成都市一环磨子桥隧道工程工业化预制拼装设计

刘斌彬，李旭升，胡 苏

（成都市市政工程设计研究院，四川 成都 610000）

0 引言

工业装配式结构设计遵循“安全、实用、经济、快捷、环保”的原则，在安全实用的前提下，经济合理，且施工快捷方便，可降低施工过程对交通的影响时间，减小现场浇筑等高强度现场作业，绿色环保，具有较高的推广价值。

目前，地铁盾构结构和桥梁结构的工业化预制拼装技术比较成熟，但是对于市政隧道工程来说，国内仅有厦门临港路隧道按照预制拼装工艺进行设计。本文以成都市一环磨子桥隧道工程预制拼装段为例，介绍了城市下穿隧道的预制拼装结构的设计和施工，对存在的问题进行了归纳总结，为类似工程的预制拼装设计施工提供经验。

1 工程概况

成都市一环磨子桥隧道工程起于科华北路西侧，终于红瓦寺街东侧，全长约1 280 m，框架段长920 m。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第三组，设计特征周期为0.45 s。场地的地微动卓越周期T=0.119 s。该建筑场地类别为Ⅱ类。

隧道选取其中一段进行建筑工业化预制装配式设计。全段位于直线上，纵坡0.6%，断面形式均为双向5车道。框架结构最大覆土厚度为4.18 m，最小覆土厚度为3.02 m，为单向坡。截面尺寸见图1。

图1 装配式结构断面（单位：cm）

2 构件拆分方案

构件拆分需要综合考虑结构吊装、运输、安装和受力的要求，减少分块和接缝，增强结构防水和受力的可靠性。1987年日本在仙台地铁工程中，采用了双跨预制箱形结构，整个结构分顶板、底板、侧壁、中柱共5个预制构件，节段长1 m，单个预制件最重约23.2 t；厦门疏港路下穿隧道[1]采用“M型顶板+W型底板”2块式对接分法，纵向分块长度为2 m。

综合考虑施工快捷程度和机械的吊装能力，本工程将结构上下一分为二，将单箱双室框架结构从中间切开，顶底板结构尺寸完全相同，便于预制标准化，见图2。图3比较了每环宽度为1 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m和2 m时的结构吊装重量，考虑施工现场龙门吊的吨位，拼装后整环重量宜控制在250 t以内。本工程将环向尺寸设置为1.5 m，单个预制件最重约113.76 t，整环重力227.52 t。此方案接头少，漏水概率最小；拼装最快，工期短；拼装对位容易，预制精度及安装误差可控。

图2 构件拆分方案示意（单位：cm）

图3 不同拆分方案环向尺度吊重

3 拼装接头设计

预制拼装结构的接头设计至关重要，对结构受力和防水等影响很大。日本仙台地铁纵横向采用钢板、螺栓、销钉等联结方式。厦门疏港路纵向临时采用临时预应力（精轧螺纹钢），用环氧树脂粘接，并施加永久预应力，水平缝采用环氧树脂粘接以及预埋钢板焊接。借鉴日本和厦门的经验，本工程水平接头（见图4）采用精轧螺纹钢和抗剪钢箱，环向缝采用永久预应力结合环氧树脂胶粘接。框架弯矩分布规律见图5。

图4 水平接头位置

图5 框架弯矩分布规律

水平接头是整环受力的薄弱点，影响结构受力的整体性，本项目水平接头同时设置精轧螺纹钢和抗剪钢箱。张拉螺纹钢后，预埋A3钢板，用对穿M30普通螺杆带胶紧固，并在拼接截面设置抗剪钢箱（见图6、图7）。

图6 抗剪钢箱

图7 抗剪钢箱平面图（单位：cm）

设计通过栓接夹板抗拉、钢箱抗剪，满足同现浇结构等强设计的理念，满足结构受力和抗震的要求。取纵向节段长度1.5 m，侧墙厚75 cm，C50混凝土。全混凝土截面抗剪承载能力[2]:

截面竖向配置直径20的HPB400钢筋，间距10 cm，截面受压区高度[2]：

截面抗弯承载能力[2]：

每1.5 m设置两个抗剪钢箱，抗剪承载能力[3]：

夹板厚度16 mm，间距600 mm，抗弯承载能力[3]：

由以上计算可知，即使水平处环氧树脂失效，截面处仅有小钢箱提供截面抗剪，钢夹板承受弯矩，接头仍然满足受力要求。

环向缝设置阴阳榫齿，沉降缝端头块分为阳头块和阴头块。环向缝采用环氧树脂胶，节段拼接采用临时张拉精轧螺纹钢，待全部固定后，张拉永久预应力钢绞线。张拉预应力后截面压应力为0.55 MPa，给环氧树脂胶提供凝结压力，同时还能很好满足纵向整体性要求[4]。

4 防水设计及耐久性设计

预制结构与现浇结构防水均采用防水混凝土，抗渗等级不小于P10，全框架外包防水卷材。两者防水的主要差别在于接缝的防水，包括水平缝、环向缝和沉降缝。

水平缝全部带胶作业；迎水面上下钢板缝隙间设置三角坡口，并粘贴遇水膨胀止水条；在螺栓孔和螺帽之间设置遇水膨胀橡胶垫圈；在夹板与既有预埋钢板的边缘刻槽设置遇水膨胀止水条。最后内外侧钢板上用微膨胀环氧混凝土找平预留槽，起到防水及钢板防腐蚀的作用，见图8。

图8 水平缝防水示意（单位：cm）

环向缝结构内外侧均采用遇水膨胀止水条，涂刷环氧树脂，并施加纵向预应力，使截面保持0.5 MPa的永存压力，确保环向缝不漏水，见图9。

图9 环向缝防水示意

沉降缝采用设置双层止水带的做法（见图10）。迎水面设置紫铜片止水带，一端预埋在预制构件中，一端伸入另一侧底板预留楔形槽内。侧墙和顶板采用预留槽后浇法施工。在结构背水面设置背贴式可注浆式橡胶止水带，通过设置预留槽，并预埋钢板及螺栓，将橡胶止水带固定。最后立模浇筑湿接缝混凝土，新旧混凝土之间设置遇水膨胀止水条，缝隙之间设置嵌缝材料，底板底预留槽内灌注沥青或防水材料。

图10 沉降缝防水示意

本工程设计基准期为100 a，设计使用年限100 a。工厂化预制的混凝土密实性和可靠性有足够的保证，结构表面全部涂刷聚氨酯防水涂料并且外包防水板，增加混凝土抗侵蚀能力，降低碳化速度，提高混凝土耐久性。接缝采用环氧树脂胶带胶作业，增强接缝处抗渗能力，同时隔绝大部分对橡胶有害的影响因素，提高了止水条的耐久性，保证了接缝防水的耐久性。

5 隧道施工方案

为了满足本次下穿隧道预制构件的安装质量要求、提高模板利用率、保证工效最优，拟定采用“M”型长线预制的工艺方式。即在预制场设置通长底模台座，节段通过模板前移的方式在预制台座上浇筑。浇筑时，每段节段预制起始段采用一端固定端模，一端活动端模进行浇筑外，其余节段则采用一端为活动端模，另一端为已浇的前一梁段做匹配节段进行浇筑，确保了相邻节段匹配接缝的拼接精度，当新浇节段混凝土浇筑、养护、拆模后，模板前移把新浇筑块作为匹配块，完成下一节段的预制，并依此完成所有节段的预制，为提高模板使用效率和加快预制速度，在长线法预制的基础上采用周转侧模和端模的方式进行匹配预制。具体施工过程见图11。

6 结语

工业化预制装配式结构设计质量可控、施工快捷便利、绿色环保，在市政隧道设计中有较高的推广价值。成都一环磨子桥下穿隧道工程采用工业化预制装配式结构设计，节段划分合理、结构受力可靠、防水性能和耐久性满足要求、施工方案可行，可为预制拼装结构在市政下穿隧道中的应用提供参考。

图11 隧道施工过程图