劉斌彬，李旭升，胡 蘇

（成都市市政工程設(shè)計研究院，四川 成都 610000）

0 引言

工業(yè)裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循“安全、實用、經(jīng)濟、快捷、環(huán)?！钡脑瓌t，在安全實用的前提下，經(jīng)濟合理，且施工快捷方便，可降低施工過程對交通的影響時間，減小現(xiàn)場澆筑等高強度現(xiàn)場作業(yè)，綠色環(huán)保，具有較高的推廣價值。

目前，地鐵盾構(gòu)結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)的工業(yè)化預(yù)制拼裝技術(shù)比較成熟，但是對于市政隧道工程來說，國內(nèi)僅有廈門臨港路隧道按照預(yù)制拼裝工藝進行設(shè)計。本文以成都市一環(huán)磨子橋隧道工程預(yù)制拼裝段為例，介紹了城市下穿隧道的預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工，對存在的問題進行了歸納總結(jié)，為類似工程的預(yù)制拼裝設(shè)計施工提供經(jīng)驗。

1 工程概況

成都市一環(huán)磨子橋隧道工程起于科華北路西側(cè)，終于紅瓦寺街東側(cè)，全長約1 280 m，框架段長920 m。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計地震分組為第三組，設(shè)計特征周期為0.45 s。場地的地微動卓越周期T=0.119 s。該建筑場地類別為Ⅱ類。

隧道選取其中一段進行建筑工業(yè)化預(yù)制裝配式設(shè)計。全段位于直線上，縱坡0.6%，斷面形式均為雙向5車道?？蚣芙Y(jié)構(gòu)最大覆土厚度為4.18 m，最小覆土厚度為3.02 m，為單向坡。截面尺寸見圖1。

圖1 裝配式結(jié)構(gòu)斷面（單位：cm）

2 構(gòu)件拆分方案

構(gòu)件拆分需要綜合考慮結(jié)構(gòu)吊裝、運輸、安裝和受力的要求，減少分塊和接縫，增強結(jié)構(gòu)防水和受力的可靠性。1987年日本在仙臺地鐵工程中，采用了雙跨預(yù)制箱形結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)分頂板、底板、側(cè)壁、中柱共5個預(yù)制構(gòu)件，節(jié)段長1 m，單個預(yù)制件最重約23.2 t；廈門疏港路下穿隧道[1]采用“M型頂板+W型底板”2塊式對接分法，縱向分塊長度為2 m。

綜合考慮施工快捷程度和機械的吊裝能力，本工程將結(jié)構(gòu)上下一分為二，將單箱雙室框架結(jié)構(gòu)從中間切開，頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)尺寸完全相同，便于預(yù)制標準化，見圖2。圖3比較了每環(huán)寬度為1 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m和2 m時的結(jié)構(gòu)吊裝重量，考慮施工現(xiàn)場龍門吊的噸位，拼裝后整環(huán)重量宜控制在250 t以內(nèi)。本工程將環(huán)向尺寸設(shè)置為1.5 m，單個預(yù)制件最重約113.76 t，整環(huán)重力227.52 t。此方案接頭少，漏水概率最??；拼裝最快，工期短；拼裝對位容易，預(yù)制精度及安裝誤差可控。

圖2 構(gòu)件拆分方案示意（單位：cm）

圖3 不同拆分方案環(huán)向尺度吊重

3 拼裝接頭設(shè)計

預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的接頭設(shè)計至關(guān)重要，對結(jié)構(gòu)受力和防水等影響很大。日本仙臺地鐵縱橫向采用鋼板、螺栓、銷釘?shù)嚷?lián)結(jié)方式。廈門疏港路縱向臨時采用臨時預(yù)應(yīng)力（精軋螺紋鋼），用環(huán)氧樹脂粘接，并施加永久預(yù)應(yīng)力，水平縫采用環(huán)氧樹脂粘接以及預(yù)埋鋼板焊接。借鑒日本和廈門的經(jīng)驗，本工程水平接頭（見圖4）采用精軋螺紋鋼和抗剪鋼箱，環(huán)向縫采用永久預(yù)應(yīng)力結(jié)合環(huán)氧樹脂膠粘接?？蚣軓澗胤植家?guī)律見圖5。

圖4 水平接頭位置

圖5 框架彎矩分布規(guī)律

水平接頭是整環(huán)受力的薄弱點，影響結(jié)構(gòu)受力的整體性，本項目水平接頭同時設(shè)置精軋螺紋鋼和抗剪鋼箱。張拉螺紋鋼后，預(yù)埋A3鋼板，用對穿M30普通螺桿帶膠緊固，并在拼接截面設(shè)置抗剪鋼箱（見圖6、圖7）。

圖6 抗剪鋼箱

圖7 抗剪鋼箱平面圖（單位：cm）

設(shè)計通過栓接夾板抗拉、鋼箱抗剪，滿足同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)等強設(shè)計的理念，滿足結(jié)構(gòu)受力和抗震的要求。取縱向節(jié)段長度1.5 m，側(cè)墻厚75 cm，C50混凝土。全混凝土截面抗剪承載能力[2]:

截面豎向配置直徑20的HPB400鋼筋，間距10 cm，截面受壓區(qū)高度[2]：

截面抗彎承載能力[2]：

每1.5 m設(shè)置兩個抗剪鋼箱，抗剪承載能力[3]：

夾板厚度16 mm，間距600 mm，抗彎承載能力[3]：

由以上計算可知，即使水平處環(huán)氧樹脂失效，截面處僅有小鋼箱提供截面抗剪，鋼夾板承受彎矩，接頭仍然滿足受力要求。

環(huán)向縫設(shè)置陰陽榫齒，沉降縫端頭塊分為陽頭塊和陰頭塊。環(huán)向縫采用環(huán)氧樹脂膠，節(jié)段拼接采用臨時張拉精軋螺紋鋼，待全部固定后，張拉永久預(yù)應(yīng)力鋼絞線。張拉預(yù)應(yīng)力后截面壓應(yīng)力為0.55 MPa，給環(huán)氧樹脂膠提供凝結(jié)壓力，同時還能很好滿足縱向整體性要求[4]。

4 防水設(shè)計及耐久性設(shè)計

預(yù)制結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)防水均采用防水混凝土，抗?jié)B等級不小于P10，全框架外包防水卷材。兩者防水的主要差別在于接縫的防水，包括水平縫、環(huán)向縫和沉降縫。

水平縫全部帶膠作業(yè)；迎水面上下鋼板縫隙間設(shè)置三角坡口，并粘貼遇水膨脹止水條；在螺栓孔和螺帽之間設(shè)置遇水膨脹橡膠墊圈；在夾板與既有預(yù)埋鋼板的邊緣刻槽設(shè)置遇水膨脹止水條。最后內(nèi)外側(cè)鋼板上用微膨脹環(huán)氧混凝土找平預(yù)留槽，起到防水及鋼板防腐蝕的作用，見圖8。

圖8 水平縫防水示意（單位：cm）

環(huán)向縫結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)均采用遇水膨脹止水條，涂刷環(huán)氧樹脂，并施加縱向預(yù)應(yīng)力，使截面保持0.5 MPa的永存壓力，確保環(huán)向縫不漏水，見圖9。

圖9 環(huán)向縫防水示意

沉降縫采用設(shè)置雙層止水帶的做法（見圖10）。迎水面設(shè)置紫銅片止水帶，一端預(yù)埋在預(yù)制構(gòu)件中，一端伸入另一側(cè)底板預(yù)留楔形槽內(nèi)。側(cè)墻和頂板采用預(yù)留槽后澆法施工。在結(jié)構(gòu)背水面設(shè)置背貼式可注漿式橡膠止水帶，通過設(shè)置預(yù)留槽，并預(yù)埋鋼板及螺栓，將橡膠止水帶固定。最后立模澆筑濕接縫混凝土，新舊混凝土之間設(shè)置遇水膨脹止水條，縫隙之間設(shè)置嵌縫材料，底板底預(yù)留槽內(nèi)灌注瀝青或防水材料。

圖10 沉降縫防水示意

本工程設(shè)計基準期為100 a，設(shè)計使用年限100 a。工廠化預(yù)制的混凝土密實性和可靠性有足夠的保證，結(jié)構(gòu)表面全部涂刷聚氨酯防水涂料并且外包防水板，增加混凝土抗侵蝕能力，降低碳化速度，提高混凝土耐久性。接縫采用環(huán)氧樹脂膠帶膠作業(yè)，增強接縫處抗?jié)B能力，同時隔絕大部分對橡膠有害的影響因素，提高了止水條的耐久性，保證了接縫防水的耐久性。

5 隧道施工方案

為了滿足本次下穿隧道預(yù)制構(gòu)件的安裝質(zhì)量要求、提高模板利用率、保證工效最優(yōu)，擬定采用“M”型長線預(yù)制的工藝方式。即在預(yù)制場設(shè)置通長底模臺座，節(jié)段通過模板前移的方式在預(yù)制臺座上澆筑。澆筑時，每段節(jié)段預(yù)制起始段采用一端固定端模，一端活動端模進行澆筑外，其余節(jié)段則采用一端為活動端模，另一端為已澆的前一梁段做匹配節(jié)段進行澆筑，確保了相鄰節(jié)段匹配接縫的拼接精度，當新澆節(jié)段混凝土澆筑、養(yǎng)護、拆模后，模板前移把新澆筑塊作為匹配塊，完成下一節(jié)段的預(yù)制，并依此完成所有節(jié)段的預(yù)制，為提高模板使用效率和加快預(yù)制速度，在長線法預(yù)制的基礎(chǔ)上采用周轉(zhuǎn)側(cè)模和端模的方式進行匹配預(yù)制。具體施工過程見圖11。

6 結(jié)語

工業(yè)化預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量可控、施工快捷便利、綠色環(huán)保，在市政隧道設(shè)計中有較高的推廣價值。成都一環(huán)磨子橋下穿隧道工程采用工業(yè)化預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計，節(jié)段劃分合理、結(jié)構(gòu)受力可靠、防水性能和耐久性滿足要求、施工方案可行，可為預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)在市政下穿隧道中的應(yīng)用提供參考。

圖11 隧道施工過程圖