地下综合管廊工程变形缝的设置与应用

吴 骞

（上海建工五建集团有限公司，上海 200063）

0 引言

管廊变形缝处的防水工程是管廊防水工程的重、难点，变形缝处极易产生渗漏水情况，施工质量也难以保证，容易产生质量缺陷。关于地下结构侧墙变形缝的处理方法，GB 50108-2008《地下工程防水设计规范》推荐了外侧采用背贴式橡胶止水带、中间设置中埋式钢边橡胶止水带，侧墙上沿竖直方向预埋有多根填充有牛油的无缝钢管。但受制于牛油自身条件的限制，一旦发生沉降不能及时进行修补，造成变形缝的泄漏。

1 工程概况

本溪市威宁大街地下综合管廊工程，位于太子河新城地区，管廊为东西走向贯穿太子河新城，西起沈本产业大道，东止于太子河梁家大桥，建设总长度约 6.22 km。

本工程综合管廊标准段采用平行三舱布置形式，分别为电力舱、综合舱、燃气舱；电力舱净高 3.55 m，净宽 1.8 m，综合舱净高 3.55 m，净宽 4.3 m 燃气舱净高 3.55 m，净宽 1.6 m。管廊标准段平面效果图如图 1 所示。

图1 管廊标准段平面效果图

2 采用先进管廊变形缝节点的三维 BIM 模拟设计技术

本次威宁大街地下综合管廊入廊管线种类较多，管道断面尺寸较大。根据规划要求，本次建设范围位于道路北侧预留的绿化控制带内，绿化控制带宽度为 10 m。为减小基坑宽度，降低施工过程中对绿线以外用地的临时侵占，管廊断面采用燃气舱与电力舱上下重叠布置的方案。该断面虽然有效缩短了管廊的宽度，但是直接增加了管廊通风口、投料口、引出口等主要节点的设计难度。特别是下层电力舱，如何确保电力舱通风效果、为电缆进出提供可靠的通道是本次管廊设计中主要难点之一。

上述节点的设计中引入了先进的三维 BIM 设计技术。对于设计人员提出的各种节点方案，通过采用三维设计技术，逐个排除各方案中实施性较差的方案，并将可行的方案进行优化组合，确保各节点人流、物流通道的通畅以及管线交叉方案合理可行，实现最优化设计（见图 2）。

图2 管廊三维 BIM 设计展示图

3 变形缝应用与构造节点优化

3.1 变形缝的应用分析

3.1.1 变形缝设计考虑因素

1）释放温度应力。当构筑物长度超过一定限度时，为了避免因为温度变化产生的内应力导致开裂，需要设置变形缝。

2）避免不均匀沉降导致的开裂。地下结构施工完成后，由于地基土的再固结或者不均匀沉降，构筑物内部将产生附加应力，使构筑物产生竖向错动导致结构开裂，此时需要设置变形缝缓解这一问题。

3）缓解地震引起的开裂。由于地震作用力下，构筑物内部可能存在相互挤压、拉伸、沉降造成破坏开裂，变形缝的设置可以缓解这一现象。

3.1.2 变形缝间距设置

根据 GB 50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》第 8.6.1 条，综合管廊变形缝设置间距不宜＞30 m。

综合考虑以往地下结构设计经验，本工程的变形缝间距根据线路中节点设置及溶洞位置考虑，一般取为 25～30 m。

3.2 变形缝构造节点优化

3.2.1 变形缝防水构造设计优化

变形缝防水为防水工程中的重点。根据 GB 50108 -2008《地下工程防水技术规范》，本工程除了全包防水外，另设附加防水加强层及中埋式钢边止水带，止水带斜向布置：可以使渗水路径变长，有效防止渗漏水（见图 3、图 4）。

图3 埋式止水带与外贴防水层复合使用（单位：mm）

图4 底板变形缝节点图（单位：mm）

3.2.2 预埋钢筋套管设计优化

把变形缝处变为类似铰接节点，释放了弯矩内力的同时，承担部分剪力。控制管廊的竖向沉降在一定范围内，不至于造成较大的沉降差，导致变形缝的渗漏（见图 5）。

图5 预埋钢筋套管设计图（单位：mm）

4 变形缝关键技术研究

管廊变形缝处结构完全断开，采用背贴式止水带、中埋式止水带、闭孔泡沫板、无缝钢管内套钢筋、抗微生物双组份聚硫密封膏、黏聚合物改性沥青防水卷材、聚氯乙烯（PVC）耐根穿刺防水卷材等施工措施进行地下综合管廊变形缝的施工。

4.1 变形缝止水带施工技术

在变形缝处垫层混凝土施工完成后，在垫层上通铺一层 3 mm 自粘改性沥青防水卷材，然后再通铺一层，宽度为 1 m 的加强层，变形缝左右 200 mm 为空铺，浇筑 50 mm 细石混凝土作为保护层。底板施工时在钢筋绑扎完成后在保护层上平铺一条背贴式止水带，止水带上放聚乙烯发泡填缝板，结构壁厚中间放中埋式钢边橡胶止水带，底板钢边止水带两侧上倾角 15°～20°，侧墙止水钢板与中埋式钢边橡胶止水带采用铆钉连接，在二者中间添加 1.5 mm 厚丁基橡胶腻子薄片，接缝处为 50 mm 宽，在钢边止水带上放聚乙烯发泡填缝板至结构面 50 mm，上面放 50 mm×50 mm 抗微生物双组份聚硫密封膏。侧墙做法与底板基本相同，结构完成后进行卷材防水，然后侧墙采用 60 mm 厚聚苯乙烯泡沫板作为保护层，顶板结构完成后做防水卷材施工，在卷材上在附加一层聚氯乙烯（PVC）耐根穿刺防水卷材，在侧墙处向下搭接 500 mm，然后采用 50 mm 厚 C 20 细石混凝土作为保护层施工（见图 6、7）［1-4］。

图6 变形缝背贴式橡胶止水带

图7 变形缝中埋式橡胶止水带

4.2 变形缝预埋钢筋套管内填充牛油技术

侧墙预埋Φ32×3.5 无缝钢管L=300（单侧），横向以中线为准左右 50 mm 各一根，竖向间距 400 mm，钢管内填满牛油，采用长 600 mm 直径为 22 钢筋伸入钢管内 250 mm。

将侧墙所需的无缝钢管、横梁及钢管内填满牛油备用；根据侧墙上左、右两排所需的无缝钢管的位置特点，在空地将每两根已充满牛油的无缝钢管与一根充满牛油的横梁进行焊接，每两根充满牛油的横梁用一根充满牛油的钢管进行焊接，并在端部横梁焊接预留钢管，使无缝钢管、横梁及钢管处于三项连通状态，运至施工现场备用；预埋止水钢板，将预埋止水钢板按设计位置与构件结构钢筋焊牢，然后支模板，进行第一阶段混凝土浇筑。

第一阶段混凝土浇筑结束后，将预制好的内充牛油的处于三项连通状态的无缝钢管、横梁和钢管按照施工要求放在指定位置，开始第二阶段的浇筑；进行混凝土的养护，待达到一定的强度后，进行下一步的施工工序；当墙体一侧出现沉降时，将离发生沉降位置较近一侧的预留钢管的钢筋绑带打开，并连接电泵，通过电泵的能量将预留钢管内的牛油补偿到发生沉降位置处的无缝钢管内，实现主动补偿牛油，从而保证钢筋的伸缩，进而减小进一步的沉降；混凝土浇筑完成后管廊在变形缝处侧墙有受力作用但是不固定，能有效地控制结构变形缝处沉降形成裂缝等问题（见图 8）。

图8 侧墙无缝钢管连接效果图

5 结语

本次采用先进管廊变形缝节点的三维 BIM 模拟技术及现场施工外贴式、中埋式多道止水设施，同时利用闭孔泡沫板、无缝钢管内套钢筋并填充牛油等措施，并放置有钢筋，使变形缝变成类似于铰接节点结构，可以释放弯矩内力并提供部分剪力；将两根无缝钢管用一根横梁进行连接，并用钢管将所有横梁进行连通，使无缝钢管、横梁及钢管处于连通状态，同时均充满牛油，可以实现钢筋的伸缩，从而控制了管廊侧墙的竖向变形量，使管廊的竖向沉降控制在一定范围内，不至于造成较大的沉降差，造成变形缝的渗漏；将塑料管两端连接电泵。当一侧墙体发生沉降时，通过电泵提供动力，将塑料管内的牛油充入到发生沉降位置处的无缝钢管内，实现补偿式供给，以达到主动控制的目的。

通过变形缝的优化设计降低了重载交通下岩溶地区地下管廊的沉降敏感性，确保了工程的良好工作状态，解决了地下综合管廊工程变形缝处防水问题以及结构差异沉降引起结构裂缝等施工难点，满足了管廊施工主体结构沉降及防水需求。Q