明挖隧道整體裝配式結(jié)構(gòu)接頭形式的研究以及應(yīng)用

周 翔，陳鼐基

[1.上海隧道工程有限公司，上海市 200125；2.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200125]

0 引言

從21 世紀(jì)開始，我國工程建設(shè)科技發(fā)展迅速，勞動(dòng)力資源變得越來越緊缺，從而使得建筑工業(yè)不得不朝著預(yù)制化生產(chǎn)的作業(yè)方向發(fā)展。經(jīng)過市場調(diào)查，目前預(yù)制化生產(chǎn)技術(shù)已逐漸應(yīng)用于住宅樓、大型橋梁、地下管廊等建設(shè)工程中。在地下隧道方面，盾構(gòu)法和頂管法的隧道基本上也采用預(yù)制化生產(chǎn)的方式進(jìn)行施工。然而以明挖為主的淺埋隧道還是停留在最為傳統(tǒng)的施工工藝上。在城市核心區(qū)域修建交通疏解隧道需要一個(gè)簡單可靠的，能在最大程度上縮短施工工期、降低對環(huán)境影響、節(jié)約能源與成本快捷、綠色、對環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)有效的施工方式。明挖隧道整體裝配式結(jié)構(gòu)正符合這一發(fā)展的潮流。

武寧路快速化改建工程Ⅱ標(biāo)整體裝配式結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段采用預(yù)制鋼筋籠結(jié)構(gòu)底板、單面疊合側(cè)墻板、疊合頂板的結(jié)構(gòu)體系（結(jié)構(gòu)形式見圖1）。結(jié)合該試驗(yàn)段的實(shí)施，為了滿足接頭處的防水、受力性能、施工便捷、質(zhì)量安全可靠等需求。本文對不同位置的接頭分別進(jìn)行了研究分析。

圖1 武寧路快速化改建工程Ⅱ標(biāo)整體裝配式結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段結(jié)構(gòu)形式（單位：mm）

1 既有工程接頭形式分析與比較

十堰市地下綜合管廊[1]中的綜合艙和電力艙，采用的是疊合墻結(jié)構(gòu)形式。墻體與底板采用螺旋箍連接，相鄰墻體采用鋼筋暗柱進(jìn)行抗剪加強(qiáng)，墻體與頂板之間預(yù)留鋼筋進(jìn)行錨固連接。

某新建電力管廊[2]，采用預(yù)制夾心墻吊裝工藝。節(jié)段間豎向連接鋼筋主要用于節(jié)段連接，將墻板連接成一個(gè)整體，豎向鋼筋待墻板吊裝完成后安裝。頂板面筋為雙層雙向鋼筋，待標(biāo)準(zhǔn)段頂板吊裝完成后統(tǒng)一鋪設(shè)，鋼筋直接架設(shè)于頂板桁架鋼筋上部。

2 整體裝配式結(jié)構(gòu)環(huán)縫接頭形式設(shè)計(jì)

2.1 底板環(huán)縫接頭

試驗(yàn)段底板采用預(yù)制鋼筋籠結(jié)構(gòu)形式，可通過一次性澆筑混凝土以避免底板環(huán)縫接頭的存在，但由于鋼筋籠采用預(yù)制吊裝施工，故不同榀間存在鋼筋不連續(xù)的問題。為了加快工程進(jìn)度并滿足吊裝的可操作性，本次試驗(yàn)采用上排鋼筋焊接、下排鋼筋搭接的鋼筋連接形式，作為不同榀底板的鋼筋接頭，從而避免產(chǎn)生混凝土間的環(huán)縫接頭，如圖2、圖3 所示。

圖2 底板鋼筋籠接頭設(shè)計(jì)（單位：mm）

圖3 底板環(huán)縫接頭設(shè)計(jì)

2.2 側(cè)墻環(huán)縫接頭

試驗(yàn)段側(cè)墻采用鋼筋桁架型單皮墻板，側(cè)墻外側(cè)為圍護(hù)墻，內(nèi)側(cè)為預(yù)制混凝土墻板，不存在作業(yè)面，無法采用同底板鋼筋籠一樣的鋼筋焊接形式，故采取鋼筋搭接形式。各榀側(cè)墻吊裝后，圍護(hù)與預(yù)制墻板間形成一個(gè)密閉空間，無需另設(shè)模板，即可通過后澆混凝土將相鄰預(yù)制墻板連接為一個(gè)整體。同時(shí)，通過在一側(cè)側(cè)墻的后澆混凝土范圍內(nèi)預(yù)留矩形鋼筋或直線鋼筋的方式，實(shí)現(xiàn)相鄰側(cè)墻間的鋼筋互相搭接。采用此方法時(shí)，主體結(jié)構(gòu)整體性好，不存在滲水通道，各榀側(cè)墻間形成空間受力體系。側(cè)墻環(huán)縫接頭設(shè)計(jì)圖、側(cè)墻環(huán)縫接頭工序示意圖如圖4、圖5 所示。

圖4 側(cè)墻環(huán)縫接頭設(shè)計(jì)

圖5 側(cè)墻環(huán)縫接頭工序示意圖

2.3 頂板環(huán)縫接頭

試驗(yàn)段頂板采用鋼筋桁架型單皮板。頂板下側(cè)為預(yù)制混凝土板，不存在作業(yè)面，上側(cè)為外露空間，有較大操作空間。且頂板存在預(yù)制板，無法完全利用底板的鋼筋籠接頭模式，故對底板的環(huán)縫接頭進(jìn)行優(yōu)化。因此，上排鋼筋通過焊接短鋼筋連接，下排設(shè)置搭接縱筋及分布筋，實(shí)現(xiàn)各榀頂板間的共同受力。

工序如下：于每榀頂板的混凝土板上固定搭接傳力筋，將各榀頂板吊裝到位，移動(dòng)搭接傳力筋至頂板環(huán)縫接頭處，用短鋼筋焊接連接各榀間的上排頂板鋼筋，后整體澆筑混凝土。采用此方法時(shí)，頂板的整體性好，不存在環(huán)縫接頭和滲水通道，各榀頂板間形成空間受力體系。頂板環(huán)縫接頭設(shè)計(jì)示意圖及工序示意圖如圖6、圖7 所示。如存在中板結(jié)構(gòu)，可參照此接頭形式設(shè)計(jì)。

圖6 頂板環(huán)縫接頭設(shè)計(jì)

圖7 頂板環(huán)縫接頭工序示意圖

3 整體裝配式結(jié)構(gòu)縱縫接頭形式設(shè)計(jì)

3.1 單皮板側(cè)墻與底板縱縫接頭

在試驗(yàn)段的施工過程中部分底板需先行澆筑，作為基坑開挖的換撐，故底板與側(cè)墻間的縱縫接頭無可避免。

通過底板后澆的形式，下移縱縫接頭，將接頭設(shè)置于底板內(nèi)，且底板內(nèi)存在鋼筋桁架，后澆部分的底板與先澆部分可共同受力。因此，縱縫接頭可以完全避免，僅設(shè)置底板先澆部分與后澆部分的施工縫。施工縫內(nèi)設(shè)置中埋鋼板止水帶并施工水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，避免滲水等問題，滿足耐久性需求。

側(cè)墻與底板節(jié)點(diǎn)處鋼筋錨固要求：根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）中第9.3.5 條第1款的要求，當(dāng)計(jì)算中不利用該鋼筋的強(qiáng)度時(shí)，其伸入節(jié)點(diǎn)或支座的錨固長度對帶肋鋼筋不小于12 d；根據(jù)第11.6.7 條第2 款的要求，鋼筋在頂層端節(jié)點(diǎn)外側(cè)直線搭接長度應(yīng)≥1.7labE。因此，底板第二次澆筑層厚度應(yīng)與鋼筋錨固要求相匹配。縱縫接頭（底板與側(cè)墻）設(shè)計(jì)（含鋼筋錨固要求）、工序示意圖如圖8、圖9 所示。

圖8 縱縫接頭（底板與側(cè)墻）設(shè)計(jì)

圖9 底板與側(cè)墻間的縱縫接頭工序示意圖

側(cè)墻與頂板均采用鋼筋桁架型單皮板的結(jié)構(gòu)型式，且頂板厚度較小，一次澆筑成型，側(cè)墻與頂板、中板間的環(huán)縫接頭不同于側(cè)墻與底板之間的縱縫接頭。

頂板外側(cè)存在操作空間，且側(cè)墻與頂板、中板均為鋼筋桁架型單皮板，外側(cè)存在空間以滿足鋼筋搭接長度的要求。因此，本研究外側(cè)鋼筋通過搭接實(shí)現(xiàn)錨固傳力。內(nèi)側(cè)鋼筋由于頂板的存在，通過彎鉤的形式實(shí)現(xiàn)錨固傳力。同時(shí)，出于頂板架設(shè)在側(cè)墻上，可考慮利用部分內(nèi)側(cè)鋼筋的定位作用，于頂板開洞，預(yù)留孔洞，供后期側(cè)墻鋼筋穿越。

3.2 單皮板側(cè)墻與單皮板頂板縱縫接頭

圖10 為側(cè)墻與頂板的縱縫接頭設(shè)計(jì)示意圖，圖11 為工序示意圖。如存在中板，縱縫接頭設(shè)計(jì)采用相同的形式。

圖10 縱縫接頭（頂板與側(cè)墻）設(shè)計(jì)

圖11 側(cè)墻與頂板間的縱縫接頭工序示意圖

3.3 縱縫接頭（地墻疊合墻內(nèi)預(yù)留鋼筋）

當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地墻疊合墻時(shí)，地墻疊合墻內(nèi)預(yù)留鋼筋均需伸入頂板、中板、底板中。基于上述接頭設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，僅研究了地墻疊合墻內(nèi)預(yù)留鋼筋均與頂板、中板、底板的受力鋼筋連接方式。具體連接形式如圖12 所示。

圖12 地墻疊合墻內(nèi)預(yù)留鋼筋均與頂板、中板、底板的受力鋼筋連接方式

頂板處節(jié)點(diǎn)為放置預(yù)制頂板后，將地墻內(nèi)的鋼筋接出。中板處節(jié)點(diǎn)為放置預(yù)制中板后，將地墻內(nèi)的鋼筋接出。底板處節(jié)點(diǎn)為地墻內(nèi)的鋼筋接出后，將底板預(yù)制鋼筋籠放置到位，再澆筑底板（一次澆筑區(qū)域）。

4 結(jié)語

整體裝配式結(jié)構(gòu)是地下隧道工程的發(fā)展的一個(gè)方向，制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而逐步推廣是行業(yè)發(fā)展的一個(gè)趨勢。在武寧路快速化改建工程Ⅱ標(biāo)整體裝配式結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段的應(yīng)用過程中，通過各環(huán)縫接頭以及縱縫接頭的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了裝配整體式結(jié)構(gòu)的空間受力體系，能較好滿足密閉性、耐久性、整體性的功能要求。通過武寧路工程的實(shí)踐，研究裝配整體式結(jié)構(gòu)接頭形式，為以后類似工程提供技術(shù)指導(dǎo)。同時(shí)，推動(dòng)配整體式結(jié)構(gòu)在其他明挖隧道工程中的應(yīng)用。