城市軌道交通盾構區間預埋尼龍套管技術研究

郭桃明 陳成陽

(1.深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳 518026;2.珠海大橫琴口岸建設開發有限公司，廣東珠海 519000)

隨著城市軌道交通建設周期縮短，為減少區間施工對周邊環境的影響，區間多采用盾構法施工。軌道交通區間存在大量需固定的管線，傳統在混凝土管片植入錨固技術帶來的混凝土結構受損、耐久性降低、工效低下、安裝質量無法保證、安裝部件移位困難、工作條件惡劣等諸多不利因素，并給運營帶來了長期的隱患。在混凝土結構中設置預埋件代替后期植筋、打膨脹螺栓等施工方法，提高設計和施工質量、精度，使得設計及施工理念由粗放走向精細化。預留預埋技術是目前國內外建設工程安裝工業化、標準化發展的趨勢，此技術在確保混凝土結構強度和耐久性、提高安裝效率、零噪聲和零粉塵等方面效果顯著，使得該技術廣泛應用于國內外民用建筑、公路與鐵路工程、水利工程、電力工程、核工業等各類項目中，國外部分城市軌道交通工程的部分安裝項目已采用了此技術。地鐵工程預留預埋技術大致可分為兩類:預埋尼龍套管和預埋滑槽。尼龍套管方案是將尼龍高分子材料制成的套管澆筑在混凝土構件內，通過螺栓連接構件與混凝土結構。目前廣深地區盾構管片多采用通用環，通用環混凝土管片存在楔形量，為配合線路曲線和盾構管片縱向無通縫的要求需不停地對管片進行旋轉，從而導致管片在施工過程中環向位置不確定。盾構管片預埋位置較明挖區間和車站預埋更加難以定位，定位工藝要求高，工效較低。

1 區間管片受力情況

1.1 區間荷載情況

盾構管片固定強電電纜、疏散平臺、電信管線等各種管線和設備，經分析盾構管片所受附加外荷載主要為強電電纜自重荷載、疏散平臺自重荷載及其上的活荷載。強電電纜自重荷載1.51 kN/m、疏散平臺自重荷載 2.0 kN/m、疏散平臺活荷載6.8 kN/m。廣深地區盾構管片環寬為1.5 m，高壓、低壓及弱電電纜支架間距按相關規定通常為1 m，需增加轉換支架，荷載約為0.5 kN/m。盾構管片與連接螺栓在外荷載作用下可能產生的破壞為:1)外荷載為盾構管片切線方向時，盾構管片沿連接螺栓局部受壓破壞;2)外荷載為盾構管片法線方向時，盾構管片手孔邊緣位置受沖切破壞;3)在外荷載較大時，連接螺栓同時受拉與受剪破壞。經計算分析最大受力為沿管片切向，單點最大荷載為20.96 kN。

1.2 預埋件承載力

為保證預埋尼龍套管承載力可滿足工程需要，對市場上尼龍套管進行了測試和現場試驗，尼龍套管規格為M8，M10，M12，單個抗拔力分別為14 kN，20 kN，28 kN，破壞狀態為金屬螺桿從尼龍套管中滑落，即尼龍套管破壞。尼龍套管規格為M28時，單點抗拔力為296 kN，破壞狀態為混凝土破壞。尼龍套管高溫老化和濕熱老化無變形無變色，垂直燃燒級別符合V-1級要求。尼龍套管M8雙點可滿足極限要求，M12單點可滿足承載力和耐久性的要求。

2 尼龍套管預埋方案

2.1 尼龍套管定位設計

本工程盾構管片為廣深地區常用的通用環，管片寬度為1.5 m。盾構管片由3塊標準塊和2塊相鄰塊及1塊封頂塊組成，同一環管片大小不一致且有楔形量。由于盾構區間多非直線型，存在著平面曲線和豎向曲線，施工過程中需不斷旋轉管片以匹配線路走向;同時根據盾構施工驗收規范的要求，區間縱向不得出現通縫，即使為直線型線路也需要不斷旋轉管片。所以盾構管片預埋尼龍套管需解決管片旋轉帶來的位置變化的問題。根據管片限界圖，實際需要布置螺栓的位置相對較少，一環標準管片一般需要布置14個固定點(見圖1)。經研究，雖然盾構管片環在施工過程中需不斷旋轉，但管片環間連接螺栓的連線和線路走向一致，故預埋尼龍套管位置和管片縱向連接螺栓位置成為解決問題的關鍵。預埋套管若要保證相鄰套管在縱向成平行直線、方便設備安裝，需在每環管片上都預埋套管，且套管間的圓心角應為模數。盾構管片縱向連接螺栓為10個，即螺栓間角度為36°。若尼龍套管環向間距為 36 的約數(即 3°，6°，9°，12°，18°)，無論管片如何旋轉，都能保證環向尼龍套管位置不變。經比較，12°和18°與區間疏散平臺和強電電纜較難匹配;3°富余量過大;6°和9°與支架錨固點之間匹配度較好，6°富余量稍大，故采用9°(見圖1)。在管片環圓周每9°預埋套管，一環管片需布置40個尼龍套管。若采用雙排布置(并列或梅花形布置)，一環管片需布置80個尼龍套管。

圖1 尼龍套管預埋定位圖

2.2 尼龍套管預埋定位

尼龍套管在現澆混凝土預埋定位精度控制一直是工程界的難題，且由于鋼筋混凝土管片不同埋深配筋不同，同時管片鋼筋網片間距較大，難于將尼龍套管直接綁扎在鋼筋網片上;同時直接綁扎定位精度差和工效低。借鑒我公司在接觸軌支架底座現澆混凝土預埋尼龍套管施工時，制作的簡易預埋尼龍套管模具的成熟經驗，需在管片內側提供精確的尼龍套管固定點，故只能在管片鋼模板上設置尼龍套管固定螺栓。目前通用的盾構管片預制鋼模板內部無提供定位點的條件，需在鋼模板中焊接螺栓來定位尼龍套管。

2.3 尼龍套管角度

若按徑向設置尼龍套管，則可保證尼龍套管外部和內部均可以完美重合。在管片預制養護后，從管片鋼模板吊離時，管片為垂直運輸，而管片上的尼龍套管為徑向設置，非豎直設置，使得管片和模板之間形成夾持，無法吊離。為保證預制鋼筋混凝土管片正常垂直吊離，則需將所有尼龍套管預埋方向調整為與管片內弦垂直方向。故管片徑向與尼龍套管產生夾角，弧度越長的管片(標準塊)邊緣的尼龍套管和管片徑向的夾角越大。當尼龍套管環向間距9°時，夾角約為31.5°。調整尼龍套管角度后，可滿足預埋尼龍套管的混凝土管片吊離鋼模板的需要。

3 造價比較

根據市場詢價，M12尼龍套管價格為21元/個(共40個)，鋅鎳滲層白螺栓28.94元/個(共20個)，一環管片上螺栓和套管造價約為1 418.8元/環管片(不含安裝施工的人工費)，即946元/m。而采用預埋尼龍套管后，區間增加了轉換梯式支架，綜合單價增加為680元/m，即采用尼龍套管方案造價約為1 626元/m。傳統的區間隧道管片采用鉆孔、化學錨栓和膨脹螺栓，其造價約為1 500元/延米，兩者造價幾無差異。

4 結語

考慮到盾構管片具有100年安全使用年限要求，管片上需要安裝的設備多而雜，各種設備的安裝要求不同，采用預埋尼龍套管較傳統的植入錨固施工更為安全，且造價相差無幾;同時可滿足后期新設設備的需要。本文結合工程實踐和前期研究，提出了每環環向平均分布40個尼龍套管(間距9°)的設計方案，同時提出了改造既有設備滿足高精度的定位要求，并對尼龍套管采用垂直于管片內弦的細部處理方案，為類似項目提供了借鑒的經驗。

［1］李澤源.對工程預埋件施工工藝的探索［J］.水利科技與經濟，2008(10)：849-850.

［2］戚海剛.保證鋼結構預埋件預埋施工質量的探討［J］.山西建筑，2007，33(2)：240-241.

［3］時洪寶，孟慶利.淺議建筑預埋件施工方法［J］.科技創新導報，2009(11)：38.

［4］賈永賓，呂會喜，王麗麗.高精度大預埋件的制作與施工技術［J］.施工技術，2008(S1)：318-319.