城市地下通道装配式铺盖法施工关键技术

张高锋

(西安市政道桥建设集团有限公司,陕西 西安 710000)

0 引言

随着我国对城市建设规划的要求越来越高,地下空间的开发利用是城市可持续发展的必然趋势[1-3]。下穿通道是常见的城市地下空间工程,多采用明挖法、盾构法、浅埋暗挖法和顶管法。然而,明挖法占路较多,盾构法施工成本较高,管棚法施工断面为弧形,顶管法无法用于地下管线较多的建设中[4-7]。本文以实际装配式铺盖法工程为背景,对装配式铺盖法施工关键技术及质量、安全控制要点进行了总结。

1 工程概况

西稍门地下通道工程位于西关正街、丰镐东路与劳动南路交叉口,主通道总长17.82 m,主通道标准段总宽度为6 m,通道共7个出入口。西关正街、丰镐东路与劳动南路均为双向六车道的城市主干道,交通十分繁忙(见图1)。劳动南路两侧建筑物密集,有天籁村大厦及开元商住高层住宅楼等多个建筑邻近地下通道。地下通道周边管线众多,主要管线包含自来水管线、雨污水管线、天然气管道等。

根据施工周围现场的实际情况,为避免大面积围挡造成交通拥堵,本工程采用装配式铺盖法缓解交通,铺盖布置方向如图2阴影部分所示。地下管线较为复杂,为避免管线永久改迁的高造价,采用管线原位处置技术。

2 施工工艺流程

主要施工内容有设计、制作标准装配式铺盖板、支护结构体系施工、装配式铺盖板安装、管线原位处置等工序,具体如下:

开始→设计装配式铺盖结构体系→制作装配式铺盖板→支护结构体系施工→装配式铺盖板安装→管线悬吊装置安装→结束。

城市地下通道装配式铺盖体系的施工工艺原理是:基于基坑支护系统,采用装配式铺盖和临时路面结构层作为临时铺盖,在铺盖下方施工作业(见图3)。临时铺盖下部支撑体系为基坑围护桩、桩间钢支撑和桩顶冠梁组成的支护系统,上部行车体系由焊接工字钢梁和两层钢板构成。即支护体系承担基坑周围土体荷载,铺盖体系承担路面荷载。

3 施工关键技术

3.1 设计装配式铺盖结构体系

铺盖板上铺设200 mm厚C30混凝土和50 mm厚沥青混凝土面层。铺盖板由上、下面板和工字钢梁组成。上、下面板均为Q235钢板,厚度20 mm。工字钢梁为Q235A材质标准Ⅰ36c,高度360 mm、翼缘宽度140 mm,净跨6 m,工字钢间距372 mm一道,下穿通道顶部剖面如图4所示。

恒载包括铺装及结构(工字钢、钢板)自重,混凝土容重26 kN/m3,沥青混凝土容重24 kN/m3,钢材容重78.5 kN/m3。

活载包括汽车荷载(城-A级车辆荷载)和人群荷载(人行道4.5 kPa,计算时按规范折减)。

根据JTG D60—2015公路桥涵设计通用规范的荷载组合原则进行计算,承载能力极限状态组合:1.0×(1.2×恒载+1.8×汽车荷载(按车辆荷载进行计算,含冲击系数)+0.75×1.4×人群荷载+0.75×1.4×温度荷载)。计算时汽车荷载按三车道车辆荷载进行偏载加载,两车间距1.3 m,两轮间距1.8 m。人群荷载宽度按照2 m宽进行计算。

验算了结构变形以及承载能力极限状态下最不利荷载工况工字钢纵向受顶板、底板和腹板各项应力。经验算,工字钢最大的拉(压)应力为143.4 MPa<190 MPa,满足规范要求。最大剪应力为15.4 MPa<110 MPa,满足规范要求。通过结构安全验算后,得到标准装配式铺盖板长×宽×高尺寸为6 000 mm×2 000 mm×400 mm。如图5—图7所示,铺盖板自上而下为上面板由6 000 mm×2 000 mm×20 mm的Q235材质钢板制作,支撑体系由6 000 mm长的Q235材质360 mm工字钢制作,下面板由2 000 mm×400 mm×20 mm的Q235材质钢板制作,上下面板与支撑均采用满焊连接。

3.2 制作装配式铺盖

各种钢构件、各构件螺栓连接孔、连接板等均按设计要求,在施工前由专门厂家加工完成。

在加工前对钢板和工字钢进行质量检查,其表面均不允许有结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷。并且,在焊接铺盖板前,取3块～5块上面板设置预留浇筑孔。如图8所示,在钢板中心处切割一个略大于泵车端头泵管的孔洞(直径约0.3 m),各构件按设计要求加工好的按设计位置对应编号。

3.3 支护结构体系施工

围护桩开孔前复测一次桩位孔口高程、钻头直径、场地平整度、钻杆垂直度等。泥浆密度应控制在1.3 g/cm3～1.4 g/cm3,黏度20 s～30 s,砂的质量分数不应大于6%。冠梁采用分段施工,各施工段具体长度依据现场情况而定,其分缝位置必须避开钢支撑及桩头位置且须在两墙(桩)中心位置的1/3处。进行内支撑结构施工时,由于在夏季施工,会产生较大温度应力,应及时对支撑采取降温措施。

3.4 装配式铺盖板安装

标准铺盖板加工完成后运输至现场,进行测量放线,通过吊车将标准铺盖板放置于冠梁上。现场根据冠梁至路面结构层实际厚度,可以对安装高度进行微调整,保证后期标准铺盖板面上方路面结构层均匀一致。

铺盖板放置完成后对其进行相应的固定,利用限位器限制因车辆行驶时的振动造成铺盖板的位移。限位器成对设置在铺盖板下底板上,由尺寸为20 cm×20 cm×2 cm直角三角形钢板制成,如图9所示。

固定结束后铺设临时路面结构层,并将可调式井框盖放置在有浇筑孔的铺盖板上方,设置用于浇筑混凝土的人孔浇筑井。

技术要点如下:

1)通过在铺盖板下方垫木块,保证后期标准铺盖板面上方路面结构层均匀一致。

2)其中一条直角边与下底板焊接,另一边与冠梁间留1 cm～2 cm的位移缝隙。

3)将铺盖板浇筑孔上方的沥青去除,然后放置可调式井框盖。

3.5 管线悬吊装置安装

由于地下管线改迁会增加工程成本,因此在下面板内侧设置悬吊索,用于悬吊高于下穿通道顶板高程的管线。

在铺板安装后进行管线悬吊安装,管线悬吊组合结构包括钢丝紧线器、吊带、吊钩、钢丝绳拉索、可调节螺杆。利用φ18 mm可调节螺杆将管线悬吊于下面板上的悬吊环,悬吊环的表面设有防滑螺纹。对DN600自来水管道、DN1 200雨水管道、48孔通信管道、DN300天然气管道进行悬吊保护,根据管线的不同性质采取相应的悬吊措施。

技术要点如下:

1)通过设计方案满足承载力要求,实施前通过模拟测试、保障各构件间连接牢固方可实施。

2)除DN300天然气管道,其他管线均通过增加悬吊个数增强稳定性。

3)所有构件安装完后,通过钢丝绳拉索和螺杆螺母调整管线标高。

4 结语

城市地下通道装配式铺盖法在西安西稍门十字地下通道建设工程施工中得到成功应用,由于围挡面积小,有效缓解了地面道路交通拥堵。该工法不仅适用于下穿通道,还适用于城市下穿隧道、综合管廊、电力管道等城市地下构筑物工程中。

此外,装配式铺盖法的管线悬吊装置,避免了管迁永久改迁造成施工速度慢、费用高的缺点。采用的标准装配式铺盖安全性能良好、可重复利用,施工过程环保,具有良好的社会效益。设置的人孔浇筑井,方便浇筑主体铺盖下方的混凝土,避免了因使用地泵浇筑速度缓慢或堵管从而造成的混凝土质量无法保证。在一定程度上保障了铺盖板的限位装置限制因车辆行驶时的振动造成铺盖板的位移。