預制電力管廊不同生產成型工藝綜合對比分析

黃逸飛，閆興非，宗 霏，茍 超，廖 羿，谷紅強

(成都交投建筑工業化有限公司技術研發中心，四川成都 610042)

隨著城市化建設步伐不斷加快，大量新增的各類管線需要安裝，同時老舊管線出現老化破損也亟待更換，于是城市內開挖路面埋設管線的場景不斷出現，導致公共資源極大的浪費，并且對城市交通及經濟發展造成影響。為更好地解決這類城市問題，第一條地下綜合管廊系統在巴黎建造出來，世界各國都迅速跟進相關方面的建設[1]。經過一百多年的研究、改良和實踐，管廊的技術水平已日趨成熟[2]。綜合管廊設有專門的檢修口、吊裝口和監測系統，實施統一規劃、統一設計、統一建設和管理，完全解決了反復開挖地面造成的一系列社會問題[3]。在近些年來我國也大量應用綜合管廊作為市政項目地下管線的配套[4]。國內地下綜合管廊的施工方法主要有現場澆筑、預制拼裝及盾構法等，而預制拼裝作為一項新技術，通過管節在工廠內生產，然后運輸至施工現場，最后完成現場拼裝[5]。預制管節主要的混凝土施工在工廠內完成，集約化、規范化、工廠化生產，提高了構件質量穩定性，對于施工現場來說減少了項目干擾因素、降低了工程建設能耗、減少了施工配套附屬設施、降低了現場組織難度、縮短了建設工期、減少了對周邊環境的破壞，因此也被國家大力推廣[6-7]。

預制管廊在設計上通常分為標準節段和與現澆段相連的非標準節段兩種結構形式，生產上存在臥式生產和立式生產兩種方式(臥式生產為管節混凝土澆筑時端口為水平方向，立式生產為管節混凝土澆筑時端口為垂直方向)，不同節段形式在不同生產方式下各有優缺點，如何合理選擇的生產方式，是保證生產質量、效率及成本所必須考慮的問題[8]。本文以成都市簡陽某預制電力管廊項目為背景，對比分析不同結構類型分別采用兩種生產方式對生產效率、生產難度、表觀效果等方面的影響，為今后預制電力管廊的生產方案定制提供參考。

1 項目概況

成都某新建道路，是天府機場建設的配套項目，其中預制電力管廊是天府國際機場及周邊供電系統中的重點工程。其中電力管廊總長度為8 200 m，根據覆土深度和管廊線性布置圖，考慮標準化預制生產，設計中可預制部分為5 538 m，預制率約為67.5 %，預制節段長度為3 m，內徑高度為2.7 m，寬度為2.4 m。節段間通過承口與插口拼接并用預應力鋼筋連接，連接完成后進行預應力張拉，接口處采用遇水膨脹膠條及楔形膠圈做防水處理，在與人孔、風孔等現澆段連接處設計非標準節段，連接端口預埋橡膠止水帶與現澆端連接。標準斷面圖如圖1所示。

圖1 預制電力管廊標準斷面(單位:cm)

2 臥式和立式生產工藝

本項目預制電力管廊生產采用臥式和立式兩種方式進行，其生產工藝流程分別如圖2、圖3所示。

圖2 臥式生產工藝流程

圖3 立式生產工藝流程

2.1 臥式生產工藝

以標準節段為例，臥式生產步驟如下：

2.1.1 鋼筋下料

首先進行鋼筋下料環節，通過使用一系列高精度、自動化設備對鋼筋進行剪切、彎曲形成鋼筋綁扎環節所需的鋼筋半成品。半成品加工減少了普通鋼筋工投入，減少了人的不確定因素，保證了毫米級的加工精度，提高了鋼筋加工質量穩定性。

2.1.2 鋼筋籠綁扎

鋼筋籠綁扎作業在專業臥式綁扎臺上完成，使用鋼筋掛片準確定位鋼筋。鋼筋擺放就位后，焊接工人按圖進行鋼筋焊接，在綁扎胎架的輔助下，焊接速度和質量都得到了極大提高。

2.1.3 模具組裝及鋼筋籠入模

模具組裝是管節預制的重要環節，其安裝精度對成品質量的保證至關重要。組裝流程為：外模底模就位—鋼筋籠放置—預埋件安裝—外模側模安裝—端模安裝—內模側模及頂模安裝。其中，內模的底模在管節底面澆筑完成并人工收面后進行安裝，鋼筋籠吊裝需采用多點掛鉤方式保證鋼筋籠不發生變形,見圖4、圖5。

圖4 模具組裝1

圖5 模具組裝2

2.1.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑環節需要三步實施，首先澆筑管廊底面，人工完成收面。其次安裝內模的底模，底模需通過液壓設備及栓接等方式與內外模進行連接。最后澆筑余下部分，管節側板分兩層澆筑及振搗，振搗設備為振動棒與附著式振搗器配合使用,見圖6。

圖6 臥式澆筑

2.1.5 混凝土養護

澆筑完成后在原地進行蒸養環節，蒸養時間4～6 h，當混凝土強度不低于 25 MPa時完成蒸養工作。

2.1.6 脫模

蒸養完成后進行脫模工作，通過專業工裝設備先對管廊內模進行拆除，再對外模進行拆除,見圖7。

圖7 臥式脫模

2.1.7 堆放

脫模完成后使用專業運輸設備轉運管廊節段至管廊堆放區進行堆放。

2.2 立式生產工藝

立式生產工藝在鋼筋下料、鋼筋籠綁扎、混凝土養護、脫模及堆放環節與臥式生產工藝相同，這里僅對立式生產不同于臥式生產的環節進行討論。

2.2.1 模具組裝及鋼筋籠入模

與臥式生產對比，立式生產模具組裝一是組裝流程不同，其流程為：承口端模就位—內模安裝—鋼筋籠翻轉—鋼筋籠安裝—預埋件安裝—外模安裝—插口端模安裝。二是模具組裝方式不同，立式模具使用時只需要通過專業工裝設備進行合攏并進行螺栓連接即可，不同于臥式模具使用時采用液壓頂推裝置安裝內模。三是鋼筋籠統一在綁扎臺上臥式綁扎，立式模具入模前需對鋼筋籠進行翻轉,見圖8。

圖8 立式模具組裝

2.2.2 混凝土澆筑

立式生產無需在澆筑過程中安裝模具，混凝土澆筑根據高度等分成三層澆筑,見圖9。

圖9 立式澆筑

2.2.3 翻轉

相較于臥式生產工藝，立式生產的管節在脫模完成后，需利用專用翻轉設備進行管節翻轉后存放,見圖10。

圖10 管廊翻轉

3 兩種生產工藝對比分析

3.1 生產工效對比分析

臥式及立式生產工效上的差異主要體現在混凝土澆筑及鋼筋籠和管節翻轉等環節。

(1)混凝土澆筑環節，都分三層澆筑而成，但是臥式生產混凝土下料口工作面比立式生產略大更便于澆筑，此環節臥式生產比立式生產耗時每節要節省約5～10 min，臥式澆筑完成一個節段總耗時約為40 min，而立式澆筑時間約為45～50 min，臥式澆筑時間比立式澆筑節約12.5 %以上。

(2)立式生產鋼筋籠入模前的翻轉及成品脫模后的吊裝翻轉，每節段綜合增加時間約為20 min。綜上所述，臥式生產在工效上更具有優勢，更符合工廠對工業化生產的要求。

3.2 表觀質量對比分析

臥式生產的電力管廊內底面在澆筑完成后由人工收面，成型效果較為粗糙，其余部位混凝土表觀光滑且氣泡較少；立式生產的電力管廊插口表面由人工收面，故成型效果較為粗糙。由于在管廊安裝時，節段承插口平整更易保證連接處防水功能完好，而內底面因需要澆筑墊層，故安裝現場需進行鑿毛處理，其表觀質量不影響管廊功能性。因此，在表觀質量方面，臥式生產優于立式生產。

3.3 經濟性對比分析

3.3.1 模具成本

因臥式模具無外模頂板，故含鋼量相對立式模具減少較多，臥式模具每套重量為16.4 t，而立式模具每套重量為18.2 t，加之立式模具的加工及組裝要求較高，故立式模具成本比臥式模具較高。

3.3.2 工裝設備

根據第2章所述，立式生產相比臥式生產需增加鋼筋籠及成品管節翻轉的環節，尤其是成品翻轉需利用專用的翻轉裝置，每套成本為10萬元～15萬元，如生產工期要求越高，則翻轉裝置配置的數量及成本投入隨之增加。

3.3.3 吊點設置

臥式生產管節的吊點為頂板四角設置4個吊環，管節廠內轉運及現場吊裝均采用這4個吊點，而立式生產管節需在左右兩側側板各設置2個吊裝孔，用于管節脫模后起吊，同時頂板設置4個吊釘，用于翻轉后廠內轉運及現場吊裝，故立式生產相比臥式生產每節多增加4個吊裝孔，吊點成本高于臥式生產。

綜上所述，臥式生產相比立式生產更利于成本控制。

3.4 非標準節電力管廊

此前所述均是基于標準節段，對于與現澆段相連的非標準節段，與現澆節段相連端需在混凝土澆筑完成至初凝前加裝變形縫鋼邊橡膠止水帶，以方便后期安裝時與現澆段濕接。臥式模具承插口由模具全覆蓋，無法安裝變形縫鋼邊橡膠止水帶，而立式模具頂部可去掉端模，便于變形縫鋼邊橡膠止水帶的安裝。因此對于非標準節電力管廊，從工藝角度考慮，更適合采用立式生產。

4 結論

本文結合成都某預制電力管廊項目，介紹了臥式和立式兩種不同的管節生產工藝，再通過對比分析兩種不同生產工藝在生產工效、表觀質量、經濟性和非標準節生產等方面的優劣勢，得出以下結論：

(1)臥式生產工藝和立式生產工藝是目前預制管廊生產中應用較為廣泛的兩種生產工藝，實際生產中可結合項目和預制廠實際情況選用。

(2)單艙標準節段管廊推薦采用臥式生產工藝，相較于立式生產工藝，其在生產效率、表觀質量、成本控制等方面具有優勢。

(3)對于非標準節段管廊推薦采用立式工藝生產，便于現場操作及質量控制。