地下综合管廊, 即将电力、通信、燃气、给排水等各种市政管线集于一体, 设有专门的监测系统, 实施统一规划、统一设计、统一建设和管理, 以提升现代化城市综合管理水平。

近年来, 全国各地综合管廊大力建设, 管廊形式日趋新颖复杂。这其中管廊隧道作为管廊与隧道的一种合成形式, 其外部结构为隧道外轮廓面, 内部结构为管廊各功能舱室结构墙板, 其既作为隧道整体受力, 又承担管廊内各舱室不同使用功能。管廊隧道作为一种新时代工程产物, 目前在国内外研究较少, 具有较大技术研究意义。

十堰市地下综合管廊PPP项目为全国首批10个城市地下综合管廊试点项目之一, 共建设21条地下综合管廊, 管廊总长度52.4km, 其中包括2条综合管廊隧道建设。林荫大道南段综合管廊隧道全长340m (见图1) , 隧道净宽9.88, 净高7.6m。隧道内部结构分为上、下2层, 上层为逃生、检修、通风区域;下层为三舱型综合管廊, 分为综合舱、电力舱、天然气舱, 容纳有热水、给水、污水、中水、通信、电力、天然气等管线。

隧道内部结构传统施工方法为现浇施工, 但隧道内施工空间有限, 现浇施工效率不高, 材料不易转运, 施工成本高;且坠落、坍塌安全风险大, 救援困难。通过在十堰市地下综合管廊等项目改进实践, 总结出一套在管廊隧道中采用墙板分离预制拼装施工工艺, 相比于现浇施工其施工效率高、成本投入少、安全风险低。其技术原理如下。

将隧道内结构按照墙、板进行分离并在预制厂内加工生产, 提前预留吊装孔及结构接口。生产完毕后将构件运输至现场利用施工工具车进行拼装, 并利用高强灌浆、结构互锁、后浇带加固、聚硫膏密封等做法对预制构件接口进行处理, 以满足结构整体性及管廊气密性要求。

预制拼装工艺相较于传统现浇施工有如下优势。

1) 施工效率高, 成本投入少 预制构件采用预制厂内加工生产, 运输至现场进行拼装, 相比于传统现浇施工工艺其施工简单且效率大大提升。预制拼装施工相较于现浇施工, 施工人员少, 无须使用钢管、模板、扣件等周转材料, 且无须产生因隧道空间狭小而架设泵管、材料二次转运等额外费用, 施工成本降低。

2) 施工质量易于控制 预制构件在预制厂内流水线上加工生产, 通过“标准化钢筋笼制作加工、定型液压钢模加固、自制混凝土浇筑、高温蒸汽养护”等工序, 保证出厂构件质量达标, 避免了传统现浇施工工艺常见的混凝土结构胀模、孔洞、蜂窝、麻面等质量通病, 也避免了后期结构修补所造成的工期延误和经济损失。

3) 施工安全性提高 当采用传统现浇工艺时, 可能会发生支架坍塌、高处坠落等安全事故;且当火灾、坍塌等危险发生时, 隧道内空间不足, 钢管支架等材料将会对人员逃生、救援带来极不利影响。当采用预制拼装工艺时, 危险源减少, 隧道内操作人员少, 影响面积较小。若隧道内发生坍塌、起重伤害等危险时, 隧道内施工机械可立即处理险情, 施工安全性得到提高。

4) 绿色文明施工得到保证 隧道内空间狭小, 环境封闭, 若采用现浇施工, 现场进行钢筋焊接、模板加工、混凝土浇筑等作业产生的噪声、烟雾会对施工人员身心健康造成不利影响。当采用预制拼装施工工艺时, 吊装作业施工噪声小, 且使用材料少, 现场无废弃钢管模板、木屑、混凝土遗渣等材料, 施工作业面干净整洁。

底板钢筋预埋→牛腿施工→预制墙构件吊装→墙底灌浆→预制板构件安装→纵向后浇带施工→水平及竖向接口处理。

底板竖向预埋钢筋作用是将墙构件与隧道底板连成整体。隧道底板施工时, 预留竖向钢筋。注意在混凝土浇筑时振动棒在钢筋间穿插振捣, 以免造成竖向预埋钢筋移位。

牛腿作用是对管廊边跨板提供支撑作用点。在隧道二衬施工时, 在牛腿位置预埋折向钢筋, 安装挤塑板。二衬施工完毕后揭除挤塑板, 凿除预埋钢筋周围混凝土, 将钢筋调直, 安装钢模板后浇筑混凝土。

采用小型随车吊和吊梁配合进行墙构件吊装。吊装步骤为:将墙体安装作业面内杂物及浮灰清理干净, 使用水准仪测量出墙体安装区域隧道底板标高, 安装墙构件顶部锚栓, 装好吊梁及吊链, 将墙构件吊起移动至安装位置。

墙体落位后, 安装斜向支撑杆, 同时于墙底安装固定角码, 于墙顶安装钢制托架。

墙构件与现浇底板通过灌浆套筒形成有效连接, 具体做法为:在预制墙构件底部预埋灌浆套筒, 灌浆套筒间距同底板竖向预埋钢筋间距, 墙构件安装时灌浆套筒一一套住底板竖向预埋钢筋, 然后向套筒内进行灌浆处理 (见表2) 。

采用小型随车吊进行板构件安装。吊装步骤为:将牛腿及托架顶面浮灰清理干净, 弹出板构件定位边线。安装板构件吊装孔锚栓及吊链, 在信号员指挥下将板构件水平吊起移动至安装位置, 参照预先弹出的定位线引导预制板缓慢降落至牛腿或托架上。对于边跨板, 一端搁置于牛腿上, 另一端搁置于墙顶托架上;对于中跨板, 两端均搁置于墙顶托架上。吊装时先吊装边跨板, 后吊装中跨板。

对于边跨板与隧道二衬间纵向接口, 利用“坐浆法”进行处理, 即在边跨板安装时先在牛腿表面铺1层C20细石混凝土, 再把预制板放置其上, 板端头和二衬结构间的空隙利用C20细石混凝土填充。

纵向墙体与顶板间通过类似于后浇带做法进行连接。墙、板在连接处形成凹槽, 构件预留U型钢筋交错布置, 槽内浇筑混凝土将相邻墙、板进行有效刚接。

1) 板构件横向接口 对于顶板横向接口设计, 采用“上部刚接+下部密封”复合处理方式。具体施工做法为:预制板端头加工成半圆弧形企口形式, 相邻两块板安装完毕后, 在拼缝底填入聚乙烯发泡板, 用聚硫密封膏进行密封, 然后于U型凹槽内填充高一强度等级微膨胀细石混凝土。

2) 墙构件竖向接口 预制墙构件端头预留半圆形凹槽, 相邻两块墙构件安装完毕后, 在凹槽两端拼缝间填入聚乙烯发泡板, 用聚硫密封膏进行密封处理, 然后利用墙构件两端预留连接孔安装镀锌钢板, 相邻墙构件通过镀锌钢板形成栓接, 最后向相邻墙构件接口间圆形凹槽内注入砂浆料。

以林荫大道南段管廊隧道为例, 隧道长340m, 内部结构横截面面积约为4m², 混凝土总量为1 360m³。

1) 现浇施工成本A= (340m÷5m/d) ×54人×120元/ (人·d) +1 360m³×1 403.95元/m³。

2) 预制拼装成本B= (340m÷10m/d) ×8人×120元/ (人·d) +1 360m³×1 234.12元/m³。

3) 节约A-B=638 968.8元;折算成1m³混凝土效益:638 968.8元÷1 360m³=469.83元/m³。

1) 管廊隧道对气密性和整体性等都提出了很高要求, 管廊隧道预制拼装构件采用了装配式建筑常用的预埋套筒注浆、干式连接、设置密封橡胶条等方式, 满足功能要求。

2) 隧道内管廊结构预制拼装技术相比于传统现浇工艺提高了施工效率, 且在工程质量、安全文明施工等方面具有不可比拟的优势, 值得继续挖掘创新点, 进行更深入研究。

3) 预制拼装技术可在封闭条形结构如巷道、盾构空间、海底沉管中得到应用, 其他类型结构的装配式建筑也可参考此工艺进行施工, 具有良好的应用前景与实用价值。