長節段大噸位預制拼裝綜合管廊設計

胡玉龍

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引 言

綜合管廊是一種減少道路反復開挖、實現管線的集約化運營管理、提高城市韌性水平的新型市政基礎設施[1]。綜合管廊的施工工藝一般分為現澆施工和預制拼裝兩大類，其中預制拼裝工藝具備設計標準化、構件產品化、施工機械化、管理信息化的特征，是整合設計、施工、設備等全產業鏈，實現建筑產品節能、環保、全生命周期價值最大化的綠色建造方式[2]。

1 拼裝體系

結合已有的綜合管廊工程案例，綜合管廊預制拼裝工藝主要分為整節段預制拼裝、分塊節段預制拼裝、疊合預制拼裝、多艙組合預制拼裝等四類形式[3]，見圖1。整節段預制拼裝接縫少，整體性好，但構件尺寸及重量大，對運輸及安裝設備要求較高；分塊節段預制拼裝構件尺寸及重量小，安裝方便，但接縫多，整體性差，滲漏點多；疊合預制拼裝借鑒裝配式建筑，構建重量小，但施工工序多，現澆工作量大；多艙組合預制拼裝化整為零，構建尺寸及重量小，但縱橫向預應力張拉復雜，相鄰外壁板導致混凝土用量大。

圖1 預制拼裝綜合管廊分類

綜合比較四種工藝，整節段預制拼裝在結構整體性、防水性能及工效方面優勢明顯，但受制于常用運輸及安裝設備的載重性能，該工藝主要應用在小斷面、短節段管廊工程中，導致工程綜合效益及工效均較差，無法大范圍推廣使用。高鐵工程中的分體式架橋裝備利用提梁機、運梁車和架橋機分別完成大型預制件的吊裝、運輸及安裝施工[4]?？紤]長節段大噸位預制管廊節段的尺寸及重量與高鐵預制梁較接近，本工程借鑒高鐵施工技術，提出一種在管廊結構上方運輸及安裝管廊的工藝，并研發配套的運廊車及架廊機等設備，滿足長節段、大噸位預制拼裝綜合管廊的施工需求。

2 工程概況

綜合管廊工程為四艙矩形斷面，管廊容納給水（DN500）、配水（DN200）、再生水（DN300）、220 kV 電力（2 回）、110kV 電力（9 回）、10 kV 電力（32 回）、通信（32 孔）、次高壓燃氣（DN400）、中壓燃氣（DN350）及自用管線。綜合管廊艙室從左至右依次為燃氣艙、水信艙、電力艙Ⅰ、電力艙Ⅱ，標準斷面凈尺寸為12.0 m×3.2 m，管廊標準斷面見圖2。

圖2 綜合管廊標準斷面布置圖（單位：mm）

綜合管廊布置在道路中央隔離帶及東側機動車道下方，標準斷面覆土深度為8 m，管廊橫斷面見圖3。

圖3 綜合管廊橫斷面（單位：mm）

3 施工工藝

本工程為整節段預制拼裝工藝在長節段、大噸位應用場景中配套研發了運廊車及架廊機。綜合管廊運輸設備為運廊車，運廊車額定裝載質量500 t，車輛自身質量約132 t；車輛共計20 軸，單軸最大荷載為（500+132）/20=31.6 t。管廊安裝設備為TLJ600 t 架廊機，架廊機實際吊重500 t（管廊+ 吊具），架廊機自身質量約384 t；架廊機主要包含起重天車、主梁、前中后支腿和電液控制系統，可通過調節支腿間距適應于3～5 艙管廊結構。設備見圖4。

圖4 設備示意圖（單位：mm）

預制拼裝試驗段長度約816 m，管廊外包尺寸為13.0 m×4.2 m，節段長度為8 m，單節段重約402 t，構件尺寸及重量均較大。運廊車和架廊機施工工序如下：

工序一：利用輪軌門式龍門吊安裝始發段綜合管廊（8 節段），在管廊頂板上完成運廊車和架廊機的拼裝；

工序二：輪胎式運廊車在管廊頂板上運送管廊節段，調整管廊后支腿，使運廊車通過后支腿，達到中支腿和后支腿之間；

工序三：架廊機天車吊起管廊節段，穿過中支腿，然后利用天車旋轉系統，將管廊旋轉90°，隨后進行落廊操作；

工序四：兩個管廊節段張拉完成后，鋪設架廊機滑移軌道，基坑中前支腿懸起，架廊機前移16 m（2節段）。重復上述流程，往復施工。施工流程見圖5。

圖5 運廊車和架廊機施工流程

4 結構設計

綜合管廊標準斷面為四艙，外包尺寸為13.0 m×4.2 m，管廊頂板覆土為8.0 m。管廊頂底板及外壁板厚度均為500 mm，中隔墻厚度為300 mm，板厚及配筋見圖6。

圖6 標準斷面配筋圖（單位：mm）

綜合管廊標準斷面的計算分為靜力工況和施工工況。經驗算，設備及預制管廊節段重量均較大，對標準斷面的荷載作用較靜力工況大，故施工工況為控制工況?？紤]管廊靜力計算較常規，且不是控制工況，故后續僅介紹施工工況的驗算。

施工工況主要是分析運廊車和架廊機作用在標準斷面頂板時的結構受力，分為運廊車工況、架廊機后支腿工況和架廊機中支腿工況等。考慮本工程為國內首個采用運廊車及架廊機運輸安裝工藝的管廊項目，為確保管廊結構安全及后期防水效果，施工工況同時驗算承載能力極限狀態和正常使用極限狀態，其中要求裂縫寬度不大于0.2 mm 的正常使用極限狀態起控制作用。施工工況的荷載主要包括節段自重、運廊車或架廊機設備重量及頂板上施工活荷載。其中設備重量需考慮1.5 荷載沖擊系數。下面詳細介紹各施工工況驗算過程。

4.1 運廊車工況

運廊車工況是運廊車裝載8 m 預制節段后行駛在電力艙兩側中隔墻上方時不利狀況，運廊車額定裝載質量500 t，車輛自身重量約132 t?？紤]車輛為20 軸，且胎壓較小，接觸面積較大，故車輛荷載可簡化為沿中隔墻分布的均布荷載，荷載標準值為115.2 kPa。經計算，結構強度滿足要求，裂縫也在規范限值0.2 mm內。計算結果見圖7。

圖7 運廊車工況計算簡圖

4.2 架廊機后支腿工況

后支腿荷載最大出現在架廊機將管廊節段從運廊車上提起時，此時預制節段重量主要集中在后支腿，后支腿四個荷載標準值分別為62.0 t、62.0 t、104.5 t、104.5 t，合計約333 t。單個支腿的作用面積約600 mm×1 700 mm，支腿下最大局部壓強約1 024.5 kPa。經計算，結構強度滿足要求，裂縫也在規范限值0.2 mm 內。計算結果見圖8。

圖8 運廊車工況計算簡圖

4.3 架廊機中支腿工況

中支腿荷載最大出現在架廊機天車吊起管廊穿過中支腿時，此時預制節段重量主要集中在中支腿，中支腿五個荷載標準值分別為154.0 t、140.0 t、140.0 t、140.0 t、170.0 t，合計約744 t。單個支腿的作用面積分為600 mm×1 700 mm 及600 mm×2 500 mm，支腿下最大局部壓強約1 372.5 kPa。經計算，結構強度滿足要求，裂縫也在規范限值0.2 mm 內。該工況為施工期間的控制性工況。計算結果見圖9。

圖9 運廊車工況計算簡圖

5 防水設計

綜合管廊采用C45 防水混凝土，混凝土抗滲等級為P8?？紤]預制管廊節段是預制場內制作，混凝土澆筑及養護條件有保證，構件成品質量較好，構件本身收縮裂縫很少，正常情況下不會出現滲漏水的情況，故管廊防水重點是拼接接縫處。預制節段接縫采用平口形式，制作簡單，拼接精度要求低，承壓面積大[5]。綜合考慮規范要求及項目前期預制試驗成果，拼縫處采用兩道密封膠條防水，雙組份高彈性環氧密封膠嵌縫，確保防水效果。其中燃氣艙和綜合艙之間也設置了密封膠條，避免出現燃氣泄漏到其他艙室情況。防水設計見圖10。

圖10 標準斷面防水設計（單位：mm）

6 吊點設計

綜合管廊節段吊裝主要包括預制區至存廊區、存廊區至運廊車、始發段起吊至廊上運廊車、架廊機起吊至安裝工作面四個階段。8 m 節段管廊重量為402 t，目前無相關管廊工程可借鑒，故設計過程應強調結構安全性，同時兼顧施工的可靠性及便利性。

8 m 節段頂板預留直徑60 吊裝孔，共布置5×4=20 處，單個吊點靜荷載約20.1 t。吊裝孔的優點是不需要預埋專用吊具、安拆方便、綜合費用低。工程結束后，吊裝孔采用C50 微膨脹細石混凝土封堵，局部附加一道防水卷材，避免出現滲漏水。吊裝設計詳見圖11。

圖11 標準斷面吊點設計圖（單位：mm）

由于管廊橫斷面左右不對稱，結構質心和形心不重合，故起吊時可能會出現偏載，進而導致吊點荷載不均勻。偏載主要通過設備及設計進行糾正：（1）吊具液壓油缸均設置平衡閥，確保起吊時各油缸壓力達到平衡狀態，實現自平衡功能；（2）起吊時荷載不僅考慮1.5 的沖擊系數，而且附加2.0 的安全系數，確保安全冗余。通過分析施工中監測數據，液壓油缸自平衡性能良好，各吊點荷載基本均勻，后續工程可對吊裝孔數量及位置進行優化。

7 結 語

運廊車及架廊機安裝工藝能滿足整節段預制拼裝管廊在長節段、大噸位的條件下施工，實現了管廊工廠化生產、裝配化施工的建造模式。但作為該工藝的首次應用，為確保工程安全，設計過程中對設備荷載大小、分布及沖擊系數等留有安全儲備。后期結合施工過程中的監測數據，進一步分析荷載作用，降低結構的板厚及配筋，優化防水做法，簡化吊裝形式，提高施工工效，降低費用，便于綜合管廊預制拼裝工藝的推廣。