長(zhǎng)節(jié)段大噸位預(yù)制拼裝綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

胡玉龍

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

綜合管廊預(yù)制拼裝是一種工廠化生產(chǎn)，裝配化施工的綠色建造工藝[1]。受制于管廊容納管線的種類及數(shù)量，標(biāo)準(zhǔn)斷面的艙室數(shù)量及尺寸差異較大，標(biāo)準(zhǔn)斷面的參數(shù)化及模數(shù)化難以保證；同時(shí)管廊平面需沿線設(shè)置較多通風(fēng)、吊裝及逃生等功能節(jié)點(diǎn)，且各功能節(jié)點(diǎn)難以做到集中布置，導(dǎo)致有效的標(biāo)準(zhǔn)斷面占比較小。對(duì)于綜合管廊預(yù)制拼裝工程，標(biāo)準(zhǔn)斷面的非模數(shù)化及小占比不僅降低了模具周轉(zhuǎn)次數(shù)，而且安裝設(shè)備需多次轉(zhuǎn)場(chǎng)避讓現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致工程的綜合效益較低。

1 工程背景

綜合管廊工程為4 艙矩形斷面，管廊容納給水（DN500）、配水（DN200）、再生水（DN300）、220 kV電力（2 回）、110 kV 電力（9 回）、10 kV 電力（32回）、通信（32 孔）、次高壓燃?xì)猓―N400）、中壓燃?xì)猓―N350）及自用管線。綜合管廊艙室從左至右依次為燃?xì)馀摗⑺排摗㈦娏ε摙瘛㈦娏ε摙颍瑯?biāo)準(zhǔn)斷面凈尺寸為12.0 m×3.2 m，綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面布置圖（單位：mm）

綜合管廊布置在道路中央隔離帶及東側(cè)機(jī)動(dòng)車道下方，標(biāo)準(zhǔn)斷面覆土深度為8 m，綜合管廊橫斷面見(jiàn)圖2。

圖2 綜合管廊橫斷面（單位：mm）

2 施工工藝

本工程所在區(qū)域內(nèi)干線綜合管廊整體具備艙室多、埋深大的特點(diǎn)，綜合管廊每延米質(zhì)量較大；同時(shí)區(qū)域內(nèi)土質(zhì)條件較好、地下水位低、場(chǎng)地開(kāi)闊，故一般選用放坡開(kāi)挖的基坑形式。對(duì)于預(yù)制拼裝施工工藝，較大的節(jié)段質(zhì)量及較寬的基坑上口線導(dǎo)致汽車吊無(wú)法適用，同時(shí)大跨度龍門吊因高度普遍超過(guò)8 m，與施工范圍內(nèi)高壓線沖突嚴(yán)重，應(yīng)用受限。基于客觀條件，本區(qū)域內(nèi)管廊工程借鑒高鐵架橋機(jī)及運(yùn)梁車施工工藝，提出一種在管廊結(jié)構(gòu)上方運(yùn)輸及安裝的整節(jié)段預(yù)制拼裝施工工藝。本工程選取816 m 試驗(yàn)段，管廊預(yù)制節(jié)段長(zhǎng)度為8 m，單節(jié)段質(zhì)量約402 t，用以驗(yàn)證該工藝在長(zhǎng)節(jié)段、大噸位工況下的適用性。

綜合管廊運(yùn)輸設(shè)備為運(yùn)廊車，運(yùn)廊車額定裝載質(zhì)量500 t，車輛自身質(zhì)量約132 t；軸線荷載最大為（500+132）/20=31.6 t。管廊安裝設(shè)備為TLJ600 t 架廊機(jī)，架廊機(jī)實(shí)際吊重400 t（不含吊具），按500 t 起重能力設(shè)計(jì)，可適應(yīng)于3～5 艙管廊結(jié)構(gòu)。架廊機(jī)主要包含起重天車、主梁、前中后支腿和電液控制系統(tǒng)。

綜合管廊運(yùn)輸及安裝設(shè)備示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 綜合管廊運(yùn)輸及安裝設(shè)備示意圖

運(yùn)廊車和架廊機(jī)施工工序如下：

工序1：利用輪軌門式龍門吊安裝始發(fā)段綜合管廊（8 節(jié)段），在管廊頂板上完成運(yùn)廊車和架廊機(jī)的拼裝。

工序2：輪胎式運(yùn)廊車在管廊頂板上運(yùn)送管廊節(jié)段，調(diào)整管廊后支腿，使運(yùn)廊車通過(guò)后支腿，到達(dá)中支腿和后支腿之間。

工序3：架廊機(jī)天車吊起管廊節(jié)段，穿過(guò)中支腿，然后利用天車旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，將管廊旋轉(zhuǎn)90°，隨后進(jìn)行落廊操作。

工序4：2 個(gè)管廊節(jié)段張拉完成后，鋪設(shè)架廊機(jī)滑移軌道，基坑中前支腿懸起，架廊機(jī)前移16 m（2節(jié)段）。重復(fù)上述流程，往復(fù)施工。

綜合管廊運(yùn)廊車和架廊機(jī)施工流程見(jiàn)圖4。

圖4 綜合管廊運(yùn)廊車和架廊機(jī)施工流程

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 平縱斷面設(shè)計(jì)

綜合管廊沿線節(jié)點(diǎn)主要包括通風(fēng)口、吊裝口、逃生口、變電所、人員出入口、電力引出通道、交叉口及倒虹等，其中通風(fēng)口、吊裝口、逃生口數(shù)量較多，是影響綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面占比的重要因素。

本次設(shè)計(jì)中提高綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面占比的措施有以下3 項(xiàng)：

（1）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。將通風(fēng)、吊裝、逃生及配電間功能融合，布置在一個(gè)通風(fēng)吊裝綜合節(jié)點(diǎn)中[2]，節(jié)點(diǎn)間距控制在400 m，從而大大降低了節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

（2）縱斷面設(shè)計(jì)。綜合考慮上位規(guī)劃、節(jié)點(diǎn)功能需求、管廊抗浮、路口交叉管線及地下空間布置等因素，確定管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面覆土厚度為8 m；管廊沿線倒虹較少，平縱斷面較順直。

（4）平面設(shè)計(jì)。人員出入口、電力引出通道及交叉口等節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)及功能均較復(fù)雜，預(yù)制拼裝難度大，在平面布置中，盡量將上述節(jié)點(diǎn)集中布置，以提高標(biāo)準(zhǔn)斷面有效占比。

采用上述3 項(xiàng)措施后，綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面長(zhǎng)度占比達(dá)到了72%。綜合管廊通風(fēng)吊裝綜合節(jié)點(diǎn)、平縱斷面布置見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 綜合管廊通風(fēng)吊裝綜合節(jié)點(diǎn)

圖6 綜合管廊平縱斷面

3.2 艙室尺寸設(shè)計(jì)

綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化能提高模具、運(yùn)輸車、吊具等設(shè)備的通用性，大大降低設(shè)備攤銷費(fèi)用[3]。目前工程所在區(qū)域范圍內(nèi)，干線綜合管廊艙室凈高主要為3.2 m 和3.6 m 2 種，電力艙凈寬主要為2.8 m，燃?xì)馀搩魧?.2 m，水信艙受制于給水及再生水管道變化，艙室凈寬為3～5.5 m。后續(xù)工程建議將水信艙劃分為3.5 m、4.5 m 和5.5 m 3 種寬度，既能為具體工程中水信艙預(yù)留擴(kuò)容空間，也能滿足區(qū)域范圍內(nèi)艙室的標(biāo)準(zhǔn)化及模數(shù)化，提高工程經(jīng)濟(jì)效益。

4 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

考慮運(yùn)廊車及架廊機(jī)的施工工藝，如果節(jié)點(diǎn)處均采用現(xiàn)澆施工，則需要將運(yùn)廊車及架廊機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)或設(shè)置鋼便橋通行，嚴(yán)重影響該工藝的經(jīng)濟(jì)性及施工效率。故本次設(shè)計(jì)方案中將集水坑、管線分支口及通風(fēng)口節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)斷面層均按照預(yù)制節(jié)段設(shè)計(jì)，確保運(yùn)廊車及架廊機(jī)能連續(xù)正常通行，待標(biāo)準(zhǔn)斷面層安裝完成后，再進(jìn)行節(jié)點(diǎn)其他部分的施工。

4.1 集水坑

集水坑節(jié)點(diǎn)分為上層的開(kāi)洞標(biāo)準(zhǔn)斷面及下層的集水坑，均為預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，其中單個(gè)集水坑質(zhì)量約10.5 t。開(kāi)洞標(biāo)準(zhǔn)斷面僅需設(shè)置洞口補(bǔ)強(qiáng)的暗梁，其余不變；集水坑按照頂端自由的敞口水池設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)斷面與集水坑之間采用彎螺栓連接固定，遇水膨脹橡膠條防水[4]。彎螺栓為M30 高強(qiáng)螺栓，機(jī)械性能等級(jí)8.8 級(jí)，螺栓的預(yù)緊力不小于140 kN。考慮到集水坑開(kāi)洞位于底板，不直接承受運(yùn)廊車及架廊機(jī)荷載，因此在標(biāo)準(zhǔn)斷面預(yù)制階段即做好開(kāi)洞及洞口加固。集水坑節(jié)點(diǎn)圖見(jiàn)圖7。

圖7 集水坑節(jié)點(diǎn)圖

集水坑節(jié)點(diǎn)施工工序：

（1）按照設(shè)計(jì)平面位置將集水坑初步吊裝就位，其中集水坑四邊與基坑邊應(yīng)留有寬10 cm 肥槽，便于后期根據(jù)上層標(biāo)準(zhǔn)斷面微調(diào)位置。

（2）上層標(biāo)準(zhǔn)斷面安裝就位。

（3）集水坑與標(biāo)準(zhǔn)斷面準(zhǔn)確對(duì)位后，采用彎螺栓連接就位，拼縫位置加壓試驗(yàn)防水效果。

（4）通過(guò)預(yù)埋注漿管，向集水坑周邊肥槽壓注水泥砂漿。

4.2 管線分支口

管線分支口節(jié)點(diǎn)分為下層的標(biāo)準(zhǔn)斷面及上層的分支夾層，標(biāo)準(zhǔn)斷面為預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，分支夾層采用現(xiàn)澆施工。標(biāo)準(zhǔn)斷面僅需設(shè)置洞口補(bǔ)強(qiáng)的暗梁，其余不變；分支夾層單獨(dú)設(shè)置現(xiàn)澆底板，結(jié)構(gòu)按照框架截條計(jì)算。將分支夾層范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板鑿毛洗凈，以提高上下結(jié)構(gòu)之間的摩擦力及防水效果，同時(shí)洞口周邊采用遇水膨脹橡膠條防水。考慮到分支口下層標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板開(kāi)洞較大，頂板在架廊機(jī)施工工況下受力復(fù)雜，安全余量較小，故頂板洞口在運(yùn)廊車和架廊機(jī)安裝結(jié)束后用繩鋸切割，切割過(guò)程中注意保護(hù)洞口加固梁。管線分支口節(jié)點(diǎn)圖見(jiàn)圖8。

圖8 管線分支口節(jié)點(diǎn)圖

管線分支口節(jié)點(diǎn)施工工序：

（1）分支口下層標(biāo)準(zhǔn)斷面安裝就位。

（2）待本工程運(yùn)廊車和架廊機(jī)安裝結(jié)束后，用繩鋸切割標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板。

（3）將分支夾層范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板鑿毛洗凈，在洞口周邊表面粘貼遇水膨脹橡膠條，然后澆筑上層分支夾層。

（4）分支夾層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行基坑回填，回填應(yīng)嚴(yán)格做到均勻、對(duì)稱、同步。

4.3 通風(fēng)口

通風(fēng)口節(jié)點(diǎn)分為下層的標(biāo)準(zhǔn)斷面及上層的通風(fēng)夾層，標(biāo)準(zhǔn)斷面為預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，通風(fēng)夾層采用現(xiàn)澆施工。標(biāo)準(zhǔn)斷面僅需設(shè)置洞口補(bǔ)強(qiáng)的暗梁，其余不變；通風(fēng)夾層單獨(dú)設(shè)置現(xiàn)澆底板，結(jié)構(gòu)按照框架截條計(jì)算。將通風(fēng)夾層范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板鑿毛洗凈，以提高上下結(jié)構(gòu)之間的摩擦力及防水效果；同時(shí)洞口周邊采用遇水膨脹橡膠條防水。考慮到下層標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板開(kāi)洞后，頂板在架廊機(jī)施工工況下受力復(fù)雜，安全余量較小，故頂板洞口在運(yùn)廊車和架廊機(jī)安裝結(jié)束后用繩鋸切割，切割過(guò)程中注意保護(hù)洞口加固暗梁。通風(fēng)口節(jié)點(diǎn)圖見(jiàn)圖9。

圖9 通風(fēng)口節(jié)點(diǎn)圖

通風(fēng)口節(jié)點(diǎn)施工工序：

（1）通風(fēng)口下層標(biāo)準(zhǔn)斷面安裝就位。

（2）待本工程運(yùn)廊車和架廊機(jī)安裝結(jié)束后，用繩鋸切割標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板。

（3）將通風(fēng)夾層范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板鑿毛洗凈，在洞口周邊表面粘貼遇水膨脹橡膠條，然后澆筑上層通風(fēng)夾層。

（4）通風(fēng)夾層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行基坑回填，回填應(yīng)嚴(yán)格做到均勻、對(duì)稱、同步。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜合管廊的預(yù)制拼裝應(yīng)以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件產(chǎn)品化、施工機(jī)械化、管理信息化為目標(biāo)，整合設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備等全產(chǎn)業(yè)鏈，最終使得預(yù)制拼裝工藝推廣應(yīng)用。本次長(zhǎng)節(jié)段、大噸位預(yù)制拼裝管廊試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行重點(diǎn)研究，通過(guò)艙室尺寸的模數(shù)化、節(jié)點(diǎn)功能的融合化、節(jié)點(diǎn)下層的預(yù)制化這3 項(xiàng)措施，降低了現(xiàn)場(chǎng)施工難度，減少了現(xiàn)澆預(yù)制的作業(yè)面交叉及安裝設(shè)備的轉(zhuǎn)場(chǎng)。遠(yuǎn)期，應(yīng)結(jié)合運(yùn)廊車及架廊機(jī)設(shè)備特點(diǎn)，進(jìn)一步深化研究設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，提高標(biāo)準(zhǔn)斷面占比，便于預(yù)制拼裝工藝的推廣。