浅谈大断面管节分段式预制工艺

2022-02-25谷文杰

城市道桥与防洪 2022年1期

谷文杰

（上海隧道工程有限公司构件分公司，上海市 200120）

1 项目简介

1.1 项目背景

项目位于浙江省杭州市某地下连接通道（见图1），通道全长74m，采用土压平衡式矩形顶管机进顶管法作业施工，通道共计43节标准混凝土管节（1.5m）和现浇段结构9.5m（长边，位于隧道两侧洞门连接处）。顶进坡度为上坡+1.68%，始发井覆土深度为5.44m，接收井位置覆土深度为4.2m。

图1 工程应用效果

1.2 管节情况简介

本工程顶管管节断面形式为类矩形，管节断面外包尺寸为10060mm×5260mm，管节壁厚700mm，节宽1500mm，单节混凝土管节重约70t。

管节采用上下两分段式预制设计，即图2中灰色区域为预制段，红色区域为UHPC现场湿接法连接接头。预制构件厂内事先采用强度等级为C50、抗渗等级P8混凝土进行分段预制，后将两分块送至现场使用超高性能混凝土（UHPC）完成结构连接。

图2 管节断面尺寸（单位：mm）

2 分段式管节预制流程简述

因本工程的首创性与特殊性，项目实施团队合理运用了BIM技术，从项目实际出发，运用BIM技术能够提前模拟施工全过程，为预制构件生产及安装保驾护航。

混凝土浇筑及钢筋骨架加工属常规性工艺，本文不予赘述，本工程采用两底一模（一套内外模、一套二次浇筑立模、两套底模），两套底模项目初期于厂内可延迟起吊时间，保障起吊强度、增加产量；临近顶推节点时，运至推进现场用于管节连接，设计预制分段思路见图3。

图3 设计预制分段思路

3 预制问题与解决

3.1 端板拆除问题

3.1.1 端板难以拆除

因本工程设计由湿接头完成连接，管节上下两分块连接端头各预留450mm的伸出钢筋，钢筋互相交错均布，导出端模板难以拆除（见图4）；而管节分段到达现场后，需要安装进底模，进行钢套环连接后，二次浇筑UHPC。

图4 端板难以拆除

3.1.2 自主研发可分离式底模

针对端板难以拆除的问题，联系专业钢模厂商，协商开发了可分离式底模。在原有底模底部增设四根滑轨，底模可分离端可通过下部滚轮进行分离处理，底模分离后即可进行端板脱模作业，见图5。

图5 底模分离、端板拆除（单位：mm）

而当分段式管节放入底模后，需要对底模进行推合。底模推合到位后，再通过4根定位销及定位套进行定位拼装，拼装完成后需通过M24螺栓锁紧加强贴板，方可完成底模拼装，见图6。

图6 底模分离及定位系统示意

本工程管节为类矩形管节，插口端有小钢套环预留凹槽，而底模有外倒角，二次入模可通过钢套环及插口端预埋槽口进行定位入模，确保管节与底模之间的精确定位。

3.2 大断面管节翻身问题

3.2.1 管节翻身困难

本工程管节断面尺寸达10060mm×5260mm，单节重约70t，预制厂内采用上下两分块设计，导致管节短边腰侧翻身孔不处于重心水平线上，翻身存在失稳危险，见图7。

图7 翻身工艺孔位置

3.2.2 定制式翻身架

针对本工程分段式管节的特殊性，为满足管节翻身需要，联合专业钢模生产厂商，开发了针对本工程的定制式翻身架（见图8），利用上下两分块的两侧腰部翻身孔加工了二合一转接翻身轴，保障翻身过程的重心位置，满足了翻身需求，确保了管节翻身的顺利进行，形成了针对于采用分段式设计的顶管管节翻身工艺技术储备，同时也提高了翻身行为安全性。

图8 定制式翻身轴及翻身架

4 创新工艺点

4.1 预制构件防水体系生产创新

（1）接缝内防水

因二次浇筑拼接端口外侧存在拼接缝，而UHPC与预制段C50由于混凝土密度差异及浇筑时间的先后，存在混凝土收缩情形，导致接触截面形成渗水通道的可能。

于本工程管节在预制段与二次浇筑的UHPC段接触面，进行了凿毛处理，并预埋了止水条。将止水条与承口端、插口端的钢套环闭合形成避水回路，从而满足地下工程防水需求，见图9。

图9 接缝内防水体系创新

（2）接缝外防水

在二次浇筑UHPC满足7d养护要求的龄期后，于外弧面进行了外防水涂料的涂覆，并进行了保湿养护，确保外防水体系正常，见图10。

图10 接缝外防水体系创新

4.2 BIM技术助力预制项目推进实施

4.2.1 项目前期BIM技术模拟生产流程

因本工程的首创性与特殊性，项目实施团队合理运用了BIM技术，从项目实际出发，运用BIM技术能够提前模拟施工全过程，对可预见的施工难点进行数据化模拟，编写合理的施工专项方案。且在施工过程中运用BIM技术能够达到实时监控进度，控制成本，优化资源配置，及时协调专业冲突，提高施工管理的效率[1]。在项目发起阶段，利用BIM技术的模拟性，预先模拟了生产流程，在可视化的基础上快速暴露生产过程中的工艺矛盾点制定解决预案，提高了与设计及施工沟通的效率，最终确定了管节分段接头处理、钢模的形式、管节分段预制的生产工序，并采用定制化模具，以达到管节分段预制要求。

4.2.2 项目实施阶段BIM技术三维交底

在生产方案确认、实际项目生产前，项目实施团队利用BIM技术提前建模预演重、难点工序细节，将初步确定的施工方案细节对分包进行三维交底，帮助分包单位快速领会预制方案，提高沟通效率，减少预制过程中的错误发生率。

4.2.3 项目实施阶段BIM技术工程量汇总

项目实施团队于项目推进期间，创新性的利用Revit等主流BIM软件，建立了管节的LOD300精度模型（见图11），并利用模型进行了工程量辅助统计及汇总工作。工程量统计方法的改进不仅有利于加快概预算速度、减轻概预算人员的工作量、提高概预算质量，而且对于增强审核及审定透明度都具有非常重要的意义[2]。

图11 LOD300精度管节模型

4.3 预制生产过程精细化管理

4.3.1 生产方案落实管理

（1）生产前进行班组技术交底及技术安全专项交底

项目实施团队于项目试生产前，技术部门及安全部门牵头对作业班组进行分班组交底，保障项目实施过程的技术管控；针对本工程易发生的安全事故以及设备操作注意事项，对分包单位进行了安全教育。

（2）生产过程中技术跟踪及安全落实工作

因本工程钢模设计及防水设计的特殊化，针对生产过程中的重、难点，如分段节底模脱模、UHPC截面粘贴遇水膨胀止水条等问题，技术人员按照设计及施工要求汇总，及时跟踪现场问题并提出合适的解决方案，以保障现场能够继续生产。见图12。

图12 试生产过程技术及安全管理跟踪

4.3.2 作业指导书精细化管理

无论是管理环节的优化，还是企业生产成本的控制,都需要从整体上实行精细化管理。通过在生产过程中对质量、成本等诸多指标进行精细化管理，制造业预定的精细化管理效果才会得到更大范围的实现。我司项目实施团队根据本工程特点，针对各道工序，编制了生产作业指导书以及质量控制要求，并严格向班组进行了交底，确保现场人、机、料的合理调配，管控现场材料质量、减少现场材料浪费、为现场质量管理人员进行质量管理工作提供衡量指标，见图13。