某城市地下综合管廊项目施工技术分析与应用

王 乐

(甘肃第二建设集团有限责任公司,甘肃 兰州 730050)

对于复杂的城市地下综合管廊来说,其施工过程会受到多种因素(例如城市交通、环保标准、既有建筑安全防护等)的影响,由于管廊的长度相对较长,所以施工时往往采取拼接预制钢筋混凝土结构或者现浇钢筋混凝土结构,明挖法是地下管廊施工技术之一,采用此种方法需要在地面上挖出较大的基坑,所以其具有较高的风险,同时会对交通造成较大影响。而顶管法、盾构法等施工技术则采取的是暗挖施工技术,并不用采取较大规模的动土作业,同时可以进一步提升施工效率。本文主要研究城市地下综合管廊施工技术措施,对进一步推动地下管廊施工发展具有现实意义。

1 工程概况

某城市经济技术开发区建设地下综合管廊工程的总投资为25.2亿元,总体长度为35.5km,该综合管廊囊括了管线舱、电力舱、燃气舱等部分。此管廊的主体部分处在人行道和绿化带之下,距地面最近约2.5m,采取的是钢筋混凝土现浇结构,抗渗等级设定为P6。该综合管廊的断面主要包括A、B两种类型,其中主线采取的是A型断面,预留支线采取的是B型断面[1]。管廊施工过程中要注意如下内容:确保管廊的平面线性和道路线性的对应,圆曲线部分的半径一定要符合管线转弯半径的标准,并且要和道路圆曲线相对应;要在合适位置留设关键通道,例如通风口、人员进出通道、管线口等。

2 地下综合管廊施工技术要点

2.1 明挖预制拼装法技术要点

此种方法主要是事先完成综合管廊钢筋混凝土结构的预制,之后在施工现场进行基坑开挖,并且将预制件拼装埋设后形成综合管廊。其施工关键点有4点。

(1)基坑开挖。现代的地下综合管廊具有较高的施工标准,对于关键指标(例如管道直径、埋设深度、回填厚度等)提出较为明确的标准,基坑开挖过程中要按照上述参数设定实际开挖量,同时以基坑深度为参考进行边坡、放坡和支护的处理,避免发生土石方滑坡、坍塌等问题。

(2)基底处理。基坑开挖之后会在基底积累非常多的杂物,例如碎石、浮土等,要利用人工+设备的方式将这些异物彻底清理掉,之后在其表层进行混凝土垫层的浇筑,保证垫层的平整性。同时在垫层表面铺设改性沥青防水卷材,避免地下水透过垫层对钢筋混凝土基底造成侵蚀[2]。

(3)钢筋、止水带、预埋件的安装。在垫层上进行钢筋的铺设,严控钢筋的距离,并且对其进行牢固绑扎。另外,为了确保良好的混凝土浇筑条件,要在合适区域设置止水带和不同类型的预埋件。

(4)钢筋混凝土浇筑。混凝土浇筑分两个阶段进行,首先进行底板混凝土层的浇筑,控制浇筑厚度在35cm,浇筑之前一定要保证止水带、预埋件等设置准确;之后进行墙身、顶板的混凝土层浇筑,要按照水平、竖直方向分别设置施工缝,其中水平施工缝设置在底板以上30～50 cm的范围之内,纵向的施工缝按照每15～30 m的范围设置1道。经过良好的掩护之后,管廊的强度以及各种辅助设施都可达到设计要求,此时可在管廊内安装管道敷设的各种支架。

图1 钢筋混凝土浇筑方案

目前,明挖预制装配拼装施工法的使用较少,因为明挖预制拼装法对施工过程的要求较高,需要有大型预制厂的制造技术支持,而且必须事先制定出适合大吨位运输设备的运行路径,所以其在发达国家的应用较为普遍。经过对比来看,虽然明挖预制拼装法的造价较高,但能全面提升整体的施工质量,更符合目前绿色建筑的需求,因而受到众多建筑企业的重视与喜爱。

2.2 盾构法技术要点

此种技术的优势在于安全性高、施工较快、环境污染较小、适应性良好。其技术要点有4点。

(1)设定合适的盾构始发方式。城市地下空间包含着各种不同类型管线和建筑基础结构,但是盾构机规模较大,所以始发时很难整体操作,而是要先进行相应距离的掘进形成足够的空间,之后组装其他配件后整体施工。盾构机特点及适用性见表1。

表1 盾构机特点及适用性

(2)节点井通过方式。由于节点井对于加固要求相对严苛,同时完成建设的构筑物会增大盾构机的掘进阻力,所以施工过程中要加大盾构机配置,增强刀具强度。

(3)锚索施工区域的盾构。由于盾构机施工时容易将锚索卷入到设备内,针对此问题可以通过“洞内张拉法”以及“钻进套取法”快速将锚索从盾构机内拔出。

(4)富水砂砾地层的掘进方法。对于以砂砾层为主的区域来说,其土质更加容易吸收水分,所以在针对此类土质实施的盾构过程中,要对盾构机参数进行调节,保证注浆量、土压力、出土量等参数满足标准。

盾构法有以下优势:施工步骤少、安全等级高、施工周期短、不需要预先进行地表降水、不会对周围环境造成干扰、可应用于复杂的施工场地、降低投资费用。存在的缺陷有以下几点:在工程建设初期,要支付大量的设备租金和维护费用、对工程变化的适应性较差、地面沉降难以掌握、不适合在小曲线半径的隧道作业。

2.3 顶管法技术要点

此种技术施工时无需进行地面开挖,并且施工过程中不会对已完建筑造成影响。具体施工方式有2种。

(1)泥水推进法。此种方法主要是通过刀盘转动为动力实施掘进,并且在刀盘上施加相应顶进压力(大于土壤对设备产生的压力)来保持推进驱动力,确保顶进速度。为了减小设备产生的摩擦力,顶进时要采用泥水将所切碎屑送进泥仓实现排屑。

(2)土压平衡推进法。此种方法主要是在泥仓内注入相应量的混合料,其与所切削的泥土混合会形成较大压力,以此为动力来平衡顶进过程的土压力。此种施工方式无需进行泥浆配置,无需配置专用设备,整体费用相对较低。

顶管法的施工工艺较为简便,无需预先开挖土方,对施工面的影响也不大,仅需准备一套简易的机械设备,对技术人员的要求也不高。尽管顶管法在工程中具有明显的优越性,能为建筑企业节约投资,缩短工程建设周期,但它也有一个缺点,就是只能用于中型管道。在工程中,顶管法的可变方向能力很差,会极大地提高后期的纠偏难度。

3 城市地下综合管廊施工技术分析

3.1 施工方案选择

(1)从交通安全考虑,主干道是双向六车道,辅道是双向两车道,需要通过多个路口,每天的车流量达到96 000辆。沿路发展的土地面积已达70%以上,主要是商业和居住小区。由于施工区域处于旧城区,并且沿街的商业化程度较高,所以道路上存在大量的变压器、电线、电塔等电网设施,既要确保项目能够正常进行,又要确保不会对周边居民的日常生活、店铺的经营产生不利影响。

(2)会延长施工工期。相较于其他普通的地下综合管廊施工工程而言,本项目会使施工工期延长。具体的原因主要有:①在开始整体的项目施工之前,需要提前做好高压电塔的加固工作,对施工范围内的高压电塔及相关的高压电设备进行加固,并将其围护起来,这些施工操作都会延长施工工期。②高压线路的高度往往是固定的,其安全区域也在固定的范围内,为了避免对高压线路造成破坏,很多较为大型的机械设备无法正常使用。因此需要专门定制专业的机械设备或者改装原有的机械设备,才能够满足需求,增加了施工的步骤和难度。③由于该工程采取的是特种旋挖桩机械设备,所以可能会导致钢筋笼无法顺利一次成型,增加了施工的步骤。综上所述,该方案会使得整体施工工期更长,效率降低约35%～40%。

(3)会降低经济效益。相较于其他普通的地下综合管廊施工工程而言,本项目会使得施工支出费用增高。①由于高压线路的存在,会导致整体施工过程受到多方面的阻碍,增加了人力、物力的投入。②多项施工步骤都需要定制专门解决对应需求的机械设备,或另外改装设备,这都会导致增加许多额外费用,比如在选择旋挖桩桩机时,要根据实际需求挑选12m的特种设备,此种设备相较于普通类型的设备而言,价格至少高出了40%,所以需支付更多费用来购买专业设备。

综合受到高压线路及安全区的影响、施工工期及工程经济效益这三个方面的考量,本文选取顶管法技术施工工艺,能为建筑企业节约投资,并且能缩短工程建设周期。

3.2 施工准备

第一,施工企业要根据计划实施图纸会审,安排项目相关人员详细了解施工图,明确所建综合管廊设计的内容,特别对于相关技术难点和设计不明区域要加强沟通,进行充分交底。

第二,以设计图纸相应要求为参考准备好施工所需内容,包括相应的图纸资料、施工技术标准等,以此来保证施工中相应内容(例如施工标准、施工方式、验收要求等)有所依照[3]。

第三,完成必要的准备工作后,施工项目负责人要对其实施专业会审,同时要将相应会审结果进行整理并备案。总的来说,地下综合管廊的施工要按照图2所示流程来进行。

图2 综合管廊施工流程

3.3 施工方案的编制

综合管廊项目部相应技术人员要按照项目的具体情况,制定出具有针对性的施工方案和分项工程技术方案。

3.4 综合管廊主体分项施工技术应用

第一,测量放样。完成了基础的开挖后,要根据具体设计指标设定出相应的坐标、尺寸,并且要测量放样出管廊中心线、基础开挖边界线等关键位置,另外要进行施工临时水准点的设置,将其作为参考来对施工时各处高程进行有效控制。

第二,垫层施工。完成了管廊地基开挖之后,要第一时间实施砂以及碎石垫层的铺设。首先要利用相应运输设备将砂、碎石等运输到开挖基坑一侧,通过挖机实施布料,之后利用人工的方式实施摊铺。摊铺高度满足标准要求后,即可进行模板的搭建、混凝土垫层的浇筑。

第三,地下管廊底板设置。按照此工程的具体情况,确定管廊采取两次浇筑,可以以管廊线路中轴线为界限将其分为两组施工,同时在相应位置设置沉降缝。施工时,每次完成半幅的浇筑,所采用的模板为防水胶合板(板材厚度:14mm,底板厚度:300mm)。施工过程中外部主要采用短钢管来打入土体,并且支撑到基础上,不同钢管之间的距离控制在500mm。模板的设置要一次性搭设成型。对于较为特殊的位置(例如管廊内侧倒角模板处)要采用钢管支撑,同时利用钢丝对拉对其加强。完成了底板钢筋绑扎之后,要预留出侧面墙体钢筋,以便进行壁板模板的搭设。所浇筑的混凝土采用商品混凝土,通过泵送机械方式入模,并且对其实施振捣,确保其密实。首次浇筑底板混凝土成型之后,将端头的模板拆除掉,采用泡沫将变形缝两端混凝土隔离[4]。

第四,地下管廊墙体以及顶板设置。和底板类似,墙体以及顶板施工也要以中轴线为界限划分成两部分来进行。完成管廊墙体钢筋的绑扎之后要对其进行验收,保证其合格之后就可以进行墙体模板的搭建。该工程墙体主要采用厚度为14mm的胶合板,同时要采用100mm×100mm的木枋作为竖向背楞(间距为300mm)对其进行加强,并且采用φ42mm的钢管作为横向加强。在进行墙体和顶板模板搭建过程中要保持连续性,要通过在变形缝位置设置加密拉杆来对墙体模板实施固定。另外,顶板要采用碗扣支撑架(距离为900mm),采用防水胶合板(厚度为14mm)作为顶板模板,同时要设置100mm×100mm的木枋(间距为300mm)作为竖向背楞,采用φ42mm的钢管作为横向加强。为了避免发生漏浆的情况,要利用双面胶带对模板拼接缝进行密封。

要采取分层浇筑、分层振捣的方式进行管廊墙体浇筑,严格控制每一层厚度≤500mm。浇筑时确保浆液从中间管廊墙体进入,从一侧向另一侧送入到模板中,并且对其进行充分振捣,从而保证管廊墙体浇筑的均衡性。每一层进行浇筑时都要从中墙开始,之后进行边墙浇筑,然后进行另一边墙体的浇筑,依次循环进行。完成了管廊墙体混凝土浇筑后,间隔1～2h后进行顶板混凝土的浇筑。

第五,乳化沥青施工。完成管廊主体施工之后,为了避免水体渗入,要在和土壤相接触的混凝土表层喷涂乳化沥青,一般控制乳化沥青厚度在0.7～1mm,喷涂两层。

第六,模板工程。

(1)安装流程。模板工程施工要遵照图3所示流程来进行。

图3 板工程施工流程

(2)关键技术分析。进行墙体模板安装前,要对管涵下部八字区域混凝土凿毛,同时彻底清理掉墙体内垃圾,实施准确放线。为了避免墙体模板的底部区域出现烂根的问题,在进行涵身模板搭设之前,要确保其在底板上能够准确、牢固地粘贴[5]。

(3)模板拼装。要严格遵照模板图设定尺寸对模板实施拼装,在模板拼装过程中要特别注重对邻近板面拼接缝的控制,为了避免发生漏浆的问题,要通过钢筋对两模板间的接头绑扎牢固。完成模板拼接之后要通过钢筋将模板和竖向钢管进行绑扎,提升模板的稳定性。

(4)模板的搭设。进行模板搭设之前,要彻底清理掉垫层表面的积水、杂物等,并且要用水将表层的浮浆冲洗干净。

(5)模板的拆除。对管廊墙体侧模板拆除时,一定要确保混凝土强度达到70%设计强度的情况下才可进行,并且一定要确保墙体表层和特殊位置混凝土的完整性,避免拆模时发生损坏。特别是对于管廊底面模板来说,一定要保证混凝土强度满足设计标准规定后,才可以对其进行拆除。

4 结语

地下管廊的应用大大提升了城市的现代化水平,也加快了城市环境的发展变化。本文采取顶管法技术方案,主要以某城市地下综合管廊项目为例,阐述了施工技术方面的相应内容,能够对类似综合管廊施工提供参考和帮助,对于进一步推动现代城市建设具有现实意义。