張長(zhǎng)春

(中鐵二十三局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 上海 201399)

1 引言

下穿隧道作為一種有效改造城市道路的立體交通形式，對(duì)施工工期要求非常嚴(yán)格，必須實(shí)現(xiàn)其施工與通行的快速化，以減少對(duì)城市生活的干擾和環(huán)境污染。但現(xiàn)階段我國(guó)大部分城市下穿隧道仍采用整體現(xiàn)澆的施工方法，存在工期長(zhǎng)、現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量不易控制、交通疏解難度大、環(huán)境污染嚴(yán)重等弊病，無(wú)法滿足快速施工和綠色建造的要求[1]。而采用裝配式下穿隧道，通過(guò)在工廠內(nèi)批量預(yù)制隧道框架環(huán)，再將其運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝拼接的裝配式施工方法，既提高了施工效率，又保證了工程質(zhì)量，還具有道路干擾時(shí)間短、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。因此，裝配式技術(shù)近年來(lái)受到國(guó)家的高度重視，不斷出臺(tái)政策提升建設(shè)工程的預(yù)制率和裝配率，推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)制裝配式混凝土建筑體系，以提高我國(guó)建筑工業(yè)化技術(shù)的集成水平，促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[2-4]。

目前，在建筑、鐵路、橋梁等以現(xiàn)澆施工為主導(dǎo)的領(lǐng)域，都逐漸形成了標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件的裝配式施工。小到樓蓋板、樓梯、鐵路軌道板、地鐵管片；大到混凝土箱梁、磁浮軌道梁、城軌U型梁、涵洞框構(gòu)等，裝配式混凝土構(gòu)件的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大[5-8]，并在基礎(chǔ)理論、研究方法及工程實(shí)踐上均獲得較為豐富的成果。日本曾在仙臺(tái)市地下鐵道工程中采用了預(yù)制雙跨箱型結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)分成頂板、底板、兩側(cè)壁及中柱等5個(gè)預(yù)制構(gòu)件，解決了構(gòu)件的斷面劃分和輕量化問(wèn)題，使構(gòu)件便于運(yùn)輸和吊裝[9]。但是對(duì)于市政預(yù)制下穿隧道工程，目前國(guó)內(nèi)外在相關(guān)設(shè)計(jì)理論、生產(chǎn)工藝、施工經(jīng)驗(yàn)等方面還都十分欠缺[10]。僅有廈門疏港路下穿隧道采用了單、雙倉(cāng)標(biāo)準(zhǔn)段的預(yù)制拼裝工藝，成功解決了既有交通狀況無(wú)法滿足大體量混凝土連續(xù)澆筑的難題[11]。對(duì)于大斷面裝配式下穿隧道，采用整體式斷面，雖易于保證防水質(zhì)量，結(jié)構(gòu)可靠性高且施工便捷，但存在吊裝重量大、施工危險(xiǎn)系數(shù)高、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)難度大等問(wèn)題。而由多節(jié)段拼裝成型的大斷面預(yù)制隧道框架環(huán)，雖降低了運(yùn)輸、吊裝難度，但拼縫接頭較多，工序繁瑣，且難以保證接縫強(qiáng)度和防水耐久性，隧道漏水概率增大[12]。

因此，本文結(jié)合成都市磨子橋裝配式下穿隧道示范工程，提出一種有效解決大斷面裝配式下穿隧道施工難題的雙節(jié)段拼裝施工方法。此方法將單塊隧道框架環(huán)在豎向拆分為“W”型與“M”型兩節(jié)段相疊加的基本結(jié)構(gòu)(見圖1)，且上、下節(jié)段結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，以便于長(zhǎng)線法標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。隧道框架環(huán)的水平接縫只位于豎墻中部，節(jié)段分塊少，降低了現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工要求和構(gòu)筑難度，施工穩(wěn)定性好。同時(shí)通過(guò)優(yōu)化接頭構(gòu)造和防水措施，以及施加預(yù)應(yīng)力改善結(jié)構(gòu)受力性能，使防水層具有較好的整體密封性。首先，接頭處通過(guò)采用夾板式機(jī)械連接接頭技術(shù)，并配合預(yù)埋小鋼箱，使結(jié)構(gòu)斷縫處滿足抗剪、抗拉、抗震要求；其次，根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的特點(diǎn)，除提高結(jié)構(gòu)自身的抗?jié)B性能外，分別采用環(huán)氧樹脂、止水膠條、壓漿、預(yù)應(yīng)力預(yù)壓等綜合技術(shù)，對(duì)可能存在漏水隱患的接縫接頭、預(yù)留孔道、螺栓孔等進(jìn)行全面封堵，并結(jié)合結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，系統(tǒng)構(gòu)建了預(yù)制構(gòu)件環(huán)向縫和水平縫的多重防水體系。經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，該方法增強(qiáng)了構(gòu)件拼裝節(jié)點(diǎn)的剛度、強(qiáng)度和抗變形能力，并使防水體系能較好地滿足使用功能，進(jìn)而保證了拼裝隧道的安全性和使用壽命。

圖1 框架環(huán)拆分

2 裝配段結(jié)構(gòu)布置

2.1 預(yù)制框架環(huán)節(jié)段構(gòu)造

本工程裝配式拼裝段全長(zhǎng)130.6 m，每1.5 m為一個(gè)預(yù)制框架環(huán)，共87環(huán)?？蚣墉h(huán)斷面寬度22.3 m，每個(gè)預(yù)制框架環(huán)由中部拆分為上、下兩預(yù)制節(jié)段(單個(gè)節(jié)段122.5 t)，如圖1所示。單塊節(jié)段高度4.2 m，易于吊裝，并滿足城市橋涵限界需求。每14或15節(jié)預(yù)制框架環(huán)通過(guò)張拉形成一個(gè)整體孔段，共計(jì)6個(gè)整體孔段，其中14和15節(jié)各3段，分別以21 m和22.5 m交替布置，并在各孔段間設(shè)置2 cm沉降縫。節(jié)段端面設(shè)置兩道止水條預(yù)留槽以及便于環(huán)間對(duì)正的陰陽(yáng)榫齒，并分別在節(jié)段上預(yù)留豎向和縱向預(yù)應(yīng)力孔道。

2.2 施工優(yōu)化措施

(1)防水及耐久性

節(jié)段拼合前，在接縫面均勻涂刷3 mm厚環(huán)氧樹脂粘膠，通過(guò)帶膠作業(yè)，封閉接縫處一定范圍的毛細(xì)孔，增強(qiáng)接縫處的抗?jié)B能力；通過(guò)環(huán)氧砂漿封閉層、遇水膨脹止水條和膨脹橡膠墊圈，增強(qiáng)接縫處的防水性能；通過(guò)預(yù)應(yīng)力對(duì)環(huán)氧樹脂及遇水膨脹止水條產(chǎn)生擠壓作用，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的防水耐久性。

(2)受力性能

基于廈門疏港路拼裝接縫所采用“涂抹環(huán)氧樹脂+預(yù)埋鋼板焊接”方案，本施工方法在豎向節(jié)段拼接成環(huán)階段，通過(guò)張拉豎向精軋螺紋鋼，增強(qiáng)水平接縫的壓應(yīng)力以克服豎墻彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力，同時(shí)為環(huán)氧樹脂膠提供緊固壓力；在縱向多環(huán)頂推成孔階段，通過(guò)環(huán)間預(yù)應(yīng)力鋼絞線增加孔段的整體性，并為截面提供永存壓應(yīng)力和緊固壓力；水平接縫處設(shè)置抗剪鋼箱及鋼夾板，保證接縫的連接剛度(見圖2)；節(jié)段水平接縫的豎墻內(nèi)外側(cè)面均預(yù)埋20 mm厚的A3鋼板，尺寸為1 500 mm×470 mm×20 mm，鋼板與受力主筋焊接牢固，并預(yù)埋對(duì)穿M30普通螺桿，一個(gè)接縫螺栓根數(shù)為24根；豎向精軋螺紋鋼筋張拉后，采用A級(jí)鋼板專用膠粘接Q345A鋼板于預(yù)埋鋼板外側(cè)，并利用預(yù)埋螺栓帶膠緊固，如圖3所示。

圖2 框架環(huán)構(gòu)造(單位：cm)

圖3 水平接縫構(gòu)筑措施(單位：cm)

3 預(yù)制節(jié)段裝配

對(duì)于預(yù)制構(gòu)件在坑道內(nèi)狹小空間的姿態(tài)調(diào)整問(wèn)題，在拼裝階段開發(fā)了節(jié)段姿態(tài)調(diào)整成套技術(shù)，通過(guò)精調(diào)軌道系統(tǒng)的精度，不但可滿足構(gòu)件的安裝精度，還大大節(jié)約了構(gòu)件的安裝調(diào)整時(shí)間。如圖4所示，首先在基底縱向設(shè)置6條鋼軌，分別對(duì)應(yīng)預(yù)制構(gòu)件的兩側(cè)墻及中墻，然后在W節(jié)段對(duì)應(yīng)鋼軌的位置設(shè)置3塊預(yù)埋鋼板，使得施工中可通過(guò)調(diào)整鋼軌的標(biāo)高及位置，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的精確對(duì)位，同時(shí)利用雙鋼軌滑道系統(tǒng)有效減小摩阻力，并配合石墨粉減小W節(jié)段水平及縱向調(diào)整阻力，方便構(gòu)件快速移動(dòng)及精準(zhǔn)定位，有效解決W節(jié)段在坑道內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整問(wèn)題。

圖4 基底鋼軌支撐(單位：cm)

3.1 組裝成環(huán)

(1)基底鋼軌:在底板下三道豎墻下方位置，按設(shè)計(jì)挖出三排條形混凝土基礎(chǔ)，長(zhǎng)度約132 m；設(shè)置預(yù)埋板，并安裝三組鋼軌，用于承載預(yù)制框架。

(2)就位W節(jié)段:當(dāng)W節(jié)段下落至距離軌道2 cm時(shí)由龍門吊操控緩慢移動(dòng)，將首個(gè)W節(jié)段對(duì)正預(yù)設(shè)位置下落就位。在其豎墻上端的夾板螺栓處安裝對(duì)位模具以提高組裝效率；插入抗剪鋼箱，并在節(jié)段底板上安裝和固定精軋螺紋鋼連接器，如圖5所示。

(3)吊裝M節(jié)段:構(gòu)件合攏前，連接上部預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼，并安裝縱向兩道遇水膨脹止水條，同時(shí)在螺栓孔和螺帽間安裝遇水膨脹橡膠墊圈；對(duì)正下落M節(jié)段后測(cè)量節(jié)段三豎墻的標(biāo)高及水平接縫的空隙，符合要求后提起M節(jié)段；在其接縫面涂刷環(huán)氧樹脂膠；在水平縫內(nèi)外側(cè)鋼板上用微膨脹環(huán)氧混凝土找平預(yù)留槽，起到防水及防鋼板腐蝕的作用。

圖5 水平接縫細(xì)部構(gòu)造

(4)豎向張拉:吊裝M節(jié)段精確對(duì)位后穿入精軋螺紋鋼，利用設(shè)計(jì)中預(yù)留的螺栓孔道，有效限制M塊拼裝時(shí)的擺動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)上、下兩節(jié)段的快速精確定位；待接縫環(huán)氧樹脂膠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行豎向預(yù)應(yīng)力張拉和孔道壓漿封錨。

(5)安裝夾板:張拉完成后，粘接Q345A鋼板于預(yù)埋鋼板外側(cè)，并利用預(yù)埋對(duì)穿螺栓帶膠緊固；安裝完畢后用環(huán)氧混凝土封閉鋼板，并在鋼板與環(huán)氧混凝土封閉層之間平焊短鋼筋，壓環(huán)氧砂漿填充縫隙，如圖3所示。

3.2 張拉成孔

(1)臨時(shí)張拉:拼接第2段預(yù)制框架環(huán)，在節(jié)段端面預(yù)留止水條槽內(nèi)粘貼遇水膨脹止水條，并在涂刷環(huán)氧樹脂膠后頂推靠攏，直至相鄰兩環(huán)間的陰陽(yáng)榫齒準(zhǔn)確扣合；分別從內(nèi)外對(duì)環(huán)間兩道止水條的空隙澆筑同標(biāo)號(hào)的灌漿料并填實(shí)，以克服因預(yù)制精度局部不足而造成的環(huán)向縫隙偏大及壓漿不密實(shí)問(wèn)題，增強(qiáng)止水效果；壓漿完成后在縱向預(yù)留孔道內(nèi)穿入精軋螺紋鋼，施加臨時(shí)縱向預(yù)應(yīng)力。

(2)節(jié)段推移:后序節(jié)段安裝時(shí)以首個(gè)框架環(huán)定位，如圖6所示。在吊耳和支座上安裝D32 mm精軋螺紋鋼筋及配套墊板、螺母，將首節(jié)段與現(xiàn)澆段連接固定；按照拼裝順序，依次按同樣方式拼裝其他節(jié)段成環(huán)，并頂推調(diào)整到位、臨時(shí)張拉；成環(huán)節(jié)段向前移動(dòng)前，在預(yù)留的縱向張拉孔內(nèi)插入直徑60 mm的鋼棒作為導(dǎo)向鋼棒，同時(shí)在M節(jié)段的頂面吊耳上連接精軋螺紋鋼，配置限位螺母，防止節(jié)段移動(dòng)過(guò)程中前后傾倒；后續(xù)距離較遠(yuǎn)的節(jié)段不適合穿鋼棒，可在中部夾板螺栓及底板張拉孔上固定撐桿，與安裝在鋼軌上的夾軌支座連接后形成三角支撐，防止傾倒，如圖7所示。

圖6 首環(huán)固定示意

圖7 成環(huán)節(jié)段的頂推組裝

(3)縱向張拉:在W節(jié)段兩側(cè)墻下部及中部縱向張拉孔中穿入三根精軋螺紋鋼，在節(jié)段后端用螺母固定；后續(xù)節(jié)段通過(guò)連接器接長(zhǎng)精軋螺紋鋼，并在首節(jié)段前端穿出后，安裝三臺(tái)穿心千斤頂；從第二大段開始(前一大段已用鋼絞線張拉封錨，精軋螺紋鋼無(wú)法繼續(xù)連接)，需將端頭節(jié)與前一節(jié)段用精軋螺紋鋼連接雙方吊耳進(jìn)行固定，再?gòu)膹埨锥粗写┚埪菁y鋼，并在端頭預(yù)留槽口中安裝錨固螺母，并將穿心千斤頂改在節(jié)段后端穿出的精軋螺紋鋼上安裝。為減少推進(jìn)時(shí)的摩擦阻力，吊放W節(jié)段時(shí)需將底面鋼板打磨光整、棱邊倒圓，并在軌面上涂抹石墨粉。

待整孔節(jié)段安裝就位完成后，在縱向預(yù)留孔道內(nèi)導(dǎo)入環(huán)間預(yù)應(yīng)力鋼絞線；張拉永久預(yù)應(yīng)力鋼束，完畢后進(jìn)行縱向管道壓漿；最后安裝下一孔段，處理沉降縫，并對(duì)已完成孔段進(jìn)行底部灌漿，外包防水。

3.3 沉降縫

沉降縫迎水面設(shè)置紫銅片止水帶，底板和側(cè)墻采用預(yù)留燕尾槽的方式預(yù)留止水帶安裝孔，頂板采用預(yù)留槽設(shè)置后澆帶，在結(jié)構(gòu)背水面設(shè)置背貼式可注漿橡膠止水帶，內(nèi)周設(shè)置后澆帶預(yù)留槽，并預(yù)埋鋼板及螺栓，將橡膠止水帶固定，如圖8所示。

圖8 沉降縫防水設(shè)置(單位：cm)

4 結(jié)論

本文結(jié)合大斷面裝配式下穿隧道的工程實(shí)踐，在滿足城市運(yùn)輸限界的前提下，選擇合理的大斷面預(yù)制構(gòu)件分塊形式，并對(duì)構(gòu)件連接和防水構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化。首先，采取環(huán)氧樹脂膠、遇水膨脹止水條、環(huán)氧砂漿封閉層及膨脹橡膠墊圈等措施增加接縫的防水及耐久性；其次，通過(guò)設(shè)置豎向和縱向預(yù)應(yīng)力，改善拼接結(jié)構(gòu)的受力性能，并增設(shè)抗剪鋼箱、栓接鋼夾板、粘接鋼板、預(yù)埋對(duì)穿螺栓使結(jié)構(gòu)接縫處受力更加可靠，施工時(shí)可實(shí)現(xiàn)目視直觀判定構(gòu)件間的連接可靠性。實(shí)施效果表明，該施工技術(shù)簡(jiǎn)單快捷、安全可靠，有效減少了現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)和對(duì)周邊環(huán)境的影響，是一種能較好滿足全預(yù)制下穿隧道防水要求的綠色施工技術(shù)。