预制综合管廊施工技术及监测要点

2019-02-27李泽佳陈位洪

广东土木与建筑 2019年2期

李泽佳，陈位洪

（广东省建筑设计研究院广州510010）

1 预制综合管廊概述

1.1 综合管廊发展概述

在国内市政工程建设中，由于传统埋设管道占用道路下方地下空间较多。同时管道的埋设往往滞后于道路的建设。导致道路及相关工程完工后，频繁开挖现状道路埋设市政管道。一方面影响道路的正常使用，另一方面也带来噪音、扬尘等环境污染。同时也引起群众对城区建设使用环境的不满。

部分早年建设的市政管道工程，在长期高负荷使用下，出现故障。受限于现状使用条件，无法彻底返修，影响市政工程服务水平。

有鉴于此，我国一些经济发达的城市，开始借鉴国外先进的市政管线建设和维护方式，尝试进行综合管廊工程的建设。先行先试，总结经验。

综合管廊，又称为地下共同沟（或者地下综合管沟），主要是在地下建设集约化管道，将多种市政管线（如电力、通讯、上下水等）集于一体，并且设置专门的吊装口、检修口和检测控制系统[1]。

1.2 综合管廊的现实意义

发展城市综合管廊，可以集约利用城市建设用地，提高城市工程管线建设安全和标准。统筹安排市政工程管道在综合管廊内的敷设[2]。保证城市综合管廊工程建设做到经济合理、技术先进、安全适用。

综合管廊的市政道路铺设与传统铺设方式相比初期投资较高，但是，由于涉及寿命长，运行维护费用低，两者总体造价基本相当[3]。

1.3 预制技术在综合管廊中的应用

现阶段，在国内工程中，综合管廊的预制技术主要为管廊主体结构全预制。在预制构件厂内，定制生产全预制管廊构件，然后运输至施工现场，在现场实施安装。亦有相关工程案例，为减低运输费用及运输难度，就近在施工现场设置预制构件厂，就地制作、就地安装，也取得了良好的工程经济效益及工程质量。全预制综合管廊安装示意如图1所示。

图1 全预制综合管廊安装示意图Fig.1 Full Prefabricated Integrated Pipe Gallery Installation Diagram

对比于现浇管廊结构，全预制装配式综合管廊结构，具有巨大的优势。

⑴以全预制构件为主体的管廊结构，可采用更高强度的材料，减少截面尺寸、降低主体结构材料的消耗和使用。

⑵全预制管廊结构构件具备良好的结构质量，主体结构抗腐蚀能力强，结构使用寿命较一般现浇结构长。

⑶全预制管廊可根据设计要求实现标准化、工厂化制作，不受外界自然环境的影响，可以在计划生产期间保证管廊结构的批量化生产。

⑷全预制管廊构件在现场拼装施工，采用机械化更高的作业模式。可大幅度提高生产效率，减少施工作业时间及降低单位建设成本。

⑸全预制管廊的工厂化、标准化生产可以保证预制构件的尺寸精准性，也可以保证全预制综合管廊在安装施工中的准确性。提高工程质量。

⑹全预制综合管廊预制构件制作中，不需要周转施工材料、不需要使用大量的材料堆放场地。制作生产时间可以大幅度地降低。在一定的生产制作条件下，可以有效减少全预制综合管廊的生产成本。

根据全预制管廊构件规格和施工运输条件限制，当前我国的城市综合管廊钢筋混凝土全预制构件的生产形式分为工厂化生产模式和移动化现场生产预制模式。在工厂化生产模式中，根据生产工艺的不同，有台座法预制生产和流水线预制生产的区别。相关技术应用在多项工程中已日臻成熟。

全预制综合管廊项目受制于构件的运输经济性、安全性。相对于综合管廊大型的全预制构件，工厂化的制作显得十分臃肿。一般的预制场均远离市区，据此产生大量的运输费用及运输安全性考量。

基于上述情况，施工单位创造性地推出了移动的生产形式。移动生产形式类似于游牧。制作生产场地根据安装生产要求，随工程的施工移动而移动。类似于综合管廊安装这样的长条形工程，可以有机结合施工周边的场地或中、小型临时场地，建立可移动的全预制管廊生产设施。将生产全预制管廊构架所需要的设备、材料、模块等直接运到项目的施工现场周边，现场下料、制作、根据需求养护、拆模、成品吊装，最后将预制成品就近运输到安装现场，完成安装作业。然后待当前区域的施工完成后，再分解生产装备，随工作进度移动到下一施工场地。周而复始，直至施工完成。如此考量，如能合理安排施工次序，可大幅降低全预制构件运输费用，降低成本，提高效率。

2 预制综合管廊施工要点

2.1 施工技术要点

区别于现浇钢筋混凝土管廊工程，预制综合管廊施工中，应特别注意主体结构防水施工、构件间的连接施工、预制构件的制作施工、预制构件的安装施工。

2.2 全预制综合管廊结构主体防水施工要点

综合管廊防渗的原则是“以防为主，防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”。通过采用防水混凝土、合理的混凝土级配、优质的外加剂、合理的结构分缝、科学的细部设计来解决综合管廊钢筋混凝土主体的防渗[4]。

根据相关规范的要求，全预制综合管廊的防水等级为：二级。不允许漏水，但结构表面可有少量湿渍。参考《地下工程防水技术规范：GB 50108-2008》表3.2.1，地下工程防水标准、地下综合管廊工程防水等级标准为二级，总湿渍面积不应大于总防水面积的1/1000，任意100 m2防水面积上的湿渍不超过1处，单个湿渍的最大面积不大于0.1 m2[5]。

一般在国内的综合管廊工程中，常规的防水做法为：在表面刷聚氨酯防水涂料，然后抹水泥砂浆隔离层，再在水泥砂浆隔离层上贴防水卷材外包，并在综合管廊两侧再抹一层水泥砂浆保护层，在管沟顶部敷设钢筋网，浇筑10 cm的细石子混凝土保护层[6]。

综合管廊的防水涂层在施工前应做好以下准备工作：首先确保混凝土结构表面的干净及平整。然后保证无浮浆及积水。同时，防水涂层施工应尽量避免在下雨天及大风、烈日、暴晒等一系列的不良天气条件下施工。防水涂层在固化前如果发生降雨也不得抢前施工。

预制管廊接缝处采用2道橡胶圈止水，内外缝双组份聚硫密封胶止水，外侧采用卷材防水（防止植物根茎刺穿或鼠咬需要），共5道或6道防水。

据规范的相关要求。综合管廊拼缝防水应采用预制成型的弹性密封垫为主要防水措施，弹性密封垫的界面应力不低于1.5 MPa[7]。

预制综合管廊接缝处防水做法示意如图2所示。

图2 预制综合管廊接缝处防水做法示意图Fig.2 Schematic Diagram of Waterproofing of Prefabricated Integrated Pipe Joints

2.3 构件间的连接施工要点

预制综合管廊构件间的连接可靠性决定了整个工程的质量优劣。故无论总设计还是施工，均应选取可靠的连接方式，以保证工程质量的顺利实现。

横向和纵向接头对荷载传递路径至关重要，影响到结构设计计算的合理性[8]。全预制拼装综合管廊的连接方式是综合管廊接口防水密封可靠的主要因素之一，综合管廊的拼装连接应保证：

⑴全预制综合管廊在设计使用周期过程中接口密封性的可靠；

⑵全预制综合管廊的连接方式必需满足施工单位采用的施工工艺的要求，可用于开挖施工工艺，也可适用于非开挖顶进施工；

⑶连接方式简单，便于制造，成本可控。

带纵向锁紧装置的连接为纵向串接方式。

带纵向锁紧装置的连接是把每节管廊连接成整体，在综合管廊四角预留穿筋孔道，管节安装时穿入高强PC钢棒或无粘接钢绞线，经张拉锁紧管节串联成有一定钢度的整体管廊，用以抗御基础不均匀沉降（见图3）。

图3 纵向串接方式Fig.3 Vertical Serial Connection

柔性承插式接口连接方式，是管廊插口段插入承口进行连接，不需要PC钢棒或钢绞线张拉锁紧，靠承插口之间橡胶圈压缩变形让管节串联成一个整体，由于各管节之间柔性连接，这种方式最抗御基础不均匀沉降，承插口位移和转角均可更大（见图4）。

图4 柔性承插式接口连接Fig.4 Flexible Socket Interface

胶接接头+预应力张拉连接，是在两节端面之间涂抹一层10～20 mm厚高强度结构胶，用预应力钢绞线张拉把管节串联成一个整体管廊，用以抗御基础不均匀沉降。高强度结构胶固化后即牢牢的粘接相邻管廊，并可以起到管节接口的密封（见图5）。

图5 胶接接头+预应力张拉连接Fig.5 Adhesive Joint+prestressed Tension

胶接预应力接头对橡胶止水带质量和耐久性要求相对较低，全生命周期保障度较好，对小半径平、竖曲线段实施难度较大，安装工序较复杂；对于大断面、复杂断面形式预制管廊可优先考虑采用[9]。

上述3种全预制拼装方式均为国内较常用的预制拼装形式。施工中，均应合理安排好现场施工组织次序、优化工期。保证整个预制管廊工程流转正常，顺利推进。

2.4 构件制作施工的要点

全预制综合管廊构件的制作一般分为两类。一类为卧式整体浇筑、另一类为立式整体浇筑。两种浇筑形式各有利弊，分别适用于不同的全预制构件截面制作需求。

卧式整体浇筑（见图6）：⑴安装面均由模具成型，精度高；⑵底板顶面产生的蜂窝状缺陷，浇筑完后通过人工抹平确保构件质量。

图6 卧式整体浇筑示意图Fig.6 Horizontal Integral Pouring

立式整体浇筑方式（见图7）：⑴缩短了竖向模板的高度，降低模具的损坏率，保证混凝土的浇筑质量；⑵位于浇筑顶面位置的承插口部容易形成的蜂窝状缺陷可通过人工抹平；⑶此种方式适用于横断面比较大的构件，例如管廊的特殊节点部。

图7 立式整体浇筑Fig.7 Vertical Integral Pouring

两种全预制构件分别配套推拉式浇筑管廊模具或内模可拆装卧式浇筑模具。施工中，应结构自身技术特点及构件断面类型，采用匹配的施工制作工艺。以满足不同管廊的技术要求。

2.5 预制构件的安装施工要点

安装预制构件时，一般采用龙门吊或汽车吊作为吊装机械。两种吊装形式均能满足吊装要求。

其中汽车吊吊装工艺顺序如下：机械就位→警戒布置→预制管廊吊装→吊装下沟槽定位→摘勾，收臂。

汽车吊吊装工艺要求如下：

⑴汽车吊支腿下应垫放钢板以分散吊装荷载，确保地基承载力满足吊装要求；

⑵管廊沟槽应有稳固可靠的支护系统，避免吊装时地面超载引起沟槽边坡整体失稳；

⑶吊机主臂旋转范围内不应存在房屋、树木、高压线等影响吊装的物体。

龙门吊吊装工艺顺序如下：吊装前龙门吊及吊具的检查及维护→构件运输，进入基坑吊装范围→现场技术员在垫层顶面测放管廊轴线和构件中→在插口面凹槽处粘贴好楔形密封条，挂钩，起吊→以构件的中心线对准垫层顶面中轴线，定位→手拉葫芦辅助就位。

龙门吊吊装工艺要求如下：

⑴在管廊两侧各约1 m位置夯实基础，铺设枕木和轨道，安装龙门吊，轨道基础应满足吊装荷载要求；

⑵修筑施工便道，使运输预制管廊的车辆进入龙门吊吊装范围。由于荷载较重，为确保安全，要求进入基坑的坡道碾压密实，且平面曲线半径不小于60 m，坡度不大于10°。

3 综合管廊监测技术应用

3.1 光纤技术在综合管廊监测中的应用

随着国内的光纤应用技术的发展，光纤技术已大范围地运用于传感技术领域，组成了现在的光纤应用传感技术。这种新颖的技术目前已大量运用于现在的传输领域，依托光纤技术进行高速的信息传输。基于光纤技术应用的传输频率、波长、波宽等光纤物理因素的实现来信息的传输变化。基于其高效率、精准度的属性，光纤应用技术也慢慢应用到全预制综合管廊结构的健康监测之中。这种新颖的健康监测技术，具有十分高的技术含量，可以在监测的过程中十分准确的监测出全预制综合管廊的实际负荷量。

在当前已竣工及在建工程中，光纤应用技术的操作十分方便。在制作全预制综合管廊的构件时，将相关的光纤传感器植入主体结构中。根据设计需求，合理、科学地铺设埋置点，进而组成一整个完整的综合管廊健康监测数据网络。施工完成后，综合管廊的健康监测中心就可以根据感应器传回的数据，得出主体结构关于受力、结构裂缝等后期检测数据。监测中心就可以对综合管廊的实际健康情况作出全方位的准确的判断。全方位地了解结构是否存在质量情况及结构损伤，及时解决问题。

综上所述，光纤技术在结构健康监测中的应用十分先进。但是由于光纤应用技术设备的造价相对高昂，在实际应用中受限于经济效益，推广并不十分广泛。

3.2 点传感技术在综合管廊监测中的应用

结合我国的工程实际情况，有一种新兴发展而成的压电传感健康监测方法。压电传感健康监测方法的技术关键在于压电传感器及压电传感器上发生的压电效应。压电传感器上发生的压电效应是由于压电介质在外力外下发生变形，继而产生一定量的电位变化，进而产生电信号。电信后随后通过网络，传输到数据处理中心。数据处理中心根据压电传感器上的电位差的变化，定位出结构的受力位置及分析出受力情况。整个数据分析过程均依赖于电脑分析，人工介入程度低，准确率高。同时，亦十分依赖于压电传感器的灵敏度。该压电传感器的网络布置亦如光纤感应器一样，依据构件的分布进行网络布置，务必要形成一个完成的数据传输及监测网络。当网络形成后，可以十分智能地监测出结构的健康情况。哪怕是极其细微的结构裂缝及形变，都可以十分灵敏的监测到。

同时，该技术对一些发展中的形变、裂缝、应力亦可十分便捷地感应到，从而反馈给数据中心。正是由于这种技术的良好的发展潜力，该技术必将在综合管廊监测中占有重要的地位。

综合管廊压电传感健康监测技术，目前在使用过程中仍然存在不少的缺陷和技术问题。比如压电传感器重的压电材质的使用就是一个关键。因为在长时间的监测使用中，压电材质需抵抗腐蚀及维持良好的性能。性能不能随时间的推移而发生下降。如性能下降势必影响监测的精度及监测的准确性。所以，一些较为核心的技术难题，还需要相关的研发和完善，才能将该项技术十分成熟地应用于综合管廊健康监测之中。