隧道分片式预制综合管廊设计与拼装技术

闵传杰 刘献伟 王能林 李鹏 金强强

（中建科技武汉有限责任公司 430400）

引言

隧道管廊的设计主要包括隧道设计和隧道内管廊的设计，隧道内管廊若采用现浇结构，存在隧道空间较小，不易支设模板、脚手架，混凝土送料困难，施工速度慢等问题。

隧道内分片式预制管廊结构设计是在原隧道设计的基础上，对隧道内管廊区别于现浇结构的新型的隧道管廊设计形式，节点构造类似于装配式建筑深化设计节点。随着预制拼装技术的发展，预制构件被越来越广泛地应用在城市基础设施当中，本文结合工程实例，详细介绍了隧道管廊主体结构拆分设计方案，以及分片预制管廊的施工技术。

1 工程概况

1.1 工程简介

十堰市地下综合管廊PPP项目在2015～2017年三年示范期内于城市重点区域建设21个地下综合管廊示范项目，新建地下管廊长度约55.4km，总投资约52.31亿元，覆盖72km2，服务人口约72万。十堰市城市地下综合管廊PPP项目，包含4条隧道，分别为发展大道中段隧道、风神大道隧道、火箭－东环路段隧道、天津－火箭路段隧道。

1.2 隧道管廊标准断面

以风神大道中段为例，管廊隧道标准断面如图1所示。

图1 隧道标准断面Fig.1 Tunnel standard section

风神大道中段隧道全长约566m，充分利用隧道的断面空间，隧道分为上、下两层，下层为管廊空间净高3.8m，上层为逃生、检修、通风区域，逃生通道高度约2m。下层为天然气舱、蒸汽舱、电力舱、给水和中水舱。

2 施工工艺的比选

结合设计文件及隧道内作业条件，选取普通模板现浇、快拆模板现浇、叠合墙板现浇以及分片式预制拼装这四种工艺进行比选分析，见表1。

表1 四种施工工艺比选Tab.1 Comparison of four kinds of construction techniques

总结上述分析，分片式预制拼装工艺相对适合本工程管廊隧道内结构施工，工期较短、成本合理、阻碍小利于突发状况开展救援工作。

3 深化设计方案

3.1 设计原则及要求

1.管廊标准断面设计原则

根据《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838－2015）规定，综合管廊标准断面内部净高应根据容纳管线的种类、规格、数量、安装要求等综合确定，不宜小于2.4m。综合管廊标准断面内部净宽应根据容纳的管线种类、数量、运输、安装、运行、围护等要求综合确定，并应符合下列规定：

（1）综合管廊内两侧设置支架或管道时，检修通道净宽不宜小于1.0m；单侧设置支架或管道时，检修通道净宽不宜小于0.9m。

（2）配备检修车的综合管廊检修通道宽度不宜小于2.2m。

2.节点连接设计原则

隧道分片式预制综合管廊拼装节点设计，借鉴了国标图集《装配式混凝土连接节点构造（剪力墙）》（15G310－2）中的节点设计方法，预制墙板与现浇底板的连接、预制墙板与预制顶板的连接、纵向环缝之间的连接采用固接，预制顶板与隧道二次衬砌结构内壁连接为铰接，没有改变原现浇结构整体性能。

3.隧道分片式预制管廊整体性

管廊内部热力管道水平推力、地基沉降、位移等因素的影响，对隧道预制管廊构件拼装的整体性提出了较高的要求，在安装过程中采用装配式建筑常用的灌浆套筒、螺栓连接等形式，关键节点处采用现浇能有效地保证分片式预制管廊的整体性。

3.2 预制拆分方法

对隧道管廊结构进行预制拆分设计，将墙与板分离为单独的构件，以风神大道中段隧道为例，本工程隧道平面为直线，纵向划分为单个标准的预制墙、预制板构件，标准段内不存在异形构件。且隧道二衬已完成防水功能，底板下设有纵横向排水管，预制墙板构件间无防水要求。

底板采用现浇结构，预制墙体分为a1、a2、a3构件；预制板分为b1、b2、b3、b4构件，如图2所示。为了便于工厂化生产及运输、吊装，每块构件纵向长为2m。

3.3 节点设计及纵向环缝设计

如图2所示，关键节点设计有3处，分别如图3、图4、图5所示。

图2 隧道管廊内部墙、板拆分示意图Fig.2 Diagram of Internal Wall and Plate Splitting of Tunnel General Pipe Gallery

图3 预制墙板与底板连接节点Fig.3 Connecting node between prefabricated wall panel and floor

图3为预制墙体与底板相交节点。采用底板预留钢筋，墙体预埋灌浆套筒的连接方式，此节点连接方式在装配式建筑中有非常广泛的应用，能够保证墙体的稳定，减少湿作业，施工方便。

图4为顶板与预制墙体的相交节点，采用预制墙与板之间节点现浇的形式，现浇截面呈“T”字形。采用此节点的优点：特制的L形钢角模作为支撑顶板的作用，免去了安装顶板时的钢管脚手架，有效改善操作空间，节省了材料。

图5为预制边跨板与衬砌结构的相交节点，安装预制边跨板之前，已完成混凝土牛腿的施工，对于边跨板，安装时先在牛腿表面铺一层水泥胶，再把预制板放置其上，即“座浆法”处理，板端头和二衬结构间的空隙处先填聚乙烯发泡板，然后用聚硫密封膏进行密封处理。此节点的优点是：能大幅度较少混凝土湿作业，预制构件安装简单、方便。

纵向预制墙与墙之间的连接节点大样见图6，在墙侧面需要键槽；纵向预制墙与墙之间的连接钢板螺栓连接，钢板采用的是镀锌钢板，钢板尺寸为：510mm×100mm×10mm，预埋钢板尺寸为100mm×100mm×10mm，螺栓为M16的螺栓，如图7所示。

纵向预制顶板之间的连接节点大样见图8，在板侧需要键槽。安装固定后，形成一个类六边形孔洞，然后浇筑细石混凝土。空隙处先填聚乙烯发泡板，然后用聚硫密封膏进行密封处理。

图4 预制顶板与预制墙体连接节点Fig.4 Connecting node between prefabricated roof and prefabricated wall

图5 预制边跨板与衬砌结构节点Fig.5 Prefabricated edge span plate and lining structure node

图6 预制墙竖向接缝大样Fig.6 Prefabricated wall vertical joint large sample

图7 相邻预制墙体栓接加固大样Fig.7 Large reinforcement sample with adjacentprefabricated wall bolted

图8 预制顶板水平接缝大样Fig.8 Prefabricated roof horizontal seam large sample

3.4 端部与现浇接缝设计

预制构件与现浇连接部位预留钢筋，预留钢筋与现浇部分的连接采用焊接，焊接长度不小于10d（d为焊接钢筋的直径），然后后浇筑高一等级的混凝土，实现预制与现浇的连接，如图9、图10所示。

图9 预制墙与现浇部位连接节点图Fig.9 Connecting node diagram between prefabricated wall and cast-in-place part

图10 预制板与现浇部位连接节点图Fig.10 Map of joint between prefabricated plate and cast-in-place

4 预制拼装施工技术

将分片式预制管廊进行标准化的设计和拆分，在工厂内进行预制，通过设计优化的接口形式、防水密封橡胶圈和预埋螺栓锁紧装置，保证预制墙、板间的连接性能。现场用电动叉车对预制墙、板进行垂直运输、平移等操作，加以人工辅助，实现管节之间拼缝对接，后浇微膨胀混凝土和锁紧装置完成拼装施工。

4.1 设备选用

1.运输车辆的选用

运输车辆采用50t，长13m，宽3m拖车，每车根据额定载重量，计算预制构件的理论数量，在运输车上预先摆放固定支架用于构件的摆放，并捆绑安全绳锁加固。车辆行驶速度不超过40km／h，运输宽度、高度需满足道路限制要求。

2.安装设备的选用

经计算最大单块构件为墙（长2.0m，高3.8m，厚0.25m），重约4.75t，抬举高度小于1.0m。最大板构件长2.0m，宽4.525m，厚0.2m，重约4.525t，抬举高度小于4.0m，使用电动叉车可满足运输及安装要求。另外，采用额定起重量12t的汽车吊也可在隧道内进行吊装作业。

4.2 拼装工艺

1.工艺流程

安装工艺流程：侧墙安装→边跨板安装→中隔墙安装→中跨板安装→墙体间螺栓连接→混凝土浇筑→细部处理。安装顺序如图11所示。

图11 安装顺序示意Fig.11 Installation Sequence Diagram

2.安装方法及施工要点（1）侧墙的安装施工方法

运输车辆停到指定位置，运输工人解除运输固定绷带，用汽车吊进行卸车，然后用叉车将预制墙运输到点进行安装，预制墙体顶部预留4个φ30的孔洞，用于穿入平衡杆，便于叉车运输，墙体两侧预埋有用于临时支撑用的M20螺母，以保证墙体安装时垂直平稳。

图12 侧墙临时支撑示意Fig.12 Sketch map of temporary support for side wall

侧墙与底板的连接采用灌浆套筒连接，灌浆套筒的应用技术在国内已经非常成熟，在装配式建筑结构中有广泛的应用，能有效保证结构的稳定性。

（2）边跨板安装施工方法

侧墙安装完成后，可进行边跨板的安装，边跨板一端支在特制钢角模上，另一端支在钢筋混凝土牛腿上。牛腿端预制板下预先填充C40座浆，外用PE棒及密封膏进行封堵，侧边空缺处填入细石混凝土。

图13 边跨板安装示意Fig.13 Schematic diagram of side span plate installation

（3）中隔墙及中跨板的安装施工方法

预制墙体采用斜支撑进行临时固定，分别安装在预制外墙两个面上，每一面预埋有4个临时支撑用的螺母，斜支撑采用Q235外径60mm、壁厚2.5mm的钢管，辅以吊车进行斜支撑的安装。斜支撑还可用于调整构件安装垂直度，待垂直度满足要求后紧固斜支撑。

当中隔墙支撑固定完成后，将墙体顶部两侧用螺栓将特制的钢角模进行固定，再将中跨板搁在钢角模上，绑扎安装纵筋，最后进行混凝土浇筑。

图14 中隔墙与中跨板安装示意Fig.14 Installation diagram of middle partition wall and mid span plate

（4）螺栓紧固施工及耐久性措施

墙和板同时完成一环段安装后，再进行下一环段的安装。纵向墙体之间连接采用凹企口及螺栓紧固的方式，两块墙体的凹形企口组成类六边形，待用螺栓将钢板拴紧后，往里面灌注混凝土。

本项目中连接钢板采用的是镀锌钢板，镀锌钢板具有很好的防腐蚀、防锈性能。为了增加墙与墙、板与板之间钢板螺栓连接的耐久性，可采用开口销与槽形螺母或止动垫圈与螺母防止螺栓发生机械松动。

（5）注浆和混凝土浇筑

灌浆料适合在5℃ ～40℃环境下使用，浆体出机温度应控制在5℃ ～30℃；环境温度低于5℃时，需使用低温型灌浆料，并辅以加热保温措施。

采用机械灌浆，用塞子先将下排灌浆孔封堵，灌浆时待浆料从上排出浆孔溢出后逐个进行封堵。要求注浆连续进行，每次拌制的浆料需在30min内用完。

对墙、板的横向及纵向后浇部位、预留企口部位进行混凝土浇筑，混凝土均采用高一等级的微膨胀细石混凝土。混凝土浇筑完后，及时进行养护。

（6）细部处理

边跨板与牛腿支座之间的缝隙用PE棒及密封膏进行封堵，纵向墙与墙、板与板之间的缝隙，采用聚乙烯发泡填缝板和聚硫密封膏进行封堵。

5 结语

采用隧道分片式预制施工技术，标准化的结构拆分设计使构件便于运输和吊装，施工作业面大、构件安装速度快，实现了工程施工的高效率、低风险。在管廊隧道施工中，这种工艺将得到越来越广泛地应用，本文的成果将为隧道分片式预制综合管廊的推广应用提供参考。