陸長兵

（南京市江北新區(qū)公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 211899）

0 引言

地下綜合管廊是一種將各類市政管線統(tǒng)一敷設(shè)、統(tǒng)一管理的現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施，其施工方法以明挖法為主，廊體結(jié)構(gòu)主要通過傳統(tǒng)的鋼筋混凝土材料并結(jié)合現(xiàn)澆、半預(yù)制、疊合拼裝、全斷面預(yù)制等工藝實現(xiàn)，但始終存在質(zhì)量、工期、成本以及污染等問題。

在這種形勢下，預(yù)制裝配式波紋鋼綜合管廊因適用性強、施工快、成本低、自重輕、綠色環(huán)保以及質(zhì)量易控制等優(yōu)勢被逐步推廣應(yīng)用。然而目前針對該類波紋鋼管廊的研究相對較少，筆者經(jīng)過查閱大量文獻資料后發(fā)現(xiàn)，地下波紋鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在公路波紋鋼圓管涵及波紋鋼板橋涵上，國內(nèi)外通過現(xiàn)場試驗、模型試驗、數(shù)值模擬及理論分析對其力學(xué)性能、耐久性、設(shè)計施工方法及適用條件進行了大量研究，研究成果對裝配式波紋鋼管廊提供了很好的借鑒價值，但與管涵及橋涵技術(shù)相比，地下綜合管廊的技術(shù)要求更復(fù)雜。

該文根據(jù)地下波紋鋼結(jié)構(gòu)的已有研究成果、應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合目前已建的圓形、半圓形斷面的裝配式波紋鋼管廊工程實例，對軟土地基裝配式方拱形波紋鋼地下綜合管廊結(jié)構(gòu)的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)、主要施工工藝進行分析。

1 工程概況

南京市某公路快速化改造工程中的鋼結(jié)構(gòu)地下綜合管廊子工程全長120m，入廊管線包括給水、電力、通信等市政工程管線，采用預(yù)制裝配式方拱形雙艙波紋鋼綜合管廊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)工程包括管廊主體標準段、管線分支口、逃生口、進風(fēng)口、排風(fēng)口、吊裝口、人員出入口等，其中標準段管廊結(jié)構(gòu)各艙頂?shù)装迮c側(cè)板的矢跨比分別為0.1、0.07，大艙斷面尺寸（跨徑凈高）為5.4m×3.2m，各波紋鋼板的波形參數(shù)（波長×波高）均為400mm×150mm，頂?shù)装宓谋诤窬鶠?mm，側(cè)板壁厚為5.5mm，艙間豎板的壁厚為4.5mm；小艙斷面尺寸（跨徑凈高）為3.1m×3.2m，各波紋鋼板的波形參數(shù)（波長波高壁厚）均為400mm×150mm×4.5mm。該方拱形雙艙波紋鋼地下綜合管廊斷面及其基坑支護斷面尺寸分別如圖1所示，結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度為2.5m～3.5 m。

圖1 標準段方拱形雙艙波紋鋼地下綜合管廊基坑支護斷面示意圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

2.1 斷面設(shè)計

當前的波紋鋼地下綜合管廊以圓形斷面為主，但圓形管廊內(nèi)支架著力點位于波紋鋼板壁上，違背了管-土共同受力結(jié)構(gòu)不允許“點受力”的原則，圓形管廊的空間利用率低；方形管廊結(jié)構(gòu)由平板拼裝形成，無法利用管-土共同受力原理，板片中心易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；管拱形斷面的管廊，其底部較為平坦，矢高比圓管直徑小，當波紋鋼板部件為深波型結(jié)構(gòu)時將引起拼裝困難。在綜合考慮圓形、方形及管拱形斷面的管廊結(jié)構(gòu)優(yōu)劣勢后，采用方拱形波紋鋼地下綜合管廊結(jié)構(gòu)。方拱形波紋鋼地下綜合管廊結(jié)構(gòu)斷面圖如圖2所示。

圖2 方拱形波紋鋼地下綜合管廊結(jié)構(gòu)斷面圖

該斷面型式的管廊結(jié)構(gòu)可以有效的利用管土共同受力原理，增強了廊體強度，減小管廊鋼板的厚度，有效的利用管廊內(nèi)部的凈空空間，增加內(nèi)部線管容納量。該工程裝配式鋼結(jié)構(gòu)管廊由4片弧形波紋鋼板、法蘭、螺栓及密封材料拼裝而成，其中弧形板片均由碳鋼鋼板軋制成波紋狀，方拱形斷面保持分段圓弧形，板片間經(jīng)型鋼法蘭栓接。

2.2 多艙隔墻設(shè)計

方拱形斷面的多艙波紋鋼地下綜合管廊結(jié)構(gòu)艙間結(jié)構(gòu)為兩艙側(cè)板及其間填充的透水混凝土組成的鋼-混組合結(jié)構(gòu)，多艙波紋鋼綜合管廊艙間結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。相鄰側(cè)板為直鋼板，該文涉及的方拱形雙艙波紋鋼地下綜合管廊工程，墻體材料選用Q355碳鋼鋼板，艙間側(cè)板的壁厚為4.5 mm，隔墻采用C40混凝土澆筑。

圖3 多艙波紋鋼綜合管廊艙間結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 連接方式設(shè)計

縱向連接。波紋鋼板兩端沿縱向焊接型鋼法蘭，法蘭之間安裝密封材料后采用高強螺栓連接緊固，節(jié)間的連接方式與之相似。該連接方式增加了相鄰板片之間及節(jié)間的連接強度，使廊體的側(cè)向剛度增大，解決了廊體的抗側(cè)推變形問題以及抗上浮時的風(fēng)琴效應(yīng)問題，同時使板片無貫穿孔，實現(xiàn)了接縫的多重密封，且板片的軸向尺寸精度增加，加快了拼裝質(zhì)量與拼裝速度。

環(huán)向連接。對管廊結(jié)構(gòu)的節(jié)間密封方式，通常遵循“三重密封”原則，其中外側(cè)貫穿橡膠密封墊，內(nèi)側(cè)為可更換的橡膠密封墊，中間部分采用發(fā)泡劑進行密封。

2.4 廊內(nèi)支架設(shè)計

方拱形波紋鋼地下綜合管廊內(nèi)部支架設(shè)置如圖4所示，槽鋼法蘭的內(nèi)折邊預(yù)留螺栓孔，通過掛點使普通支架及熱力管道支架擁有力點，解決了波紋鋼板板壁不能出現(xiàn)點受力的問題；大推力支架經(jīng)螺栓固定于管廊底板的縱向鋼筋，底板內(nèi)部澆筑混凝土可提供止推力。因此，采用槽鋼法蘭方式進行裝配，還可使廊內(nèi)管線質(zhì)量均勻傳導(dǎo)至管廊基礎(chǔ)，對管廊結(jié)構(gòu)承載性能有利。

圖4 方拱形波紋鋼綜合管廊內(nèi)部支架設(shè)置圖

針對該工程支架設(shè)計方案，進行了支架承重測試，實際測試值：管廊側(cè)壁管架承載力每延米大于1.7t，是實際最大值的3倍以上。

3 主要施工工藝

施工工序主要分為基坑開挖與支護（或放坡開挖）→墊層施工→管廊結(jié)構(gòu)拼裝→回填施工。為縮短工期，在基坑支護、土方開挖及墊層施工的同時，即可預(yù)制加工管廊構(gòu)（配）件，并編號、分批、分段運至現(xiàn)場，對小斷面管廊結(jié)構(gòu)，可先在坑外拼裝，待墊層施工完成后整體吊入基坑內(nèi)，而對大斷面管廊結(jié)構(gòu)，依次吊入底板、側(cè)板、頂板進行坑內(nèi)拼裝。由于管廊基坑的開挖深度及寬度相對較小，該文主要對坑內(nèi)墊層、結(jié)構(gòu)拼裝、基坑回填的施工工藝進行分析。

3.1 基坑開挖與支護

根據(jù)前期的地質(zhì)勘查資料與水文條件，標準段鋼結(jié)構(gòu)管廊基坑采用SMW工法樁與鋼管支撐組合進行支護，如圖2所示。

3.2 加筋墊層施工

基坑開挖至設(shè)計坑底標高后澆筑C20混凝土墊層，墊層內(nèi)設(shè)置φ10mm@200mm（1 m×1 m）鋼筋網(wǎng)片及伸入坑底以下40 cm的φ20mm定位拉筋，網(wǎng)片及拉筋布設(shè)位置橫斷面如圖5所示，澆筑的混凝土墊層表面平整度在2 cm以內(nèi)。

圖5 拉筋布設(shè)位置橫斷面示意圖

3.3 綜合管廊結(jié)構(gòu)拼裝施工

波紋鋼綜合管廊拼裝前，應(yīng)確保墊層標高、平整度符合設(shè)計要求。拼裝工序流程如下。底部基礎(chǔ)找平→底板吊裝與調(diào)平→底板法蘭縱向密封墊鋪設(shè)→側(cè)板吊裝→側(cè)板頂部縱向法蘭密封墊鋪設(shè)→頂板吊裝→終擰螺栓→環(huán)向密封墊安裝→施工定位拉筋焊接（可多節(jié)并行處理）→循環(huán)以上步驟至安裝完成→楔形部位支模澆筑混凝土→廊內(nèi)地坪澆筑混凝土。主要施工工序及拼裝控制如下。

計算選擇吊機，采用多點起吊方式，確定綁扎方法，做好防護措施，起吊和移動時應(yīng)平緩；在混凝土墊層上按設(shè)計布設(shè)鋼筋和抗拔角鋼；吊裝底板放置于管枕上，在底板拼接面上鋪設(shè)密封墊，采用螺栓固定；吊裝底板于設(shè)計位置（每次≥2節(jié)）管枕上，調(diào)整測量保證底板水平，與抗拔角鋼固定，栓接艙間連接螺栓，連接收緊底板節(jié)間螺栓。如圖6所示。支模，澆筑預(yù)制底板下部混凝土，如圖7所示。檢查、清理縱向槽鋼表面，確保拼接表面干凈，不得影響側(cè)板安裝。

圖6 預(yù)制底板與抗拔角鋼連接

圖7 底座混凝土澆筑

在縱向槽鋼拼接面上布設(shè)密封墊，吊裝第一節(jié)中間艙豎直板片。采用可調(diào)剛性支撐，調(diào)整板片垂直度，布設(shè)十字穩(wěn)固拉索，防止傾倒，栓接緊固螺栓；搭設(shè)腳手架，在縱向槽鋼拼接面上布設(shè)密封墊，吊裝第一節(jié)中間艙頂板，栓接緊固螺栓；在縱向槽鋼和環(huán)向角鋼拼接面上布設(shè)密封墊，吊裝第二節(jié)中間艙豎直板片，與第一節(jié)中間艙豎直板栓接固定，再栓接縱向槽鋼螺栓；按上述步驟依次完成第二節(jié)、第三節(jié)……板片的拼裝以及與相鄰管節(jié)的連接；栓接緊固艙內(nèi)縱向和環(huán)向可更換密封墊結(jié)構(gòu)。雙艙艙結(jié)構(gòu)艙間采用鎖緊板連接。

雙艙艙間混凝土澆筑振搗，澆筑時控制每層澆筑高度不超過1m。（分3次澆筑，每次間隔時間≥12小時）。

3.4 管廊基坑回填施工

回填施工前清除回填區(qū)域雜物、有機土壤、卵礫石等，壓實度應(yīng)達到95%，綠化帶下允許達到90%。在管廊結(jié)構(gòu)兩側(cè)回填時應(yīng)對稱同步進行，每層回填料壓實厚度不大于20cm；鋼結(jié)構(gòu)管廊外側(cè)60 cm范圍內(nèi)采用輕型設(shè)備夯實，該范圍外可使用重型機械進行壓實作業(yè)。管廊基坑回填施工結(jié)束后，應(yīng)檢查標高、邊坡坡度、壓實度等。

4 結(jié)論

該文結(jié)合工程應(yīng)用實例，針對軟土地基新型裝配式方拱形波紋鋼綜合管廊的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)及施工工藝進行研究，主要得出以下結(jié)論。1）方拱形斷面的波紋鋼地下綜合管廊結(jié)構(gòu)在空間利用率、拼裝連接方式、廊內(nèi)支架設(shè)置等方面優(yōu)勢明顯，推薦推廣應(yīng)用；2）裝配式波紋鋼地下綜合管廊施工工序少，拼裝速度快、工期短，對環(huán)境影響小，且質(zhì)量可靠、成本低，應(yīng)用前景廣闊。3）依托南京市某公路快速化改造工程所開展的雙艙鋼管廊原型試驗及試驗段試驗，通過全面的受力與變形觀測分析，驗證了預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)管廊方案的可行性，為進一步大面積推廣應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。