淺談大斷面管節(jié)分段式預(yù)制工藝

谷文杰

（上海隧道工程有限公司構(gòu)件分公司，上海市 200120）

1 項目簡介

1.1 項目背景

項目位于浙江省杭州市某地下連接通道（見圖1），通道全長74m，采用土壓平衡式矩形頂管機(jī)進(jìn)頂管法作業(yè)施工，通道共計43節(jié)標(biāo)準(zhǔn)混凝土管節(jié)（1.5m）和現(xiàn)澆段結(jié)構(gòu)9.5m（長邊，位于隧道兩側(cè)洞門連接處）。頂進(jìn)坡度為上坡+1.68%，始發(fā)井覆土深度為5.44m，接收井位置覆土深度為4.2m。

圖1 工程應(yīng)用效果

1.2 管節(jié)情況簡介

本工程頂管管節(jié)斷面形式為類矩形，管節(jié)斷面外包尺寸為10060mm×5260mm，管節(jié)壁厚700mm，節(jié)寬1500mm，單節(jié)混凝土管節(jié)重約70t。

管節(jié)采用上下兩分段式預(yù)制設(shè)計，即圖2中灰色區(qū)域為預(yù)制段，紅色區(qū)域為UHPC現(xiàn)場濕接法連接接頭。預(yù)制構(gòu)件廠內(nèi)事先采用強(qiáng)度等級為C50、抗?jié)B等級P8混凝土進(jìn)行分段預(yù)制，后將兩分塊送至現(xiàn)場使用超高性能混凝土（UHPC）完成結(jié)構(gòu)連接。

圖2 管節(jié)斷面尺寸（單位：mm）

2 分段式管節(jié)預(yù)制流程簡述

因本工程的首創(chuàng)性與特殊性，項目實施團(tuán)隊合理運(yùn)用了BIM技術(shù)，從項目實際出發(fā)，運(yùn)用BIM技術(shù)能夠提前模擬施工全過程，為預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)及安裝保駕護(hù)航。

混凝土澆筑及鋼筋骨架加工屬常規(guī)性工藝，本文不予贅述，本工程采用兩底一模（一套內(nèi)外模、一套二次澆筑立模、兩套底模），兩套底模項目初期于廠內(nèi)可延遲起吊時間，保障起吊強(qiáng)度、增加產(chǎn)量；臨近頂推節(jié)點時，運(yùn)至推進(jìn)現(xiàn)場用于管節(jié)連接，設(shè)計預(yù)制分段思路見圖3。

圖3 設(shè)計預(yù)制分段思路

3 預(yù)制問題與解決

3.1 端板拆除問題

3.1.1 端板難以拆除

因本工程設(shè)計由濕接頭完成連接，管節(jié)上下兩分塊連接端頭各預(yù)留450mm的伸出鋼筋，鋼筋互相交錯均布，導(dǎo)出端模板難以拆除（見圖4）；而管節(jié)分段到達(dá)現(xiàn)場后，需要安裝進(jìn)底模，進(jìn)行鋼套環(huán)連接后，二次澆筑UHPC。

圖4 端板難以拆除

3.1.2 自主研發(fā)可分離式底模

針對端板難以拆除的問題，聯(lián)系專業(yè)鋼模廠商，協(xié)商開發(fā)了可分離式底模。在原有底模底部增設(shè)四根滑軌，底?？煞蛛x端可通過下部滾輪進(jìn)行分離處理，底模分離后即可進(jìn)行端板脫模作業(yè)，見圖5。

圖5 底模分離、端板拆除（單位：mm）

而當(dāng)分段式管節(jié)放入底模后，需要對底模進(jìn)行推合。底模推合到位后，再通過4根定位銷及定位套進(jìn)行定位拼裝，拼裝完成后需通過M24螺栓鎖緊加強(qiáng)貼板，方可完成底模拼裝，見圖6。

圖6 底模分離及定位系統(tǒng)示意

本工程管節(jié)為類矩形管節(jié)，插口端有小鋼套環(huán)預(yù)留凹槽，而底模有外倒角，二次入模可通過鋼套環(huán)及插口端預(yù)埋槽口進(jìn)行定位入模，確保管節(jié)與底模之間的精確定位。

3.2 大斷面管節(jié)翻身問題

3.2.1 管節(jié)翻身困難

本工程管節(jié)斷面尺寸達(dá)10060mm×5260mm，單節(jié)重約70t，預(yù)制廠內(nèi)采用上下兩分塊設(shè)計，導(dǎo)致管節(jié)短邊腰側(cè)翻身孔不處于重心水平線上，翻身存在失穩(wěn)危險，見圖7。

圖7 翻身工藝孔位置

3.2.2 定制式翻身架

針對本工程分段式管節(jié)的特殊性，為滿足管節(jié)翻身需要，聯(lián)合專業(yè)鋼模生產(chǎn)廠商，開發(fā)了針對本工程的定制式翻身架（見圖8），利用上下兩分塊的兩側(cè)腰部翻身孔加工了二合一轉(zhuǎn)接翻身軸，保障翻身過程的重心位置，滿足了翻身需求，確保了管節(jié)翻身的順利進(jìn)行，形成了針對于采用分段式設(shè)計的頂管管節(jié)翻身工藝技術(shù)儲備，同時也提高了翻身行為安全性。

圖8 定制式翻身軸及翻身架

4 創(chuàng)新工藝點

4.1 預(yù)制構(gòu)件防水體系生產(chǎn)創(chuàng)新

（1）接縫內(nèi)防水

因二次澆筑拼接端口外側(cè)存在拼接縫，而UHPC與預(yù)制段C50由于混凝土密度差異及澆筑時間的先后，存在混凝土收縮情形，導(dǎo)致接觸截面形成滲水通道的可能。

于本工程管節(jié)在預(yù)制段與二次澆筑的UHPC段接觸面，進(jìn)行了鑿毛處理，并預(yù)埋了止水條。將止水條與承口端、插口端的鋼套環(huán)閉合形成避水回路，從而滿足地下工程防水需求，見圖9。

圖9 接縫內(nèi)防水體系創(chuàng)新

（2）接縫外防水

在二次澆筑UHPC滿足7d養(yǎng)護(hù)要求的齡期后，于外弧面進(jìn)行了外防水涂料的涂覆，并進(jìn)行了保濕養(yǎng)護(hù)，確保外防水體系正常，見圖10。

圖10 接縫外防水體系創(chuàng)新

4.2 BIM技術(shù)助力預(yù)制項目推進(jìn)實施

4.2.1 項目前期BIM技術(shù)模擬生產(chǎn)流程

因本工程的首創(chuàng)性與特殊性，項目實施團(tuán)隊合理運(yùn)用了BIM技術(shù)，從項目實際出發(fā)，運(yùn)用BIM技術(shù)能夠提前模擬施工全過程，對可預(yù)見的施工難點進(jìn)行數(shù)據(jù)化模擬，編寫合理的施工專項方案。且在施工過程中運(yùn)用BIM技術(shù)能夠達(dá)到實時監(jiān)控進(jìn)度，控制成本，優(yōu)化資源配置，及時協(xié)調(diào)專業(yè)沖突，提高施工管理的效率[1]。在項目發(fā)起階段，利用BIM技術(shù)的模擬性，預(yù)先模擬了生產(chǎn)流程，在可視化的基礎(chǔ)上快速暴露生產(chǎn)過程中的工藝矛盾點制定解決預(yù)案，提高了與設(shè)計及施工溝通的效率，最終確定了管節(jié)分段接頭處理、鋼模的形式、管節(jié)分段預(yù)制的生產(chǎn)工序，并采用定制化模具，以達(dá)到管節(jié)分段預(yù)制要求。

4.2.2 項目實施階段BIM技術(shù)三維交底

在生產(chǎn)方案確認(rèn)、實際項目生產(chǎn)前，項目實施團(tuán)隊利用BIM技術(shù)提前建模預(yù)演重、難點工序細(xì)節(jié)，將初步確定的施工方案細(xì)節(jié)對分包進(jìn)行三維交底，幫助分包單位快速領(lǐng)會預(yù)制方案，提高溝通效率，減少預(yù)制過程中的錯誤發(fā)生率。

4.2.3 項目實施階段BIM技術(shù)工程量匯總

項目實施團(tuán)隊于項目推進(jìn)期間，創(chuàng)新性的利用Revit等主流BIM軟件，建立了管節(jié)的LOD300精度模型（見圖11），并利用模型進(jìn)行了工程量輔助統(tǒng)計及匯總工作。工程量統(tǒng)計方法的改進(jìn)不僅有利于加快概預(yù)算速度、減輕概預(yù)算人員的工作量、提高概預(yù)算質(zhì)量，而且對于增強(qiáng)審核及審定透明度都具有非常重要的意義[2]。

圖11 LOD300精度管節(jié)模型

4.3 預(yù)制生產(chǎn)過程精細(xì)化管理

4.3.1 生產(chǎn)方案落實管理

（1）生產(chǎn)前進(jìn)行班組技術(shù)交底及技術(shù)安全專項交底

項目實施團(tuán)隊于項目試生產(chǎn)前，技術(shù)部門及安全部門牽頭對作業(yè)班組進(jìn)行分班組交底，保障項目實施過程的技術(shù)管控；針對本工程易發(fā)生的安全事故以及設(shè)備操作注意事項，對分包單位進(jìn)行了安全教育。

（2）生產(chǎn)過程中技術(shù)跟蹤及安全落實工作

因本工程鋼模設(shè)計及防水設(shè)計的特殊化，針對生產(chǎn)過程中的重、難點，如分段節(jié)底模脫模、UHPC截面粘貼遇水膨脹止水條等問題，技術(shù)人員按照設(shè)計及施工要求匯總，及時跟蹤現(xiàn)場問題并提出合適的解決方案，以保障現(xiàn)場能夠繼續(xù)生產(chǎn)。見圖12。

圖12 試生產(chǎn)過程技術(shù)及安全管理跟蹤

4.3.2 作業(yè)指導(dǎo)書精細(xì)化管理

無論是管理環(huán)節(jié)的優(yōu)化，還是企業(yè)生產(chǎn)成本的控制,都需要從整體上實行精細(xì)化管理。通過在生產(chǎn)過程中對質(zhì)量、成本等諸多指標(biāo)進(jìn)行精細(xì)化管理，制造業(yè)預(yù)定的精細(xì)化管理效果才會得到更大范圍的實現(xiàn)。我司項目實施團(tuán)隊根據(jù)本工程特點，針對各道工序，編制了生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書以及質(zhì)量控制要求，并嚴(yán)格向班組進(jìn)行了交底，確?，F(xiàn)場人、機(jī)、料的合理調(diào)配，管控現(xiàn)場材料質(zhì)量、減少現(xiàn)場材料浪費、為現(xiàn)場質(zhì)量管理人員進(jìn)行質(zhì)量管理工作提供衡量指標(biāo)，見圖13。

圖13 分段式管節(jié)生產(chǎn)指導(dǎo)書示意

4 結(jié)語

近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，城市對公共基礎(chǔ)設(shè)施的需求不斷增加，市政工程項目越來越多。隨著城市的不斷拓張及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)動化進(jìn)程持續(xù)加快，城市交通問題日益突出。

在城市發(fā)展的交通需求劇增與道路運(yùn)輸條件的限制相互矛盾的背景環(huán)境下，大斷面尺寸預(yù)制構(gòu)件分段預(yù)制不僅是必行之路，更是破冰之舉。本文剖析了國內(nèi)首條采用濕接法連接的分段式管節(jié)工程及新型濕接法連接接頭構(gòu)想，希望能助力市政裝配式構(gòu)件設(shè)計向更開放的方向發(fā)展，革新現(xiàn)有預(yù)制構(gòu)件型式，推動超大型斷面尺寸隧道發(fā)展！