淺談大斷面管節分段式預制工藝

谷文杰

（上海隧道工程有限公司構件分公司，上海市 200120）

1 項目簡介

1.1 項目背景

項目位于浙江省杭州市某地下連接通道（見圖1），通道全長74m，采用土壓平衡式矩形頂管機進頂管法作業施工，通道共計43節標準混凝土管節（1.5m）和現澆段結構9.5m（長邊，位于隧道兩側洞門連接處）。頂進坡度為上坡+1.68%，始發井覆土深度為5.44m，接收井位置覆土深度為4.2m。

圖1 工程應用效果

1.2 管節情況簡介

本工程頂管管節斷面形式為類矩形，管節斷面外包尺寸為10060mm×5260mm，管節壁厚700mm，節寬1500mm，單節混凝土管節重約70t。

管節采用上下兩分段式預制設計，即圖2中灰色區域為預制段，紅色區域為UHPC現場濕接法連接接頭。預制構件廠內事先采用強度等級為C50、抗滲等級P8混凝土進行分段預制，后將兩分塊送至現場使用超高性能混凝土（UHPC）完成結構連接。

圖2 管節斷面尺寸（單位：mm）

2 分段式管節預制流程簡述

因本工程的首創性與特殊性，項目實施團隊合理運用了BIM技術，從項目實際出發，運用BIM技術能夠提前模擬施工全過程，為預制構件生產及安裝保駕護航。

混凝土澆筑及鋼筋骨架加工屬常規性工藝，本文不予贅述，本工程采用兩底一模（一套內外模、一套二次澆筑立模、兩套底模），兩套底模項目初期于廠內可延遲起吊時間，保障起吊強度、增加產量；臨近頂推節點時，運至推進現場用于管節連接，設計預制分段思路見圖3。

圖3 設計預制分段思路

3 預制問題與解決

3.1 端板拆除問題

3.1.1 端板難以拆除

因本工程設計由濕接頭完成連接，管節上下兩分塊連接端頭各預留450mm的伸出鋼筋，鋼筋互相交錯均布，導出端模板難以拆除（見圖4）；而管節分段到達現場后，需要安裝進底模，進行鋼套環連接后，二次澆筑UHPC。

圖4 端板難以拆除

3.1.2 自主研發可分離式底模

針對端板難以拆除的問題，聯系專業鋼模廠商，協商開發了可分離式底模。在原有底模底部增設四根滑軌，底模可分離端可通過下部滾輪進行分離處理，底模分離后即可進行端板脫模作業，見圖5。

圖5 底模分離、端板拆除（單位：mm）

而當分段式管節放入底模后，需要對底模進行推合。底模推合到位后，再通過4根定位銷及定位套進行定位拼裝，拼裝完成后需通過M24螺栓鎖緊加強貼板，方可完成底模拼裝，見圖6。

圖6 底模分離及定位系統示意

本工程管節為類矩形管節，插口端有小鋼套環預留凹槽，而底模有外倒角，二次入模可通過鋼套環及插口端預埋槽口進行定位入模，確保管節與底模之間的精確定位。

3.2 大斷面管節翻身問題

3.2.1 管節翻身困難

本工程管節斷面尺寸達10060mm×5260mm，單節重約70t，預制廠內采用上下兩分塊設計，導致管節短邊腰側翻身孔不處于重心水平線上，翻身存在失穩危險，見圖7。

圖7 翻身工藝孔位置

3.2.2 定制式翻身架

針對本工程分段式管節的特殊性，為滿足管節翻身需要，聯合專業鋼模生產廠商，開發了針對本工程的定制式翻身架（見圖8），利用上下兩分塊的兩側腰部翻身孔加工了二合一轉接翻身軸，保障翻身過程的重心位置，滿足了翻身需求，確保了管節翻身的順利進行，形成了針對于采用分段式設計的頂管管節翻身工藝技術儲備，同時也提高了翻身行為安全性。

圖8 定制式翻身軸及翻身架

4 創新工藝點

4.1 預制構件防水體系生產創新

（1）接縫內防水

因二次澆筑拼接端口外側存在拼接縫，而UHPC與預制段C50由于混凝土密度差異及澆筑時間的先后，存在混凝土收縮情形，導致接觸截面形成滲水通道的可能。

于本工程管節在預制段與二次澆筑的UHPC段接觸面，進行了鑿毛處理，并預埋了止水條。將止水條與承口端、插口端的鋼套環閉合形成避水回路，從而滿足地下工程防水需求，見圖9。

圖9 接縫內防水體系創新

（2）接縫外防水

在二次澆筑UHPC滿足7d養護要求的齡期后，于外弧面進行了外防水涂料的涂覆，并進行了保濕養護，確保外防水體系正常，見圖10。

圖10 接縫外防水體系創新

4.2 BIM技術助力預制項目推進實施

4.2.1 項目前期BIM技術模擬生產流程

因本工程的首創性與特殊性，項目實施團隊合理運用了BIM技術，從項目實際出發，運用BIM技術能夠提前模擬施工全過程，對可預見的施工難點進行數據化模擬，編寫合理的施工專項方案。且在施工過程中運用BIM技術能夠達到實時監控進度，控制成本，優化資源配置，及時協調專業沖突，提高施工管理的效率[1]。在項目發起階段，利用BIM技術的模擬性，預先模擬了生產流程，在可視化的基礎上快速暴露生產過程中的工藝矛盾點制定解決預案，提高了與設計及施工溝通的效率，最終確定了管節分段接頭處理、鋼模的形式、管節分段預制的生產工序，并采用定制化模具，以達到管節分段預制要求。

4.2.2 項目實施階段BIM技術三維交底

在生產方案確認、實際項目生產前，項目實施團隊利用BIM技術提前建模預演重、難點工序細節，將初步確定的施工方案細節對分包進行三維交底，幫助分包單位快速領會預制方案，提高溝通效率，減少預制過程中的錯誤發生率。

4.2.3 項目實施階段BIM技術工程量匯總

項目實施團隊于項目推進期間，創新性的利用Revit等主流BIM軟件，建立了管節的LOD300精度模型（見圖11），并利用模型進行了工程量輔助統計及匯總工作。工程量統計方法的改進不僅有利于加快概預算速度、減輕概預算人員的工作量、提高概預算質量，而且對于增強審核及審定透明度都具有非常重要的意義[2]。

圖11 LOD300精度管節模型

4.3 預制生產過程精細化管理

4.3.1 生產方案落實管理

（1）生產前進行班組技術交底及技術安全專項交底

項目實施團隊于項目試生產前，技術部門及安全部門牽頭對作業班組進行分班組交底，保障項目實施過程的技術管控；針對本工程易發生的安全事故以及設備操作注意事項，對分包單位進行了安全教育。

（2）生產過程中技術跟蹤及安全落實工作

因本工程鋼模設計及防水設計的特殊化，針對生產過程中的重、難點，如分段節底模脫模、UHPC截面粘貼遇水膨脹止水條等問題，技術人員按照設計及施工要求匯總，及時跟蹤現場問題并提出合適的解決方案，以保障現場能夠繼續生產。見圖12。

圖12 試生產過程技術及安全管理跟蹤

4.3.2 作業指導書精細化管理

無論是管理環節的優化，還是企業生產成本的控制,都需要從整體上實行精細化管理。通過在生產過程中對質量、成本等諸多指標進行精細化管理，制造業預定的精細化管理效果才會得到更大范圍的實現。我司項目實施團隊根據本工程特點，針對各道工序，編制了生產作業指導書以及質量控制要求，并嚴格向班組進行了交底，確保現場人、機、料的合理調配，管控現場材料質量、減少現場材料浪費、為現場質量管理人員進行質量管理工作提供衡量指標，見圖13。

圖13 分段式管節生產指導書示意

4 結語

近些年，隨著我國經濟水平的不斷提高，隨著城市規模的不斷擴大，城市化進程的進一步加快，城市對公共基礎設施的需求不斷增加，市政工程項目越來越多。隨著城市的不斷拓張及經濟的不斷發展，機動化進程持續加快，城市交通問題日益突出。

在城市發展的交通需求劇增與道路運輸條件的限制相互矛盾的背景環境下，大斷面尺寸預制構件分段預制不僅是必行之路，更是破冰之舉。本文剖析了國內首條采用濕接法連接的分段式管節工程及新型濕接法連接接頭構想，希望能助力市政裝配式構件設計向更開放的方向發展，革新現有預制構件型式，推動超大型斷面尺寸隧道發展！