成都市一環(huán)磨子橋隧道工程工業(yè)化預(yù)制拼裝設(shè)計(jì)

劉斌彬，李旭升，胡 蘇

（成都市市政工程設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610000）

0 引言

工業(yè)裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、快捷、環(huán)保”的原則，在安全實(shí)用的前提下，經(jīng)濟(jì)合理，且施工快捷方便，可降低施工過(guò)程對(duì)交通的影響時(shí)間，減小現(xiàn)場(chǎng)澆筑等高強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，綠色環(huán)保，具有較高的推廣價(jià)值。

目前，地鐵盾構(gòu)結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)的工業(yè)化預(yù)制拼裝技術(shù)比較成熟，但是對(duì)于市政隧道工程來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)僅有廈門(mén)臨港路隧道按照預(yù)制拼裝工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文以成都市一環(huán)磨子橋隧道工程預(yù)制拼裝段為例，介紹了城市下穿隧道的預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了歸納總結(jié)，為類(lèi)似工程的預(yù)制拼裝設(shè)計(jì)施工提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

成都市一環(huán)磨子橋隧道工程起于科華北路西側(cè)，終于紅瓦寺街東側(cè)，全長(zhǎng)約1 280 m，框架段長(zhǎng)920 m。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，設(shè)計(jì)特征周期為0.45 s。場(chǎng)地的地微動(dòng)卓越周期T=0.119 s。該建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。

隧道選取其中一段進(jìn)行建筑工業(yè)化預(yù)制裝配式設(shè)計(jì)。全段位于直線上，縱坡0.6%，斷面形式均為雙向5車(chē)道。框架結(jié)構(gòu)最大覆土厚度為4.18 m，最小覆土厚度為3.02 m，為單向坡。截面尺寸見(jiàn)圖1。

圖1 裝配式結(jié)構(gòu)斷面（單位：cm）

2 構(gòu)件拆分方案

構(gòu)件拆分需要綜合考慮結(jié)構(gòu)吊裝、運(yùn)輸、安裝和受力的要求，減少分塊和接縫，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)防水和受力的可靠性。1987年日本在仙臺(tái)地鐵工程中，采用了雙跨預(yù)制箱形結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)分頂板、底板、側(cè)壁、中柱共5個(gè)預(yù)制構(gòu)件，節(jié)段長(zhǎng)1 m，單個(gè)預(yù)制件最重約23.2 t；廈門(mén)疏港路下穿隧道[1]采用“M型頂板+W型底板”2塊式對(duì)接分法，縱向分塊長(zhǎng)度為2 m。

綜合考慮施工快捷程度和機(jī)械的吊裝能力，本工程將結(jié)構(gòu)上下一分為二，將單箱雙室框架結(jié)構(gòu)從中間切開(kāi)，頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)尺寸完全相同，便于預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化，見(jiàn)圖2。圖3比較了每環(huán)寬度為1 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m和2 m時(shí)的結(jié)構(gòu)吊裝重量，考慮施工現(xiàn)場(chǎng)龍門(mén)吊的噸位，拼裝后整環(huán)重量宜控制在250 t以內(nèi)。本工程將環(huán)向尺寸設(shè)置為1.5 m，單個(gè)預(yù)制件最重約113.76 t，整環(huán)重力227.52 t。此方案接頭少，漏水概率最小；拼裝最快，工期短；拼裝對(duì)位容易，預(yù)制精度及安裝誤差可控。

圖2 構(gòu)件拆分方案示意（單位：cm）

圖3 不同拆分方案環(huán)向尺度吊重

3 拼裝接頭設(shè)計(jì)

預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的接頭設(shè)計(jì)至關(guān)重要，對(duì)結(jié)構(gòu)受力和防水等影響很大。日本仙臺(tái)地鐵縱橫向采用鋼板、螺栓、銷(xiāo)釘?shù)嚷?lián)結(jié)方式。廈門(mén)疏港路縱向臨時(shí)采用臨時(shí)預(yù)應(yīng)力（精軋螺紋鋼），用環(huán)氧樹(shù)脂粘接，并施加永久預(yù)應(yīng)力，水平縫采用環(huán)氧樹(shù)脂粘接以及預(yù)埋鋼板焊接。借鑒日本和廈門(mén)的經(jīng)驗(yàn)，本工程水平接頭（見(jiàn)圖4）采用精軋螺紋鋼和抗剪鋼箱，環(huán)向縫采用永久預(yù)應(yīng)力結(jié)合環(huán)氧樹(shù)脂膠粘接。框架彎矩分布規(guī)律見(jiàn)圖5。

圖4 水平接頭位置

圖5 框架彎矩分布規(guī)律

水平接頭是整環(huán)受力的薄弱點(diǎn)，影響結(jié)構(gòu)受力的整體性，本項(xiàng)目水平接頭同時(shí)設(shè)置精軋螺紋鋼和抗剪鋼箱。張拉螺紋鋼后，預(yù)埋A3鋼板，用對(duì)穿M30普通螺桿帶膠緊固，并在拼接截面設(shè)置抗剪鋼箱（見(jiàn)圖6、圖7）。

圖6 抗剪鋼箱

圖7 抗剪鋼箱平面圖（單位：cm）

設(shè)計(jì)通過(guò)栓接夾板抗拉、鋼箱抗剪，滿足同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)等強(qiáng)設(shè)計(jì)的理念，滿足結(jié)構(gòu)受力和抗震的要求。取縱向節(jié)段長(zhǎng)度1.5 m，側(cè)墻厚75 cm，C50混凝土。全混凝土截面抗剪承載能力[2]:

截面豎向配置直徑20的HPB400鋼筋，間距10 cm，截面受壓區(qū)高度[2]：

截面抗彎承載能力[2]：

每1.5 m設(shè)置兩個(gè)抗剪鋼箱，抗剪承載能力[3]：

夾板厚度16 mm，間距600 mm，抗彎承載能力[3]：

由以上計(jì)算可知，即使水平處環(huán)氧樹(shù)脂失效，截面處僅有小鋼箱提供截面抗剪，鋼夾板承受彎矩，接頭仍然滿足受力要求。

環(huán)向縫設(shè)置陰陽(yáng)榫齒，沉降縫端頭塊分為陽(yáng)頭塊和陰頭塊。環(huán)向縫采用環(huán)氧樹(shù)脂膠，節(jié)段拼接采用臨時(shí)張拉精軋螺紋鋼，待全部固定后，張拉永久預(yù)應(yīng)力鋼絞線。張拉預(yù)應(yīng)力后截面壓應(yīng)力為0.55 MPa，給環(huán)氧樹(shù)脂膠提供凝結(jié)壓力，同時(shí)還能很好滿足縱向整體性要求[4]。

4 防水設(shè)計(jì)及耐久性設(shè)計(jì)

預(yù)制結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)防水均采用防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)不小于P10，全框架外包防水卷材。兩者防水的主要差別在于接縫的防水，包括水平縫、環(huán)向縫和沉降縫。

水平縫全部帶膠作業(yè)；迎水面上下鋼板縫隙間設(shè)置三角坡口，并粘貼遇水膨脹止水條；在螺栓孔和螺帽之間設(shè)置遇水膨脹橡膠墊圈；在夾板與既有預(yù)埋鋼板的邊緣刻槽設(shè)置遇水膨脹止水條。最后內(nèi)外側(cè)鋼板上用微膨脹環(huán)氧混凝土找平預(yù)留槽，起到防水及鋼板防腐蝕的作用，見(jiàn)圖8。

圖8 水平縫防水示意（單位：cm）

環(huán)向縫結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)均采用遇水膨脹止水條，涂刷環(huán)氧樹(shù)脂，并施加縱向預(yù)應(yīng)力，使截面保持0.5 MPa的永存壓力，確保環(huán)向縫不漏水，見(jiàn)圖9。

圖9 環(huán)向縫防水示意

沉降縫采用設(shè)置雙層止水帶的做法（見(jiàn)圖10）。迎水面設(shè)置紫銅片止水帶，一端預(yù)埋在預(yù)制構(gòu)件中，一端伸入另一側(cè)底板預(yù)留楔形槽內(nèi)。側(cè)墻和頂板采用預(yù)留槽后澆法施工。在結(jié)構(gòu)背水面設(shè)置背貼式可注漿式橡膠止水帶，通過(guò)設(shè)置預(yù)留槽，并預(yù)埋鋼板及螺栓，將橡膠止水帶固定。最后立模澆筑濕接縫混凝土，新舊混凝土之間設(shè)置遇水膨脹止水條，縫隙之間設(shè)置嵌縫材料，底板底預(yù)留槽內(nèi)灌注瀝青或防水材料。

圖10 沉降縫防水示意

本工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100 a，設(shè)計(jì)使用年限100 a。工廠化預(yù)制的混凝土密實(shí)性和可靠性有足夠的保證，結(jié)構(gòu)表面全部涂刷聚氨酯防水涂料并且外包防水板，增加混凝土抗侵蝕能力，降低碳化速度，提高混凝土耐久性。接縫采用環(huán)氧樹(shù)脂膠帶膠作業(yè)，增強(qiáng)接縫處抗?jié)B能力，同時(shí)隔絕大部分對(duì)橡膠有害的影響因素，提高了止水條的耐久性，保證了接縫防水的耐久性。

5 隧道施工方案

為了滿足本次下穿隧道預(yù)制構(gòu)件的安裝質(zhì)量要求、提高模板利用率、保證工效最優(yōu)，擬定采用“M”型長(zhǎng)線預(yù)制的工藝方式。即在預(yù)制場(chǎng)設(shè)置通長(zhǎng)底模臺(tái)座，節(jié)段通過(guò)模板前移的方式在預(yù)制臺(tái)座上澆筑。澆筑時(shí)，每段節(jié)段預(yù)制起始段采用一端固定端模，一端活動(dòng)端模進(jìn)行澆筑外，其余節(jié)段則采用一端為活動(dòng)端模，另一端為已澆的前一梁段做匹配節(jié)段進(jìn)行澆筑，確保了相鄰節(jié)段匹配接縫的拼接精度，當(dāng)新澆節(jié)段混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)、拆模后，模板前移把新澆筑塊作為匹配塊，完成下一節(jié)段的預(yù)制，并依此完成所有節(jié)段的預(yù)制，為提高模板使用效率和加快預(yù)制速度，在長(zhǎng)線法預(yù)制的基礎(chǔ)上采用周轉(zhuǎn)側(cè)模和端模的方式進(jìn)行匹配預(yù)制。具體施工過(guò)程見(jiàn)圖11。

6 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)化預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量可控、施工快捷便利、綠色環(huán)保，在市政隧道設(shè)計(jì)中有較高的推廣價(jià)值。成都一環(huán)磨子橋下穿隧道工程采用工業(yè)化預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)段劃分合理、結(jié)構(gòu)受力可靠、防水性能和耐久性滿足要求、施工方案可行，可為預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)在市政下穿隧道中的應(yīng)用提供參考。

圖11 隧道施工過(guò)程圖