黃碧欽，趙群昌，袁明德

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司 深圳518029）

0 引言

近幾年，隨著發(fā)展城市綜合管廊建設(shè)的相關(guān)政策扶持，全國各地綜合管廊建設(shè)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，在建及已運(yùn)營使用的管廊大量增加。目前管廊的主要建造形式可歸納為：現(xiàn)澆鋼筋混凝土、預(yù)制鋼筋混凝土、預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土管廊較為傳統(tǒng)常用［1］，但由于其現(xiàn)場濕作業(yè)量大，工程效率較低及不環(huán)保等缺點(diǎn)，正受到新型管廊的挑戰(zhàn)。預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)管廊對(duì)防腐、耐火等要求較高，適用條件有限。預(yù)制鋼筋混凝土管廊具有施工質(zhì)量好，速度快，環(huán)境影響小、大量減少模板和支撐、節(jié)省人工等突出優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊［2］。目前，國家在大力倡導(dǎo)“綠色建造”，城市綜合管廊建設(shè)也應(yīng)該充分響應(yīng)這個(gè)號(hào)召［3］。筆者所在的團(tuán)隊(duì)承接了“深圳市疊合式預(yù)制拼裝混凝土綜合管廊圖集研究”的任務(wù)，經(jīng)過相關(guān)研究，得出一些成果，現(xiàn)將設(shè)計(jì)過程中的構(gòu)思與大家分享。

1 結(jié)構(gòu)體系的提出

目前，工程中采用較多的預(yù)制拼裝綜合管廊形式主要包括整體預(yù)制拼裝綜合管廊（僅帶縱向接頭）、半整體預(yù)制拼裝綜合管廊（上下兩段或左右兩段拼接）、預(yù)制板式拼裝綜合管廊及疊合板式拼裝綜合管廊［4，5］。整體預(yù)制拼裝綜合管廊（俗稱節(jié)段式）是整艙整體預(yù)制，吊裝到施工現(xiàn)場，一節(jié)一節(jié)沿著管廊縱向拼接而成，如圖1a 所示；半整體預(yù)制拼裝綜合管廊是由節(jié)段式演變而來，將綜合管廊橫斷面分成上下兩段或者左右兩段，運(yùn)輸?shù)跹b到施工現(xiàn)場，再完成橫向和縱向連接，俗稱半節(jié)段式綜合管廊，如圖1b 所示；預(yù)制板式拼裝綜合管廊是將綜合管廊斷面離散成預(yù)制頂板、預(yù)制側(cè)墻、預(yù)制底板，現(xiàn)場拼接后，澆搗頂板節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土而成，俗稱節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆式綜合管廊（見圖1c）；疊合板式拼裝綜合管廊則是將頂板、側(cè)墻、底板拆開考慮，側(cè)墻雙面疊合，頂板類似疊合樓板，底板現(xiàn)澆或疊合而成，俗稱夾心板墻式綜合管廊（見圖1d）。

圖1 預(yù)制拼裝綜合管廊常見形式Fig.1 Prefabricated Assembled Integrated Pipe Gallery Common Form

4 種類型的預(yù)制拼裝管廊各有優(yōu)缺點(diǎn)，各自適應(yīng)不同的場地環(huán)境（見表1）。

表1 4 種類型的預(yù)制拼裝綜合管廊特點(diǎn)對(duì)比Tab.1 Performance Comparison of Four Types of Precast Assembly Utility Tunnel

根據(jù)表1 可知：節(jié)段式綜合管廊適用范圍有限，預(yù)制段長度短導(dǎo)致縱向拼縫多，不利于防水；半節(jié)段式綜合管廊橫向防水接口較多，縱向拼縫也較多；節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆式綜合管廊橫向防水接口較多，多艙拼裝時(shí)底板構(gòu)件較重；夾心板墻式拼裝綜合管廊作為我國目前運(yùn)用最廣泛的預(yù)制拼裝綜合管廊［4］，具有一定的優(yōu)勢和適用性，主要表現(xiàn)為預(yù)制構(gòu)件輕巧，運(yùn)輸?shù)跹b方便；防水接口通過現(xiàn)澆處理，質(zhì)量有保證；構(gòu)件通用性強(qiáng)，適用類型多。但夾心板墻式的多個(gè)工程實(shí)例在實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)以下問題：一是現(xiàn)場鋼筋綁扎工作量大，人工和工期性價(jià)比低；二是豎向構(gòu)件雙面疊合板中間混凝土澆筑施工難度大，不易振搗密實(shí)，若側(cè)墻混凝土采用致密性混凝土，則工程造價(jià)高。鑒于此，《深圳市疊合式預(yù)制拼裝混凝土綜合管廊圖集》（以下簡稱：《圖集》）編制團(tuán)隊(duì)提出了疊合式預(yù)制拼裝混凝土綜合管廊技術(shù)（以下簡稱：疊合預(yù)制綜合管廊）。它由全預(yù)制豎向構(gòu)件、現(xiàn)澆底板（鋼筋籠由預(yù)制廠加工）、疊合頂板（帶閉合鋼筋籠）組成，且縱橫斷面接口均通過鋼筋籠插接，有效地改進(jìn)了夾心板墻式管廊的缺點(diǎn)。該體系的豎向構(gòu)件全預(yù)制，解決了雙面疊合的混凝土澆搗問題；底板現(xiàn)澆部分實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系的工業(yè)化［6］，即底板鋼筋籠做成閉口形式，由工廠集中加工運(yùn)輸，現(xiàn)場吊裝拼裝后澆筑混凝土，有效解決鋼筋現(xiàn)場綁扎及拼接碰撞問題，施工方便快捷，節(jié)省勞動(dòng)力。

2 結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)

疊合預(yù)制綜合管廊根據(jù)豎向預(yù)制構(gòu)件的形式，可分為2 種基本體系：一字型側(cè)墻管廊體系和L 型側(cè)墻管廊體系（見圖2，以四艙為例）。一字型側(cè)墻管廊體系的豎向構(gòu)件包括一字型側(cè)墻和一字型隔墻，它們通過底部支撐插入底板鋼筋籠，而后現(xiàn)澆成整體。此外，一字型側(cè)墻管廊體系底板外挑，可作為行之有效的抗浮措施，適用于高水位地區(qū)。L 型側(cè)墻管廊體系的豎向構(gòu)件包括L 型側(cè)墻和T 型隔墻，它們均為自穩(wěn)定構(gòu)件，跟底板鋼筋籠拼接后，即可現(xiàn)澆成整體，無需設(shè)置底部支撐。這兩種體系豎向構(gòu)件還可交叉組合，靈活拼接，通用性強(qiáng)。

圖2 疊合預(yù)制綜合管廊基本體系Fig.2 Basic System of Composite Precast Concrete Uility Tunnel

這兩種基本體系在構(gòu)件拼裝上具有以下共性：其一，所有豎向構(gòu)件均帶有預(yù)制腋角，且外墻構(gòu)件帶有預(yù)制耳朵，為疊合頂板提供支承，為頂板現(xiàn)澆提供側(cè)模板。其二，底板閉合鋼筋籠橫向采用雙縮口閉合設(shè)計(jì)，搭接處鋼筋起落有規(guī)律，排布簡單；縱向采用閉合擴(kuò)張?jiān)O(shè)計(jì)，一前一后內(nèi)含搭接，鋼筋連接不碰撞。其三，豎向預(yù)制構(gòu)件及頂板帶鋼筋籠的疊合板，其外伸鋼筋均做成閉合模式，錨固長度得到保證，連接可靠且拼接不沖突（兩種體系拼裝大樣如圖3 所示，以兩艙為例）。而這兩種體系在拼裝上的最大區(qū)別就是預(yù)制中隔墻構(gòu)件的縱向拼接，一字型側(cè)墻管廊體系的一字型隔墻直接通過拼縫連接即可，無需設(shè)置預(yù)留鋼筋搭接；L 型側(cè)墻管廊體系的T 型隔墻構(gòu)件，在豎向連接處拼縫連接，而在底板現(xiàn)澆帶位置，則需設(shè)置閉合擴(kuò)張的鋼筋搭接，跟底板鋼筋籠連接保持一致。

圖3 疊合預(yù)制綜合管廊拼裝大樣Fig.3 Assemble Details of Composite Precast Concrete Uility Tunnel

綜上可見，疊合預(yù)制綜合管廊體系豎向構(gòu)件與水平構(gòu)件連接巧妙簡單，傳力合理，穩(wěn)定可靠，構(gòu)件預(yù)制化強(qiáng)度高，施工現(xiàn)場基本可實(shí)現(xiàn)無模板和無鋼筋綁扎工作量，且防水接口通過現(xiàn)澆混凝土解決，保證了整體連續(xù)性。

3 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)要點(diǎn)

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)包括結(jié)構(gòu)體系分析、節(jié)點(diǎn)連接以及運(yùn)輸?shù)跹b等，而對(duì)地下綜合管廊而言，防水是地下工程的第一要?jiǎng)?wù)，只有確保工程不發(fā)生滲漏，才能夠保證工程的正常使用和結(jié)構(gòu)安全［7］。因此，針對(duì)疊合預(yù)制綜合管廊體系，主要從結(jié)構(gòu)體系分析、拼縫連接與防水、運(yùn)輸?shù)跹b3 個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

3.1 結(jié)構(gòu)體系分析

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)參考，預(yù)制裝配式管廊與現(xiàn)澆整體式管廊受力時(shí)的受力性能差異不大［8］。疊合預(yù)制綜合管廊結(jié)構(gòu)形式簡單，縱、橫向拼縫均為濕式連接［9］，即通過后澆混凝土解決，基本實(shí)現(xiàn)等同現(xiàn)澆。所以，疊合預(yù)制綜合管廊的截面內(nèi)力計(jì)算模型，采用與現(xiàn)澆混凝土綜合管廊結(jié)構(gòu)相同的閉合框架模型，計(jì)算簡圖如圖4 所示。

圖4 計(jì)算簡圖Fig.4 Calculation Diagram

3.2 拼縫連接與防水

綜合管廊的防水包括結(jié)構(gòu)自防水和附加防水（含防水層、特殊節(jié)點(diǎn)構(gòu)造防水措施）兩部分，結(jié)構(gòu)自防水為根本，附加防水進(jìn)行補(bǔ)充和完善［10］。疊合預(yù)制綜合管廊自防水主要考慮預(yù)制構(gòu)件和拼縫現(xiàn)澆部分，預(yù)制構(gòu)件由預(yù)制廠加工，質(zhì)量有保證，自防水能力強(qiáng)，因此拼縫部分的密封性能則為首要考慮因素。

疊合預(yù)制綜合管廊拼縫包括橫向拼縫和縱向拼縫。橫向拼縫為管廊橫斷面上的某一構(gòu)件與其他構(gòu)件的連接，如側(cè)墻與底板的連接。橫向拼縫主要采用凹凸槽連接，鋼筋籠經(jīng)過工廠加工成所需形式，現(xiàn)場直接錯(cuò)開插入并采取有效連接之后，澆筑混凝土即可。而凹凸槽的防水方式則有多種選擇，《圖集》編制團(tuán)隊(duì)提供了多種細(xì)部構(gòu)造方式供使用者選取，如鋼板、止水帶、遇水膨脹止水條、注漿導(dǎo)管等。圖5 中舉例說明一字型管廊側(cè)墻與底板的橫向拼縫方式及拼縫處的一種防水方式，通過實(shí)驗(yàn)從中選優(yōu)。

圖5 橫向拼縫及其防水措施Fig.5 Transverse Flat-fell Seam and Its Waterproof Measures

縱向拼縫為管廊沿著長度方向的連接，即相同預(yù)制段之間的連接，主要包括疊合板的V 字型切口連接連接、側(cè)墻的凹凸槽連接以及中隔墻的拼縫連接。疊合預(yù)制綜合管廊縱向拼縫間距為4.5 m，較整體預(yù)制拼裝可減少一半以上，從根本上減少了漏水源。其次所有外部縱向連接均采用后澆混凝土連接，其縱向拼縫防水接口類同于后澆帶防水（見圖6）。

圖6 縱向拼縫及其防水措施Fig.6 Longitudinal Flat-fell Seam and Its Waterproof Measures

此外，上述縱橫向拼縫及其防水措施經(jīng)過實(shí)施閉水實(shí)驗(yàn)，每一類型的拼縫構(gòu)造及防水措施的閉水能力均能達(dá)到0.2 MPa，即可滿足20 m 水頭壓力，適用于大部分工程項(xiàng)目。

3.3 運(yùn)輸?shù)跹b

裝配式建筑受城市運(yùn)輸條件和吊裝設(shè)備影響較大，預(yù)制構(gòu)件的大小直接影響運(yùn)輸?shù)跹b的成本。合理的構(gòu)件尺寸、重量以及拼裝難易程度是預(yù)制拼裝綜合管廊在研究和方案階段就要考慮的事情。疊合預(yù)制綜合管廊構(gòu)件尺寸較為統(tǒng)一，高度有2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m 四種類型，縱向預(yù)制長度除了一字型中隔墻最長達(dá)4.95 m 外，其余構(gòu)件可達(dá)4.5 m。構(gòu)件自重最大噸數(shù)為30 t，需要吊車最大噸位100 t，滿足大部分市政道路運(yùn)輸條件及綜合管廊吊裝空間。

疊合預(yù)制綜合管廊吊裝安裝共有4 個(gè)步驟，即吊裝預(yù)制側(cè)墻→吊裝預(yù)制中隔墻→底板現(xiàn)澆，吊裝預(yù)制疊合板→現(xiàn)澆疊合板。一字型側(cè)墻管廊吊裝安裝（見圖7）和L 型側(cè)墻管廊吊裝安裝（見圖8）最大區(qū)別在于一字型預(yù)制構(gòu)件需提早預(yù)埋底部鋼支撐，并在側(cè)墻構(gòu)件吊裝到位之后，做好支撐連接后才可澆筑混凝土。L 型預(yù)制構(gòu)件、T 型預(yù)制構(gòu)件經(jīng)過計(jì)算，滿足自穩(wěn)定，吊裝完成后只需在提早預(yù)埋好的位置做好斜撐連接即可。

圖7 一字型側(cè)墻管廊吊裝步驟Fig.7 Lifting Steps of I-Type Side Wall of Pipe Gallery

圖8 L 型側(cè)墻管廊吊裝步驟Fig.8 Lifting Steps of L-type Side Wall of Pipe Gallery

4 結(jié)語

本文簡單分析了我國目前常用的4 種預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)體系，并根據(jù)分析結(jié)果引出了《深圳市疊合式預(yù)制拼裝混凝土綜合管廊圖集》的研究成果，即一字型側(cè)墻管廊體系和L 型側(cè)墻管廊體系。這兩種體系受力分析簡單，拼縫連接巧妙、防水措施合理、運(yùn)輸?shù)跹b可行，具有較大的工程應(yīng)用價(jià)值。

隨著管廊建設(shè)如火如荼的開展，預(yù)制拼裝市場前景較好，管廊預(yù)制拼裝研究仍需繼續(xù)探索，并不斷改進(jìn)。盡管文中的兩種疊合預(yù)制綜合管廊體系表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，但目前只完成實(shí)驗(yàn)階段，工程應(yīng)用尚未竣工，難免存在不足或可優(yōu)化空間，需在今后的工程實(shí)踐中繼續(xù)改善。