劉 超 李學(xué)松 孔 松 劉 杰 呂俊杰

地下綜合管廊工程是指在城市地下建設(shè)一種綜合性的管道通道系統(tǒng)，主要用于集中安裝和管理城市中各類公用設(shè)施的管線，如供水管線、電力管線、燃?xì)夤芫€等[1-2]。地下綜合管廊工程的主要目的是解決地下管線交叉、縱橫交錯(cuò)的問(wèn)題，避免傳統(tǒng)方式下頻繁進(jìn)行的挖掘和破壞，減少對(duì)地下設(shè)施的影響[3]。通過(guò)將各類管線集中布置在地下綜合管廊中，方便了管線的安裝、維護(hù)和管理，提高了基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性和運(yùn)行效率[4-5]。

由于地下綜合管廊工程屬于復(fù)雜工程，因此施工時(shí)需要綜合考慮地質(zhì)條件、管線布置、施工技術(shù)等多個(gè)因素，才能夠保障工程質(zhì)量與安全[6]。有較多學(xué)者對(duì)管廊施工方式進(jìn)行了研究，例如劉小玲[7]等，研究建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)在地下綜合管廊中的應(yīng)用，該方法結(jié)合場(chǎng)地地形，利用BIM 技術(shù)對(duì)管廊參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)工程進(jìn)行了仿真模擬，雖然該方法能夠?qū)崿F(xiàn)智能化施工，但其研究的施工技術(shù)會(huì)導(dǎo)致管廊上方建筑出現(xiàn)一定傾斜；例如曾祥明[8]，研究組合鋁合金模板在地下綜合管廊不同斷面施工技術(shù)，該方法在管廊施工過(guò)程中應(yīng)用了鋁合金材料，加固了施工現(xiàn)場(chǎng)的整體穩(wěn)定性，但該方法在施工結(jié)束后會(huì)導(dǎo)致管廊承受較大應(yīng)力，影響后續(xù)建筑安全。

智能滑模施工技術(shù)是一種先進(jìn)、高效、環(huán)保的管道施工技術(shù)，相比傳統(tǒng)施工方式，可以有效提高施工效率，減少工期[9]，還能夠減少土方開(kāi)挖和回填等工作量，降低了施工成本。本文利用智能滑模技術(shù)，對(duì)地下綜合管廊工程進(jìn)行施工，提高施工質(zhì)量并優(yōu)化管道的使用壽命，為大家提供借鑒。

1 地下綜合管廊工程施工設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

本文選取東莞市濱海灣新區(qū)東灣大道項(xiàng)目作為研究案例，東莞市濱海灣新區(qū)東灣大道（交椅灣段）工程位于東莞市濱海灣新區(qū)交椅灣版塊、路線呈東西走向，項(xiàng)目起于福海路，終于交椅灣大道，沿線與7 條主要規(guī)劃路連通，路線全長(zhǎng)3.679 km，道路等級(jí)為城市主干路，雙向8 車道，設(shè)計(jì)速度60 km/h，規(guī)劃紅線寬60 m，綜合管廊布置于道路中央分隔帶下。

該工程項(xiàng)目具體參數(shù)如表1。表1中的參數(shù)組成這一項(xiàng)目工程的具體建筑方案。本文采用智能滑模施工技術(shù)，設(shè)計(jì)地下綜合管廊工程施工方案[10]。

表1 工程項(xiàng)目參數(shù)分析

1.2 智能滑模施工技術(shù)設(shè)計(jì)

DHYD 智能支模系統(tǒng)是模板系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、行走系統(tǒng)組成的用于城市地下綜合管廊澆筑時(shí)代替人工木板支模施工的自動(dòng)化設(shè)備。

其工作原理為以鋼結(jié)構(gòu)機(jī)架支撐的大型鋼結(jié)構(gòu)模板系統(tǒng)，全液壓驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)帶動(dòng)設(shè)備行走，可以實(shí)現(xiàn)支模機(jī)械化，控制自動(dòng)化操作。DHYD設(shè)備設(shè)計(jì)為整體鋼模板，采用液壓油缸脫、立模，施工中采用絲桿千斤支撐，油缸步進(jìn)式自動(dòng)行走，用混凝土輸送泵將混凝土泵送入模進(jìn)行管廊結(jié)構(gòu)施工。具有系統(tǒng)整體性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、模板拼裝工作量小、模板拆卸移動(dòng)方便、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 智能滑模施工步驟設(shè)計(jì)

應(yīng)用智能滑模施工技術(shù)進(jìn)行地下綜合管廊工程施工，主要通過(guò)圖1 中的步驟實(shí)現(xiàn)。

圖1 智能滑模施工步驟（來(lái)源：作者自繪）

在圖1 的步驟中，部分施工步驟的詳細(xì)施工方案內(nèi)容如下。

1.3.1 施工準(zhǔn)備

進(jìn)行施工前，需要科學(xué)設(shè)計(jì)滑模施工技術(shù)應(yīng)用方案，充分考慮建筑需求，并前往施工現(xiàn)場(chǎng)了解環(huán)境情況，收集施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息[11]。還需要充分準(zhǔn)備施工材料與機(jī)械設(shè)施，提前檢測(cè)設(shè)備質(zhì)量，以免出現(xiàn)設(shè)備故障問(wèn)題。同時(shí)需要規(guī)范施工操作流程，科學(xué)安裝與調(diào)試施工機(jī)械[12]。

1.3.2 施工縫面處理

在施工開(kāi)始前需要通過(guò)沖毛機(jī)沖毛，并通過(guò)高壓水沖凈，從而清除縫面上的污染物[13]。沖毛時(shí)間基本在收盤后7 ～12 h 后進(jìn)行。在澆筑之前，需要鋪設(shè)一層水泥砂漿。

1.3.3 滑模施工

滑模施工流程如下：

1）施工測(cè)量：按照設(shè)計(jì)要求放樣測(cè)設(shè)出艙室中線，在移動(dòng)過(guò)程中隨時(shí)檢查設(shè)備中線是否與艙室中線重合，如果不合格及時(shí)進(jìn)調(diào)整。放樣后再次進(jìn)行復(fù)核，符合要求后進(jìn)入下一步程序。將設(shè)備頂升至設(shè)計(jì)高度，再次進(jìn)行檢查高度和中線，合格后進(jìn)行加固立模。

2）設(shè)備安裝：在模板臺(tái)車調(diào)入首個(gè)施工段之前，需要澆筑底板及矮邊墻，矮邊墻澆筑高度為500 mm 以上，且矮邊墻澆筑長(zhǎng)度至少需30 m，便于模板臺(tái)車調(diào)入拼裝。安裝順序?yàn)榘惭b行走系統(tǒng)及基座—設(shè)備機(jī)架與行走系統(tǒng)基座拼裝—頂摸、肩模油缸門架及油缸安裝—側(cè)模、頂摸模板吊裝—其余艙室。智能滑模系統(tǒng)安裝完成后需檢查設(shè)備各部件是否有異常，如無(wú)異常，通電對(duì)設(shè)備整體進(jìn)行調(diào)試，檢查是否滿足工作要求。

3）模板加固：側(cè)墻鋼筋綁扎完成后，將模板臺(tái)車設(shè)備支撐到工作狀態(tài)下，并用支撐絲桿對(duì)設(shè)備頂模、肩模、側(cè)模等進(jìn)行支撐加固，然后綁扎頂板鋼筋及進(jìn)行外模、端頭模拼裝。

4）混凝土澆筑：對(duì)鋼筋進(jìn)行制作及綁扎，并快速安裝，然后進(jìn)行混凝土澆筑。在澆筑過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照施工現(xiàn)場(chǎng)需求配置滑模澆筑混凝土，不僅需要符合所需強(qiáng)度，還需要能夠達(dá)到滑模施工要求。因此，本文結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，設(shè)計(jì)混凝土出模強(qiáng)度為0.5 ～2.5 kg/cm2。開(kāi)始施工時(shí)，采用分層平鋪法對(duì)混凝土進(jìn)行鋪料。需要按照流程進(jìn)行施工：混凝土采用分層、左右側(cè)交替對(duì)稱澆筑，每層澆筑厚度不大于1 m，兩側(cè)高差應(yīng)控制在50 m 以內(nèi)。澆筑過(guò)程要連續(xù)，避免停歇造成冷鏈，間隙時(shí)間超過(guò)1.5 h 按照施工縫處理[14-15]。澆筑過(guò)程中，對(duì)混凝土進(jìn)行振搗，保證振搗密實(shí)。同時(shí)需對(duì)智能滑模系統(tǒng)按方案要求進(jìn)行沉降、位移和變形監(jiān)測(cè)。

5）脫模、養(yǎng)護(hù)：混凝土灌注完畢后，對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到脫模要求時(shí)方可脫模，脫模時(shí)間與氣溫、濕度及混凝土強(qiáng)度等因素有關(guān)，脫模的步驟為拆除模板固定螺桿、收縮艙內(nèi)模板、吊裝外側(cè)模板至下一施工段、滑模系統(tǒng)滑移至下一施工段。其工作原理為脫模前先拆除封頭板與固定螺旋，松開(kāi)各加固點(diǎn)的螺桿絲桿，利用液壓油缸收縮艙內(nèi)模板，收縮完成后，檢查每一塊模板的到位情況，確認(rèn)到位后，設(shè)備整體下移，軌道著地，再通過(guò)軌道整體向前滑移。脫模后對(duì)管廊混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少7 d。

綜上所述，在施工過(guò)程中，要隨時(shí)進(jìn)行過(guò)程檢查。若在施工過(guò)程中出現(xiàn)意外狀況，則需要立即停滑，并停止混凝土澆筑。當(dāng)進(jìn)行滑模時(shí)，若軌道出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或偏移時(shí)，應(yīng)迅速對(duì)其進(jìn)行糾正。

1.3.4 滑模拆除

當(dāng)滑模施工完成后，等待混凝土終凝后即可拆除滑模設(shè)備，具體拆除過(guò)程如圖2 所示。拆除后即可完成地下綜合管廊工程中的滑模施工。

圖2 滑模設(shè)備拆除過(guò)程（來(lái)源：作者自繪）

1.3.5 進(jìn)度管理措施

做好計(jì)劃，必要時(shí)管理人員及工人趕工必須加班施工，制定加班機(jī)制及施工值班表。施工大方向?yàn)榇笃叫行×魉s工狀態(tài)，可以說(shuō)有工作面就要大干快上。趕工過(guò)程中存在工序、運(yùn)輸、交叉施工污染等，根據(jù)該項(xiàng)目特性建立成品保護(hù)小組，按照成品措施方案做到成品保護(hù)及時(shí)性、持久性。趕工中應(yīng)做好材料、人員保障，提前做好相關(guān)人材機(jī)儲(chǔ)備。

1.4 管廊-土體-建筑物有限元模型構(gòu)建

本文利用ANSYS 構(gòu)建管廊—土體—建筑物整體有限元模型，對(duì)智能滑模施工過(guò)程進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。利用該模型模擬混凝土澆筑以及滑模過(guò)程，從而分析該施工技術(shù)對(duì)地下綜合管廊工程的影響。采用實(shí)體單元SOLID45模擬混凝土澆筑層以及滑模結(jié)構(gòu)?？砂凑盏鼗A(chǔ)分層總和法理論，計(jì)算建筑基礎(chǔ)沉降量，如式（1）所示：

式中：Hi為土層厚度；Esi為土層壓縮模量；αi為土層的附加應(yīng)力值；Po為項(xiàng)目基底附加應(yīng)力。

通過(guò)數(shù)值模擬法分析滑模施工過(guò)程中建筑物的變形情況，主要分為建筑物的扭曲與傾斜。若建筑物產(chǎn)生變形問(wèn)題，很容易導(dǎo)致建筑整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞，因此分析施工對(duì)建筑的變形影響具有較大意義，可通過(guò)式（2）計(jì)算建筑物扭曲情況：

式中：Tw為建筑整體的扭曲變形，在該建筑中第1 跨χ正方向與反方向的角點(diǎn)分別為A、D；第5 跨χ正、反方向的角點(diǎn)分別為B、C；建筑每一角點(diǎn)的沉降值分別為SA、SB、SC、SD；b、L分別為建筑橫向、縱向長(zhǎng)度。

可用式（3）計(jì)算整體建筑斜率即：

式中：γs為建筑斜率；h為建筑高度；Sχ為建筑頂部χ方向傾斜值。

模型邊界條件：對(duì)施工完成后的地下綜合管廊工程土體兩側(cè)施加水平約束，并對(duì)底部施加豎向約束，分析該工程在施工后的穩(wěn)定性。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 澆筑過(guò)程中管廊應(yīng)力分析

分析本文設(shè)計(jì)的施工技術(shù)在澆筑過(guò)程中對(duì)管廊造成的應(yīng)力，并通過(guò)澆筑開(kāi)始階段與澆筑完成階段的應(yīng)力有限元圖表示，具體如圖3 所示。

圖3 澆筑過(guò)程中管廊應(yīng)力分析（來(lái)源：作者自繪）

根據(jù)圖3 可知，在管廊應(yīng)力分析過(guò)程中，當(dāng)通過(guò)本文技術(shù)進(jìn)行混凝土澆筑開(kāi)始階段，應(yīng)力主要集中在管廊中心位置，而在澆筑完成后，管廊整體受到的應(yīng)力逐漸減小，僅在周圍兩側(cè)存在一定應(yīng)力，但并不明顯，由此看出，在采用本文施工技術(shù)的混凝土澆筑過(guò)程中，可有效降低管廊所受到的應(yīng)力，使管廊工程更加穩(wěn)定。

2.2 位移情況分析

模擬施工結(jié)束后在不同日期內(nèi)的項(xiàng)目水平位移與豎向位移情況變化，以此驗(yàn)證該方法的施工效果，分析結(jié)果如圖4 所示。

圖4 水平、豎向位移情況分析（來(lái)源：作者自繪）

根據(jù)圖4 可知，施工結(jié)束后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，該工程橫向、豎向位移逐漸增大，其中水平位移量相對(duì)較大，在施工結(jié)束后的40 d 后，該管廊工程的水平位移在-16 ～-18 mm 之間，而豎向位移則達(dá)到約-12 mm，雖然存在一定的位移情況，但并不會(huì)對(duì)建筑本身以及管廊項(xiàng)目造成較大風(fēng)險(xiǎn)，因此，該技術(shù)具有較高的可靠性。

2.3 管廊工程沉降情況分析

分析管廊施工完成后，距離管廊中心線不同距離區(qū)域的沉降值以及沉降速率，從而分析施工過(guò)程的穩(wěn)定性，分析結(jié)果如圖5 所示。

圖5 管廊工程沉降情況分析（來(lái)源：作者自繪）

根據(jù)圖5 分析可知，當(dāng)距離管廊中心線距離越遠(yuǎn)，該項(xiàng)目的沉降值越小，而在管廊中心線處，即距離管廊中心線距離為0 m 時(shí)，沉降值達(dá)到-30 ～-35 mm 之間，而距離管廊中心線較遠(yuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的沉降影響則逐漸減弱；同時(shí)，不同位置的沉降速率較為接近，基本保持在5%左右波動(dòng)，可以看出沉降速率較低，且最大沉降值也保持在較小水平。因此，在本文施工技術(shù)的處理下，可以避免管廊工程出現(xiàn)大幅度沉降。

2.4 地下管廊施工對(duì)建筑整體的影響分析

分析該施工項(xiàng)目結(jié)束后對(duì)建筑整體的扭曲變形與傾斜率影響，分析結(jié)果如圖6 所示。

圖6 施工對(duì)建筑整體的影響分析（來(lái)源：作者自繪）

根據(jù)圖6 可知，隨著時(shí)間的變化，該施工過(guò)程對(duì)建筑整體的扭曲變形與傾斜率產(chǎn)生一定的影響，但是當(dāng)時(shí)間達(dá)到20 d 以后，扭曲變形與傾斜率逐漸趨于穩(wěn)定，不再大幅度上升，且在早期階段，建筑的扭曲變形值與傾斜率始終保持在較小水平，不會(huì)影響建筑整體安全性，也不會(huì)對(duì)后續(xù)施工造成影響，為此，在該技術(shù)施工下，可以避免對(duì)建筑整體造成較大影響。

3 結(jié)論

本文研究智能滑模施工技術(shù)在地下綜合管廊工程中的應(yīng)用，針對(duì)所選建筑工程，進(jìn)行滑模施工步驟設(shè)計(jì)，從而提升施工的效率與質(zhì)量，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，使整個(gè)工程施工得到安全保障。同時(shí)利用有限元模擬方法模擬施工步驟，評(píng)估該施工技術(shù)的應(yīng)用效果。在未來(lái)研究階段，可對(duì)該施工方法繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠應(yīng)用至更多施工領(lǐng)域。