新型裝配式綜合管廊結構預制及拼裝施工技術

鄧家勛

(成都建工路橋建設有限公司，四川成都 610091)

1 綜合管廊

地下市政公用工程服務于城市，具備清潔、高效運轉的特點，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]。綜合管廊實施統一規劃、設計、施工和維護，目的在于提升城市綜合承載能力和運行能力，規范和擴大城市基礎設施配套及供給的服務能力，具有保障市政管線安全、提高地下空間利用率、美化城市環境、避免路面重復開挖等優點，是我國新型城鎮化的需要。

綜合管廊于19世紀發源于歐洲，最早是在圓形排水管道內裝設自來水、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明顯減少，坍塌及交通干擾現象基本被消除，同時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，從綜合技術及經濟方面來看，效益明顯。

綜合管廊的建造中，除采用盾構法和暗挖法等技術之外，大部分采用明挖現澆法進行建造，其主要缺點是施工周期長、人工需求量大、施工現場環保壓力和安全風險大等，無法滿足“四節一環保”的綠色建造要求。由于裝配式綜合管廊的主要構件在工廠預制、主體結構現場拼裝成形，整個建造過程可顯著減少現場濕作業，減少人工、減少污染、降低成本，可以實現綠色建造的目標。國發辦[2015]61號 《國務院辦公廳關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》明確指出“推進地下綜合管廊主體結構構件標準化，積極推廣應用預制拼裝技術，提高工程質量和安全水平，同時有效帶動工業構件生產、施工設備制造等相關產業發展”。預制拼裝技術作為綠色、環保的施工技術開始進行廣泛的推廣和應用。與現澆法比較，預制混凝土綜合管廊拼裝更能保證質量、保護環境，工程造價更低，具有廣闊的應用前景[3-4]，潘偉、宋杰、安建良等研究了預制節段拼裝吊點和吊架的設置以及基坑安全的驗算[5-8]；黃劍結合具體工程案例，比較分析了現澆整體和預制拼裝綜合管廊施工的差別，研究結果表明，預制拼裝綜合管廊節約材料，減低工期，土建總成本降低約9 %[9]。但由于我國綜合管廊預制拼裝技術方面的研究才剛剛起步，很多項目在建設過程中同時著手研究關鍵技術。

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

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

2 工程概況

日月大道(成溫路)是成都市中心城區計劃的“三環十六射”快速路之一，沿線分布著大量居民區、醫院、軍事科研單位、各類型企事業單位，車輛繁多、道路狹窄，經常擁堵，給出行帶來嚴重困擾。

日月大道綜合管廊為成都市綜合管廊試點項目之一，與日月大道道路改擴建工程同步實施，綜合管廊總長7.29 km。管廊起于蘇坡支渠東側，止于清水河東側三環路外側綠化帶內，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線下穿隧道范圍分為南北兩側布置，其余段落為單側布置，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，配水管道采用支墩方式敷設。

(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遠期預留中水管道。輸水管道采用支墩方式敷設，中水管道為遠期預留，僅在倉室車行通道外側側墻內預埋豎槽。

(4)燃氣倉：包含燃氣管道兩根，中壓(次高壓)輸氣管道采用支墩方式敷設，配氣管道采用支架方式敷設。

(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。

管廊標準斷面類型包括：四倉A型(綜合倉+高壓電力倉+輸水倉+燃氣倉)、三倉B型(污水倉+綜合倉+高壓電力倉)、三倉C型(污水倉+燃氣倉+輸水倉)、雙倉E型(綜合倉+高壓電力倉)和雙倉F型(輸水倉+燃氣倉)。

3 綜合管廊管節生產技術

建設綜合管廊預制生產流水線1條，包括5個區，分別為鋼筋加工區、鋼筋籠制安區、管節生產區、養護區和成品存放區，1個運輸調度間。

預制管節在廠內生產，采用液壓式組合鋼模板系統，拆裝方便，減少了拼縫，同時由于模板整體穩固，提高了構件的外觀質量。液壓式組合鋼模板系統在底座上設置滑軌，外側模通過滾輪與軌道接觸，內模通過球頭支撐安放于底模上，在外側模安裝附著式氣動振動裝置，外側模在底座的滑軌上滑動，由液壓設備提供拆裝動力，實現了模板快速組裝和混凝土振密的液壓式組合鋼模板系統。模板底模安裝在基礎上，根據模具、構件荷載采用30 cm厚C40鋼筋混凝土基礎，基底地基承載力不小于0.15 MPa，對不合格地基采取換填加固措施，模板基礎預埋件采用焊接固定，澆筑時對預埋件的位置和高程進行檢測，保證安裝精度。

預制管節生產工藝是由原材料到成品的過程中所采用的人員、機具及方法的具體體現，是施工技術水平的表現。通過對既有的預制管節生產工藝不斷改進和完善，形成了圖2所示的管節生產工藝流程。

圖2 管節生產工藝流程

為保證鋼筋加工尺寸的精確，采用數控鋼筋加工設備進行鋼筋加工，采用車泵澆筑混凝土，車泵架設在桁吊行駛軌道外，混凝土坍落度宜控制在16～18 cm；連續澆筑，澆筑間歇時間不超過混凝土初凝時間；混凝土分層澆筑，采用振動棒和模板側壁附著式振動器配合使用，振密澆筑腔內混凝土，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婧螅捎谜羝B護棚進行蒸汽養護，蒸汽養護分靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段，靜停期間保持棚內溫度不低于5 ℃，澆筑結束2.5 h且混凝土終凝后方可打開蒸汽閥門開始升溫；升溫，每小時不超過10～25 ℃，時間延續2～3 h；恒溫，普硅水泥為65 ℃，不少于6 h，相對濕度不低于90 %；降溫，控制脫模前與管廊周圍環境之間溫差不大于30 ℃ ，自然降溫時間l～2 h。

綜合管廊預制管節在過渡區溫度降至室外溫度后，待強度達到吊轉要求時，用桁吊和專用預制構件吊裝翻轉裝置將預制管節吊轉至存放堆場，在存放堆場噴水養護。圖3為預制管節生產過程中吊裝翻轉。

圖3 預制管節吊裝翻轉

4 綜合管廊拼裝施工技術

預制管節寬3～7.3 m、高3～3.4 m、長2.17 m，單個管節重量在19～45 t，運輸距離為0.5～4.5 km，綜合管廊沿著現狀道路呈線性分布，現狀道路處于正常使用狀態，沿線限高為5 m，進入施工場地道路寬度大于4.5 m，最小轉彎半徑大于20 m，根據這些運輸指標，通過經濟技術分析采用生產工廠直接裝車，牽引車頭及半掛車運輸至施工點進行吊裝。

預制管節拼裝是保證綜合管廊施工質量的關鍵，在施工中通過對施工工藝的不斷完善，形成了如圖4所示的拼裝工藝流程，預制構件安裝允許偏差見表1所示。

圖4 預制管節拼裝施工工藝流程

表1 預制構件安裝允許偏差

4.1 墊層施工

預制構件安放于墊層混凝土上，該墊層作為構件滑動就位的平臺，在澆筑時應嚴格控制墊層平整度小于2 mm，墊層混凝土達到強度要求后，在其頂面鋪設5～15 mm厚的干砂并找平。該砂墊層對預制構件的拼裝就位起重要作用，由于構件重量大，會與混凝土墊層產生較大的摩擦阻力，而砂墊層起到“潤滑劑”的效果，極大減小了構件滑動過程中的摩擦阻力，同時若砂層太厚，張拉滑動時，將產生砂墊層上擠現象，導致構件無法準確就位。

4.2 構件就位

圖5為管節就位示意圖，在構件承口、插口采用酚醛粘結劑黏貼安裝楔形彈性橡膠圈和遇水膨脹橡膠密封墊，密封墊沿斷面黏貼兜繞成密閉框型；拼裝時在構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，人工輔助調整構件位置，保證構件落地后軸線偏差小于10 mm且前后管節之間距離在180 mm左右，然后在構件張拉孔內穿精軋螺紋鋼，安裝錨墊板鎖緊螺母，用連接件將前后兩根螺紋鋼進行連接，并在構件后端面四角分別安裝60 t穿心式千斤頂。

圖5 管節就位示意

4.3 張拉鎖定

構件張拉鎖定時采用張拉力控制為主，張拉速率控制為輔的控制方式，張拉力不得大于規定值。張拉時，構件下部兩側張拉控制應力小于25 MPa，上部張拉控制應力為8～15 MPa，張拉控制速度為6～15 mm/min。張拉鎖定時，左右兩側千斤頂同時張拉精軋螺紋鋼，緩慢推動構件前進，每前進30 mm便暫停推進，量測構件內部兩側縫寬，縫寬差應小于0.5 mm，以免張拉過程中構件出現拉偏，低頭等現象。構件張拉到位后，接縫寬度在9 mm以內，鎖緊螺母完成本次拼裝。張拉鎖定構件須嚴格控制張拉速度、張拉力、構件接縫寬度。

4.4 構件連接端面水壓檢測

構件拼裝完成后，在檢測孔安裝閉水試驗用的進水管，除頂端檢測孔外，其余采用螺栓封堵，然后打開進水閥門，向密封墊之間的孔道注水，當構件頂部檢測孔排完空氣后(水成連續直線流出)，封堵頂面檢測孔，啟動加壓水泵，分級加壓。檢測過程中若出現掉壓嚴重或接縫處明顯漏水現象，應退開管節，檢查更換密封墊進行再次拼裝直至閉水試驗合格。圖6為連接端面水壓檢測過程。

圖6 端面水壓檢測

4.5 防水施工及基坑回填

結構外側墻及頂板采用2 mm厚單組分固化聚氨酯防水涂料+雙層1.5 mm厚反應型交叉膜高分子雙面防水卷材包裹，頂板采用7 cm厚C20細石混凝土保護，邊墻采用12 cm厚M5水泥砂漿砌MU10磚砌保護墻保護；結構內部刷水泥基滲透結晶型復合防水涂料2 mm厚；主體結構閉水試驗合格，張拉盒采用混凝土填充后，按要求分層回填至設計標高。

5 預制拼裝接頭處理技術

保證綜合管廊結構的安全性、適用性和耐久性是進行設計和施工的基本原則，而綜合管廊預制管節之間的連接以及綜合管廊預制管節和現澆段之間的連接是保證綜合管廊滿足結構設計要求和施工技術要求的關鍵。

5.1 預制節段之間的連接

如下圖7所示，節段之間的連接采用柔性承插接口+預應力鎖口連接技術，通過張拉JL32精軋螺紋鋼產生預應力壓縮密封橡膠墊，鎖定管節，將預制管節連接成整體。

圖7 預制節段之間連接結構

承插口成型技術是保證管節質量的關鍵。如果管節承插口制作達不到精度要求，將影響膠圈的安裝，也會造成管節間安裝困難、接縫不嚴密等現象。綜合管廊預制管節生產既要保證質量又要使其外觀尺寸具有一致性，為達到這些要求，生產中通過研究和反復的試驗，對預制管節接口采取如下技術。

5.1.1 承口、插口成型技術

根據承口幾何尺寸制作定型鋼模板，將承口做為模具的基座，安裝模具采用水準儀檢測，使基座安至水平狀態。第一層混凝土澆筑，混凝土面應比承口模板上緣高30 cm，在承口混凝土初凝前澆筑管節混凝土，這樣既能保證承口和管節的整體性，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，安裝插口定型模具。

預制管節插口端面平整度直接影響拼裝的嚴密性，在綜合管廊預制管節插口端面混凝土“收汗”時人工精平，端面平整度≤3 mm。

5.1.2 防水密封技術

預制節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合密封墊，密封墊沿縱面兜繞成密閉框型。節段安裝時對拼縫施加預加力；預制管廊接口處設置檢測孔，一方面可以做管節接縫處防水試壓用，測試管節內外膠條防水密封性能；另一方面可以在水壓檢測合格后注入密封漿液達到雙重密封的效果；水壓檢測合格后，在相鄰兩個預制構件的端面之間設置聚乙烯泡沫板，在其上填充雙組份聚硫密封膠，密封膠與預制構件表面平齊。圖8為管節間防水密封結構圖。

圖8 管節間防水密封結構

5.2 預制段與現澆段接頭處理技術

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

圖9 預制管節與現澆段連接設置示意

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。在連接處預制管節端面內預埋金屬板止水帶和橡膠止水帶，混凝土現澆過程中澆筑于現澆段內形成有效防水，管節端面預先設置填充板，現澆段完成后，在預制管節與混凝土現澆段之間注入密封膏，密封膏與預制管節表面齊平。

6 結束語

新型綜合管廊預制拼裝施工技術是在廠區內工業化流水作業生產預制管節，運輸至施工現場進行組合拼裝的施工辦法，該技術生產機械化程度高，受自然環境影響小。

預制管節生產采用的是液壓式組合整體鋼模板，大量節約了周轉材料和作業人員的投入，經濟效益明顯；采取蒸汽養護方式對綜合管廊預制構件進行養護，節約了養護用水；同條件、同體量情況下，預制裝配式施工工期比現澆混凝土縮減近45 %。

該工藝加強了接頭的處理，防滲漏性能好，施工質量受人為因素影響小；同時積極響應了國家倡導綠色施工、工業化生產、低碳經濟、節能降耗、可持續發展的政策，在實際運用中取得了良好的技術、經濟、環保效果和社會效益，具有一定的推廣應用價值。