随着城镇化进程推进, 城市基础设施建设加快, 各类市政管线也在不断新增扩容。传统直埋或架空管线敷设方式易导致“马路拉链”和“空中蜘蛛网”等城市问题, 已不能满足当前城市建设的可持续发展要求^[1]。城市地下管廊作为管线敷设的载体, 能达到充分利用地下空间并提升管线安全水平和防灾抗灾能力的目的, 避免城市地面反复刨挖和地上空间过密化的问题, 具有广阔的发展前景^[2]。

目前我国投入建设和使用的管廊按照工艺措施不同, 主要分为现浇和预制2种形式, 其中, 现浇施工作为传统的施工方法, 其技术应用已较为成熟, 但存在建设周期长、环境影响大、经济效益低等诸多问题^[3]。预制管廊作为近几年新兴的结构形式, 在生产标准化和施工绿色化等方面优势相对明显, 符合建筑产业化和绿色建筑的相关要求和规定^[4]。本文介绍了预制管廊的主要形式, 并通过对地下高压输电管廊应用预制装配式技术的实际情况进行论述, 同时评价其实施效果, 为促进装配式地下管廊的全面推广应用提供参考。

在城市地下管廊施工技术中, 根据场地及周边工程地质条件、环境条件和设计要求可分为明挖法和暗挖法2种^[5]。暗挖法适合在城市中交通繁忙、景观要求高、无法实施开挖作业的地区, 施工形式多以盾构、顶管和浅埋暗挖为主, 施工作业面较少、工艺要求与工程造价高。明挖法则具有施工工艺简单、工程造价低和施工作业面多等特点, 但对地面交通和环境影响较大, 一般适用于新区管廊建设, 常见施工方法包括明挖现浇与明挖预制装配方法。其中, 预制装配施工与现浇混凝土施工相比, 在缩短工期、节约投资和生态环保等方面优势明显, 对推动城市可持续发展具有重要的现实意义^[6]。

城市地下管廊预制装配技术是指将管廊主体结构在预制厂预制成型, 然后运到施工现场进行拼接组装形成地下结构体系的技术^[7]。现阶段我国预制装配技术可分为全预制装配技术和部分预制装配技术2种类型^[8], 全预制装配按照结构断面形式又可分为整体预制和分块预制, 两者在施工过程中几乎不需要湿作业, 且装配连接方式基本相同, 效率较高。同时, 由于分块预制将管廊结构拆分成若干板块, 较之整体预制的节段式管节, 运输和安装相对便捷, 但对预制块的产品精度和安装质量要求较高, 因此在实际施工中应根据管廊结构断面尺寸采取不同的预制装配形式^[9]。部分预制装配则以预制叠合装配为主, 将预制构件与现浇施工相结合, 形成完整的地下管廊主体结构。通过预制厂半预制和施工现场叠合现浇, 能够充分发挥预制和现浇工艺的双重优势, 可解决运输吊装、防水控制以及整体结构稳定等难题^[10]。

郑州航空港区110kV新苑输电线路工程位于会展路西侧, 全长3 975.62m, 起止桩号为K0+000—K3+975.62。施工线路从新苑110kV变电站出线后沿会展路西侧向南, 途径仓储四路、韦三河、新港十一路、瑞空路、和睦路、商登高速等地段, 止于商登高速路南约500m附近电缆终端杆处。

工程拟选取明挖及顶管2种方式在不同工况下进行电缆隧道施工, 其中明挖预制段管廊长1 340m, 均采用钢筋混凝土单仓箱涵预制拼装施工。单节预制箱涵每节长2m, 内腔净尺寸2.5m×2.5m (宽度×高度) , 顶板、底板厚0.31m, 侧壁板厚0.28m。箱涵制品混凝土强度C40, 抗渗等级P8。标准节段箱涵结构断面如图1所示。

预制混凝土箱涵钢筋构件内部的钢筋形状、规格和数量均严格按照施工图纸及规范要求进行加工, 钢筋加工前应清除钢筋表面铁锈及油污, 并对成盘或弯曲的钢筋进行调直, 需要按要求长度切断的钢筋表面不应有削弱钢筋截面的伤痕。钢筋弯制过程采取精细化批量加工。

箱涵钢筋骨架根据设计图纸要求的钢筋类型、尺寸和间距等, 按规范标准采用制作成型的整体式钢筋绑扎胎具进行加工, 胎具结构必须具有足够的强度、刚度及稳定性, 并使用定位卡槽对钢筋位置进行定位, 以保证钢筋加工形状、尺寸和相对位置的准确性。针对钢筋骨架各交叉点布置的差异性, 利用扎丝及点焊的方法连接牢固, 使成型的钢筋骨架可满足整体稳定性和刚度要求。此外, 为保证管节埋设后的耐久性, 应提高钢筋混凝土保护层厚度, 主要采取在主筋外缘表面错开布置C50高强度混凝土垫块, 并用双层扎丝与主筋固定, 保证垫块在混凝土浇筑振捣过程中不发生移位, 且绑扎后的扎丝头一律弯折向钢筋内侧, 不得进入混凝土保护层厚度范围内。

模板安装采用定制组合钢模板进行施工, 配备数量为12套。新进场模板拼装前需进行抛光除锈处理, 并组装试拼检验合格后 (含外观检查) 方可使用。模板安装过程中, 采用人工配合龙门吊进行模板安装、钢筋入模, 安装顺序为先安装外模板, 外模板安装完成后将绑扎成型的钢筋骨架吊装就位于底座上, 然后安装内模板。模板间及模板与台座间用双面止浆带封堵, 防止漏浆。模板间的连接均采用M20高强度螺栓连接, 模板顶部与台座位置设置T20高强拉杆固定内撑与模板桁架。该方案主要采用卧式预制的方式, 管节预制完成后可直接吊离预制台座开展运输安装, 因此, 针对模板吊装孔位置, 提前在箱涵顶板预留4个5t吊具。待模板安装成型后, 对模板位置、垂直度、保护层厚度进行全面检查, 合格后进入下一工序。

预制箱涵混凝土浇筑采用集中拌合、罐车运输、龙门式起重机吊料入模、插入式振捣的施工工艺。浇筑前对模板、钢筋、预埋件以及混凝土坍落度等进行检查, 其中坍落度要求控制在18～20cm内, 同时在模板内均匀涂抹一层脱模剂, 以利于后期拆模。混凝土浇筑过程中安排专人指挥作业, 做到快速、连续施工, 使混凝土下料高度在2m以内, 并合理控制浇筑施工分段和分层长度和厚度。由于本工程采用的是泵送混凝土, 为避免坍落度损失, 在混凝土下料入仓后及时用

50mm插入式振捣器和附着式高频振捣器振捣, 附着式高频振捣器安装于侧壁板上, 插入式振捣器振捣时应注意插入下层混凝土面深度, 并严格控制振捣棒的振捣间距和时间, 禁止触碰钢筋和模板。混凝土振捣密实后, 需要对箱涵顶部进一步环向整平和压实施工。混凝土施工完成后, 迅速用塑料薄膜紧密包裹, 减少水分蒸发和热量散失。

混凝土浇筑完毕并收浆整平后立即进行养护, 预制箱涵混凝土养护采用喷淋洒水养护方式。洒水养护在混凝土终凝后进行, 撤出前期预先覆盖的塑料薄膜, 采用具有较好吸水保湿性能的土工布进行全覆盖并洒水使其完全湿透, 保证模板接缝处不致失水干燥, 同时减少对混凝土水化作用的不良影响。养护期间应有专人进行维护和喷淋补水作业, 补水次数应根据混凝土潮湿状态确定, 要求养护用水与拌制水相同。

箱涵混凝土经过一定养护龄期达到设计规定强度后进行模板拆除作业, 模板拆除过程遵循先支后拆、后支先拆的顺序, 严禁猛力敲打、强扭硬拉、抛扔部件等不当措施, 特别要注意对成品混凝土的保护, 防止混凝土粘模和棱角损坏、表面沉陷、裂缝等问题, 以免影响其精度和使用寿命。对于拆卸下的模板应及时清除灰浆污垢, 维修整理并妥善保存, 以利周转使用。

预制箱涵拆模、养护一段时间后, 在混凝土强度达到设计要求或不低于设计强度的75%时, 使用30t龙门吊起吊运输至存放区。起吊方式采用预埋吊环法四肢吊索起吊, 起重吊装吊索的水平夹角应大于45°, 同时沿箱涵顶面呈对角线方向用溜绳拴好吊环。起吊过程中控制其运行速度、方向和姿态, 防止碰撞破损。箱涵移动至规划位置时, 平稳平放在其底部侧壁板下对应吊环位置的枕木上, 并用型钢支架支撑, 防止预制箱涵侧翻或倒塌。采取同排相邻堆放时, 间距控制应不小于10cm, 存储期间定期对枕木、型钢支护变化情况进行检查, 遇松动、偏移或变形等应及时进行补强或者更换。

预制箱涵采用平板车运输, 装车前应在箱涵底部设置橡胶垫块, 防止装卸和运输过程中受附加应力而导致结构损坏。装车过程中按照箱涵拼装姿态起吊至平板车指定位置固定, 不得出现支点受力不均、结构扭曲等情况。为防止预制箱涵发生相对位移和倾覆事故, 在装车后需要配备托架和专用紧固装置进行临时固定, 并宜在预制箱涵外侧设置液压抓手向下方夹紧, 将托架与液压抓手组合形成支撑夹紧装置, 以降低运输过程中对箱涵的冲击、碰撞。

预制箱涵进场拼装前, 首先进行基坑垫层、防水及防水保护层、首节段定位施工, 待施工完毕后, 在保护层上涂抹一层石蜡而达到润滑效果, 实现对管节吊装就位的精确控制。箱涵吊装前选用80t汽车式起重机就位, 汽车式起重机工作幅度结合现场施工环境及时调整, 确保吊装安全。起吊、转向、变幅等全过程动作应当缓慢进行, 防止碰撞基坑的钢支撑等, 使管廊预制件平稳吊装到基坑混凝土基础垫层上。安装过程中用木板保护好箱涵构件的棱角等部位, 以免磕碰损坏成品。预制箱涵拼装顺序要从大桩号到小桩号依次进行吊拼, 不得混淆预制件及节段的安放顺序和位置。第1节段的安装位置严格按照管廊控制轴线进行摆放, 同时保证箱涵竖向垂直和水平方向与混凝土垫层面的无缝接触。箱涵对接完成后, 应对其顶面、两侧面实施准确控制, 使其能够处于同一平面上避免错台的产生。

预制装配式管廊涵节间采用承插口橡胶圈连接方式, 其“柔性”接头能够承受1.0～2.0MPa的抗渗要求, 且当管廊发生不均匀沉降或外力荷载作用时, 仍能保持前后节箱涵之间接缝处良好的水密性能。箱涵拼装完成后, 为更好地解决预制装配式管廊的防水问题, 应按照设计形式对安装拼缝进行处理, 接缝的通常处理方法是用水冲洗其两侧的混凝土表面, 保持缝壁处湿润, 再在内侧接缝间填充一定深度的M10水泥砂浆, 外侧采用沥青麻絮填塞。涵身外侧防水主要采用外包法止水带施工, 通过在接缝两侧粘贴背贴式橡胶止水带形成一道封闭防水线, 可大大增强接缝的抗渗能力。止水带粘贴用胶需覆盖其宽度均匀涂刷, 保证止水带与箱涵混凝土结构结合平整、牢固, 提高止水效果。

通过对整体预制装配式混凝土管廊技术在郑州航空港区110kV新苑输电线路工程中的应用, 使工程综合效益得到进一步提高。

1) 质量效益采用预制装配式建造方式能有效控制施工质量。通过在工厂内集中标准化、规模化生产, 使各节段箱涵质量得到更大程度的监管, 保证了成品加工精度和施工效率, 从而大大提高了管廊施工质量, 降低工程质量事故的出现概率。此外, 预制混凝土箱涵为整体现浇, 管节拼装部位采用承插口橡胶圈柔性连接, 并结合防水砂浆、止水带、接缝胶等材料进行封堵, 具有良好的整体性、抗震性和抗渗性。

2) 经济效益主要包括人、机、料、工期4点影响因素。由于预制装配式施工通过工厂制作分担了大部分工程量, 加之采用大型精细化机械设备, 减少了人工操作, 使现场施工人员数量明显减少, 从而减轻了施工管理难度, 缩短了施工周期, 降低了人力费用和管理成本。同时, 预制箱涵的工厂化生产降低了钢材、混凝土、水等资源的损耗率, 避免了以往受现场施工条件等原因造成的较大浪费, 提高材料使用效率的同时降低了工程资金投入。

3) 环境效益预制装配式地下管廊施工减少了废模板、废弃混凝土和砂浆等固体废弃物垃圾的污染, 同时预制箱涵在生产过程中节约了大量建造主材, 实现了节能环保的目标。与传统现浇施工相比, 工业化预制构件从一定程度上减少了施工现场运输等环节产生的扬尘和噪声污染, 环境影响优势明显, 符合当前绿色施工的建设理念。

在国家大力推进建筑工业化和发展绿色建筑的背景下, 预制装配式技术已逐渐成为我国建筑业未来发展的必然趋势, 而装配式技术作为城市地下管廊建设的主要途径之一, 正日益受到关注。本文在郑州航空港区110kV新苑输电线路管廊工程建设中, 结合施工现场实际情况, 综合考虑施工质量、安全、经济、环保、工期等诸多因素, 因地制宜地选择了节段式箱涵预制拼装施工技术, 保证了城市地下基础设施管廊建设的绿色化、低碳化和高效化, 实现了综合效益最大化的目标, 为我国城市地下管廊从传统施工建造向标准化和工业化方向的发展提供了技术参考, 具有很大的推广意义。