既有道路下穿通道的裝配式施工技術(shù)

施有志, 李秀芳, 阮建湊, 林樹枝

(1.廈門理工學(xué)院 土木工程與建筑學(xué)院， 福建 廈門 361021； 2.廈門市建設(shè)局)

2017年住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的相關(guān)政策明確指出：預(yù)制裝配式建筑在建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化改革中占有重要地位，是建筑業(yè)未來持續(xù)、快速發(fā)展的關(guān)鍵點。隨著城市土地資源逐漸短缺，地下工程大力發(fā)展，地下工程工業(yè)化建造也有了一定的研究和應(yīng)用。王德超等通過分析地下工程預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論、防水性能和抗震措施不完善等問題，提出從研發(fā)新型機械設(shè)備、新材料、施工工藝以及組合形式等方面發(fā)展預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)；張中勇等、郭建濤等、胡堅尉和王建軍等研究認為預(yù)制裝配施工技術(shù)在地下工程中具有降低建設(shè)成本、拼裝高效、質(zhì)量可靠、減少現(xiàn)場濕作業(yè)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢；Vangeem、Yee等總結(jié)出裝配式工廠化生產(chǎn)可提高廢水廢料的再生利用能力和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重復(fù)利用率，推進實現(xiàn)綠色化施工；第十屆國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會上仇保興提出普及綠色建筑的捷徑正是“裝配式住宅”；劉瓊等研究認為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系是建筑工業(yè)化的主要實現(xiàn)方式，同時探討了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點連接的重要性以及總結(jié)了不同節(jié)點的連接方式；賴永標(biāo)等提出了以地下工程臨時支護預(yù)制、隧道初期支護及二襯預(yù)制、隧道工程拱架預(yù)制、地鐵車站地下連續(xù)墻全預(yù)制等領(lǐng)域為發(fā)展方向的預(yù)制裝配式技術(shù)。袁金秀等結(jié)合下穿既有盾構(gòu)區(qū)間的暗挖隧道項目，研究礦山法隧道的施工方案，該方案可保證在建線和既有線的安全；郭建鵬針對地鐵出入口下穿通道工程，研究頂管法的施工方案，該方案可有效降低施工風(fēng)險、滿足通道上方的沉降要求。

綜上所述，地下預(yù)制裝配式施工已成為目前建筑工業(yè)化的主流，眾多學(xué)者主要就隧道工程的預(yù)制裝配式技術(shù)或在建地鐵線下穿既有線的隧道施工方案進行分析與探索，但對既有城市道路下穿通道的預(yù)制裝配式施工方案研究較少。不同結(jié)構(gòu)類型的地下工程受到不同環(huán)境條件和施工條件共同影響而各自表現(xiàn)出獨特性。因此，該文將介紹廈門市疏港路下穿仙岳路通道工程的框架節(jié)段預(yù)制方案、運輸和拼裝技術(shù)，總結(jié)出一些對今后類似工程具有參考價值的結(jié)論。

1 工程概況

疏港路為廈門島內(nèi)西側(cè)南北向主干路，北端連接杏林大橋，南段連接濱北立交，是進出島的主要通道。廈門市疏港路下穿仙岳路通道工程位于疏港路東渡段(東渡港南通道～仙岳路)，里程范圍為K0+240～K1+900，包含南通道、北通道、仙岳路及相關(guān)支路交叉口，項目完成后將實現(xiàn)疏港路這一重要進出島通道的全程快速通行。通道結(jié)構(gòu)工程左線全長1 280 m，暗埋段長895 m；右線全長750 m，暗埋段長370 m。下穿通道暗埋段通過預(yù)制場內(nèi)長線匹配預(yù)制框架節(jié)段，再利用平板車運至施工現(xiàn)場，分兩個工區(qū)拼裝成單孔框架和雙孔框架兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖1、2所示。由于現(xiàn)狀下穿通道施工位于既有疏港路，外部道路為瀝青路面和混凝土路面，可確保大型設(shè)備通行。

圖1 暗埋段預(yù)制單孔框架結(jié)構(gòu)橫斷面圖

圖2 暗埋段預(yù)制雙孔框架結(jié)構(gòu)橫斷面圖

2 下穿通道框架節(jié)段預(yù)制方案

2.1 下穿通道預(yù)制框架節(jié)段斷面設(shè)計

下穿通道預(yù)制節(jié)段的標(biāo)準(zhǔn)單孔框架外尺寸為10.35 m(寬)、7.2 m(高)、445 m(長)，標(biāo)準(zhǔn)雙孔框架外尺寸為19.9 m(寬)、7.2 m(高)、320 m(長)。單、雙孔框架水平向均采用上下分段，縱向分別以3、2 m為單位節(jié)段，各自形成兩個“U”形結(jié)構(gòu)和“山”字形結(jié)構(gòu)，共劃分為兩種形式的4種斷面，如表1所示。

表1 下穿通道預(yù)制框架節(jié)段斷面設(shè)計

2.2 預(yù)制工藝

2.2.1 長線匹配預(yù)制

下穿通道框架節(jié)段采用長線法匹配預(yù)制，頂蓋與底座節(jié)段橫、縱向均可匹配預(yù)制。當(dāng)前一節(jié)段施工結(jié)束，側(cè)模立即移至后一節(jié)段支模預(yù)制，使得后一待澆節(jié)段的前端模是前一節(jié)段的后端面，進而逐段于臺座上匹配預(yù)制，以形成流水線式的生產(chǎn)。預(yù)制場共投入4個臺座進行預(yù)制，分別用于單倉和雙倉的上、下節(jié)段預(yù)制。在預(yù)制過程中控制好線形、標(biāo)高及墻體垂直度，嚴(yán)格把關(guān)，否則會給安裝帶來嚴(yán)重的影響。

2.2.2 預(yù)制節(jié)段施工順序

底座及頂蓋節(jié)段預(yù)制施工順序如圖3所示。

圖3 預(yù)制節(jié)段施工流程圖

2.3 模板工程

節(jié)段預(yù)制模板系統(tǒng)由底模、內(nèi)模、側(cè)模、端模組成，其中底模、內(nèi)模和側(cè)模均采用整體桁架式鋼模板。

(1) 底模。采用混凝土長線固定底模，由混凝土底座加鋼底模系統(tǒng)組成，臺座側(cè)面通過安裝海綿橡膠條保證底模和側(cè)模的密封性，同時將底模長度、寬度縮小1 mm，并注意及時清理底模底板表面與海綿橡膠封條處的殘余灰漿，均勻涂刷隔離劑。

(2) 內(nèi)模。由于采用上下段匹配預(yù)制工藝，底座內(nèi)模為桁架式整體鋼模板，內(nèi)模之間利用拉條設(shè)置兩道頂撐；頂蓋內(nèi)模設(shè)計為自由移動的桁架系統(tǒng)，板面由可活動鋼模與橫向支撐桿連接組成，模板荷載傳遞至支架，并與其一體化。另外，為便于拆模，頂部模板設(shè)計成“八”字形，上倒角設(shè)計成與支撐桿鉸接的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。

(3) 側(cè)模。節(jié)段側(cè)模為整體桁架式鋼模板，為美化節(jié)段外觀，底座底部采取無棱化措施，將直角替換成半徑為3 cm的圓弧倒角，同時避免節(jié)段底部漏漿。

(4) 端模。由δ10 mm鋼板作為面板，并設(shè)豎、橫向加勁。采用螺栓連接端模與側(cè)模，并通過兩塊端模對拉承受混凝土澆筑時的水平側(cè)壓力。由于預(yù)制節(jié)段所處位置不同，移動端模上的剪力鍵數(shù)量也會出現(xiàn)差異。因此對需要更換的剪力鍵部分采用螺栓活動固定以便于拆卸，共有部分則以永久方式固定。

2.4 混凝土工程

地下通道節(jié)段采用抗?jié)B等級為P8的C40商品混凝土，低堿水泥拌制，并使用聚羧酸系高效減水劑，保證所拌制的混凝土和易性好、流動性強，且不泌水。

以單孔框架節(jié)段為例，其混凝土澆筑按照以下順序進行：

(1) 澆筑下節(jié)段底板。施工下料時應(yīng)采取從一側(cè)往另一側(cè)推進的方式澆筑，分3層澆筑完，每層厚度分別為40、40和20 cm。

(2) 澆筑上、下節(jié)段的兩側(cè)墻。側(cè)墻應(yīng)對稱澆筑并控制分層厚度為50 cm，以保證模板受力均勻。

(3) 待兩側(cè)板澆筑結(jié)束后澆筑頂板。施工下料應(yīng)從兩邊至中間均勻攤鋪，分兩層各40 cm厚度澆筑完。

2.5 節(jié)段的分離、吊運

(1) 節(jié)段的分離

(2) 節(jié)段的吊運

預(yù)制場配置2臺80 t龍門吊，待節(jié)段達到足夠強度分離后，吊運移放至修整區(qū)。

2.6 節(jié)段的修整、存放

(1) 節(jié)段的修整

節(jié)段的修整工作主要包括預(yù)埋管道清理、波紋管口清理、外露鋼筋防銹、二次澆筑結(jié)合面鑿毛以及匹配面的隔離劑清除等，修整完成后再吊運至堆存區(qū)堆存。

(2) 節(jié)段的存放

節(jié)段存放時，應(yīng)預(yù)先檢查節(jié)段的編號標(biāo)識情況，以確保節(jié)段能按預(yù)定的順序存放，方便出運。單孔、雙孔節(jié)段存放均采用四點支撐(用3～5 cm模板支墊)，第1層堆放時可用水準(zhǔn)儀控制支撐物的標(biāo)高，從而保證堆放無傾斜。為保護上下節(jié)段的橫向剪力鍵，采用10 cm高的橡膠支墊，橡膠墊內(nèi)預(yù)留剪力鍵大小的凹槽。

3 下穿通道框架節(jié)段的運輸及安裝

3.1 下穿通道框架節(jié)段的運輸

3.1.1 節(jié)段的場內(nèi)試拼

節(jié)段在預(yù)制過程中，受到節(jié)段分離、修整、打磨、支承點布置方式以及混凝土原材料等因素的影響，節(jié)段本身可能會發(fā)生空間扭曲和尺寸變化，為保證施工現(xiàn)場節(jié)段拼裝的質(zhì)量和速度，在預(yù)制節(jié)段運輸前，有必要在預(yù)制場內(nèi)進行試拼裝，并根據(jù)試拼的效果，對節(jié)段作進一步的修整。

節(jié)段的場內(nèi)試拼采用懸拼方式，下節(jié)段先吊入試拼臺座定位，再通過門機吊起第2段懸在空中并向前段緩慢靠近，為防止碰撞破損，待節(jié)段接近目標(biāo)位置時，應(yīng)及時將預(yù)埋的臨時應(yīng)力張拉孔鎖上鋼錨塊，接著通過手拉葫蘆把兩節(jié)段緩慢鎖緊，最后利用全站儀校核，不斷微調(diào)以觀察接縫處是否存在偏差，拍照并做好記錄，請監(jiān)理、業(yè)主驗評。對節(jié)段間的接縫不滿足標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)立即修整，重新試拼。上節(jié)段利用其自重與下節(jié)段匹配，第2塊上節(jié)段也采用懸拼方式試拼。

3.1.2 節(jié)段的加固

為防止下穿通道節(jié)段在運輸過程中產(chǎn)生滑移、跌落及傾覆，節(jié)段的加固必不可少。具體措施如下：

(1) 用4條6×37φ21.5的鋼絲繩分別橫穿下節(jié)段底板，并在末端用4臺5 t葫蘆和車架拉緊，以緊密連接框架節(jié)段與車架。

(2) 預(yù)制框架節(jié)段與車架之間通過輸送帶橡膠支墊，增大節(jié)段和車架間的摩擦系數(shù)，同時也保護上節(jié)段中的橫向剪力鍵在運輸時不受破損。

(3) 對于雙孔框架上節(jié)段，應(yīng)在運輸車上額外搭設(shè)2 m一道的槽鋼支架，待構(gòu)件吊入車后，上部用木質(zhì)楔形塊加固，再將吊裝帶穿入永久張拉孔斜拉構(gòu)件，避免運輸時產(chǎn)生滑移。

3.1.3 節(jié)段的運輸

下穿通道節(jié)段裝車加固好后，即可進入運輸階段。為了確保下穿通道在運輸過程中能夠安全、平穩(wěn)地到達現(xiàn)場，要求運輸公司應(yīng)滿足以下要求：

(1) 運輸途中，保證工具車在前方帶路行駛，同時做好交通協(xié)調(diào)工作。

(2) 車輛直線行走時應(yīng)盡量保持速度為20 km/h左右，轉(zhuǎn)彎處應(yīng)保持車速不超過5 km/h，以減小節(jié)段向外的離心力，避免節(jié)段發(fā)生滑移、跌落和傾覆。

(3) 每輛運輸車前后均貼安全反光帶，并在駕駛室擋風(fēng)玻璃內(nèi)明顯位置擺放“下穿通道運輸專用車輛”標(biāo)牌。

(4) 每輛車、交通協(xié)調(diào)員和總調(diào)度員之間采用對講機實時聯(lián)系，保證正常通訊。

3.2 下穿通道框架節(jié)段的安裝

待預(yù)制框架節(jié)段運抵現(xiàn)場后，具體的安裝流程如圖4所示。

圖4 下穿通道框架節(jié)段安裝流程圖

從圖4可以看出：預(yù)制節(jié)段運抵現(xiàn)場鋼便橋處門機下后即可進行節(jié)段的安裝，總體思路是先完成整孔上下節(jié)段的拼裝再進行縱向節(jié)段的安裝。

3.2.1 上下節(jié)段拼裝

(1) 上下節(jié)段的匹配拼合

首先，采用120 t龍門吊在鋼便橋區(qū)域先吊裝下節(jié)段，待精確定位后，再將上節(jié)段運抵現(xiàn)場，按照上下匹配原則，驅(qū)動天車緩慢接近已定位的下節(jié)段。其次，當(dāng)上下節(jié)段快靠攏時，及時于節(jié)段接縫處塞墊木楔，以避免節(jié)段碰撞損傷，待節(jié)段穩(wěn)定即可取出接縫處的木楔。最后，利用定位板限位，并通過吊具和手拉葫蘆組合而成的三向調(diào)整功能微調(diào)，緩慢驅(qū)動天車以準(zhǔn)確拼接上下節(jié)段。調(diào)整時應(yīng)認真檢查整體框架節(jié)段前、后、左、右4個方位接縫處是否嚴(yán)密且有無錯臺，并及時修正消除偏差至符合要求，以完成底座與頂蓋的現(xiàn)場試拼。

現(xiàn)場上下預(yù)制節(jié)段試拼主要是為了避免涂膠后節(jié)段拼接過程失誤導(dǎo)致時間浪費而采取的措施。提前定位節(jié)段拼裝的空間位置，可以防止天車操作人員、現(xiàn)場指揮節(jié)段就位人員以及其他操作人員的自身經(jīng)驗技術(shù)不成熟或現(xiàn)場協(xié)調(diào)程度不足，導(dǎo)致的節(jié)段定位過程消耗時間長，從而引起上下節(jié)段接觸面環(huán)氧膠塑性消失、硬化。

(2) 上下接縫面的涂膠施工

待現(xiàn)場試拼完畢，緩慢驅(qū)動天車吊起上節(jié)段至距離底座節(jié)段約50 cm后，及時于上下接觸面涂抹環(huán)氧膠。

(3) 上下框架節(jié)段的整體拼接

待環(huán)氧膠達到設(shè)計強度即可進行上下節(jié)段間拼縫處的鋼板焊接，依次將整孔所有的上下框架節(jié)段拼接成整體，如圖5所示。

圖5 上下節(jié)段拼接示意圖

值得注意的是，上下框架節(jié)段拼接結(jié)束后，應(yīng)相應(yīng)地在側(cè)墻或隔板兩側(cè)通過鋼板與預(yù)埋鋼板焊接，以達到防水的目的。其中，焊接宜采取二氧化碳氣體保護電弧焊的方式。

3.2.2 縱向節(jié)段拼裝

上下框架節(jié)段拼裝完畢即可進行縱向節(jié)段的拼裝。

(1) 精確定位首節(jié)完整框架節(jié)段

首節(jié)節(jié)段作為整孔拼裝的基準(zhǔn)面，其準(zhǔn)確定位對于后續(xù)節(jié)段拼裝就位非常關(guān)鍵?？蚣芄?jié)段在預(yù)制時底座節(jié)段底板頂面埋設(shè)了6個控制點，并提供了6個控制點的理論拼裝坐標(biāo)，通過測量6個控制點來準(zhǔn)確定位后，才松開吊具，交由卸荷塊支撐。定位準(zhǔn)確后，為防止首節(jié)底座節(jié)段在后續(xù)拼裝時被撞發(fā)生偏移，利用前一孔節(jié)段，在下節(jié)段和上節(jié)段兩側(cè)上下共焊接4根槽鋼[20，再用槽鋼[20斜撐將節(jié)段固定。

(2) 第2節(jié)與首節(jié)試拼對位

待精確定位首節(jié)整體框架節(jié)段后，首先通過天車起吊次節(jié)整體框架節(jié)段于首節(jié)相同高度，緩慢驅(qū)動天車以接近首節(jié)節(jié)段，待二者相近時立即塞墊木楔于接縫間。待節(jié)段穩(wěn)定，再利用吊具三向調(diào)整次節(jié)節(jié)段的位置，使其與首節(jié)各端面平齊。最后取出節(jié)段間的木楔，利用三向調(diào)整功能微調(diào)次節(jié)節(jié)段，緩慢驅(qū)動天車以準(zhǔn)確拼接縱向首、次節(jié)節(jié)段。

定位過程應(yīng)不斷檢查各個接縫處是否嚴(yán)密，如存在錯臺應(yīng)及時調(diào)整，以完成縱向節(jié)段的現(xiàn)場試拼。

(3) 縱向接縫面涂膠施工

待現(xiàn)場試拼完畢，緩慢驅(qū)動天車吊起次節(jié)節(jié)段至距離首節(jié)節(jié)段約50 cm后，及時于前后接觸面涂抹黏結(jié)劑。

(4) 張拉臨時縱向預(yù)應(yīng)力

通過施加臨時縱向預(yù)應(yīng)力，以拼接前后整體框架節(jié)段。

(5) 依次拼接第3至N節(jié)段

待預(yù)應(yīng)力張拉完畢，解除吊具吊點螺栓，起吊下節(jié)完整框架節(jié)段，依順序拼接整孔所有框架節(jié)段，緊接著進行永久預(yù)應(yīng)力張拉，張拉完及時進行孔道壓漿，壓漿前進行孔道注水濕潤，單端壓漿至另一端出現(xiàn)濃漿為止。

4 結(jié)論

(1) 該下穿通道工程采用明挖預(yù)制裝配式施工，整體思路可概括為：將預(yù)制框架節(jié)段從預(yù)制廠運輸至施工現(xiàn)場，再吊裝入深基坑內(nèi)進行整體節(jié)段的拼裝，即預(yù)制裝配式技術(shù)。

(2) 預(yù)制框架節(jié)段分為雙孔、單孔兩種類型，由于重量及運輸限高原因每個節(jié)段分成上下兩件，即4種斷面形式；采用長線法預(yù)制工藝，當(dāng)下穿通道節(jié)段混凝土強度達到80%時，分離上下部節(jié)段，再將節(jié)段移至修整區(qū)，經(jīng)過修整后吊運至堆存區(qū)域；一般節(jié)段在堆存區(qū)至少存放一個月的時間，使節(jié)段混凝土充分完成收縮和徐變；之后即可進行節(jié)段的運輸和安裝。

(3) 在施工現(xiàn)場正式吊裝之前，應(yīng)先于廠內(nèi)完成預(yù)制節(jié)段的試拼工作，待裝車加固好后運抵現(xiàn)場；接著先匹配每節(jié)的上下節(jié)段成整體，再縱向依次吊裝整體節(jié)段，最后完成整孔的拼裝。

(4) 施工期間應(yīng)加強預(yù)制拼裝段及現(xiàn)澆段之間的施工縫和變形縫的防水質(zhì)量。施工縫只允許設(shè)水平施工縫，且采用鋼板止水帶；變形縫采用中埋式橡膠止水帶與外貼彈性聚氨酯防水涂膜復(fù)合而成的防水構(gòu)造形式。

(5) 該文介紹的既有道路下穿通道工程預(yù)制裝配式施工方案提高了生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量，改善了作業(yè)環(huán)境，同時工廠化生產(chǎn)提高了構(gòu)件的重復(fù)利用率，可實現(xiàn)綠色化施工。該成功案例可供今后建設(shè)類似工程參考。