠色環保，在市政隧道設計中有較高的推廣價值。成都一環磨子橋下穿隧道工程采用工業化預制裝配式結構設計，節段劃分合理、結構受力可靠、防水性能和耐久性滿足要求、施工方案可行，可為預制拼裝結構在市政下穿隧道中的應用提供參考。

圖11 隧道施工過程圖