智能滑模施工技术在地下综合管廊工程中的应用

刘 超 李学松 孔 松 刘 杰 吕俊杰

地下综合管廊工程是指在城市地下建设一种综合性的管道通道系统，主要用于集中安装和管理城市中各类公用设施的管线，如供水管线、电力管线、燃气管线等[1-2]。地下综合管廊工程的主要目的是解决地下管线交叉、纵横交错的问题，避免传统方式下频繁进行的挖掘和破坏，减少对地下设施的影响[3]。通过将各类管线集中布置在地下综合管廊中，方便了管线的安装、维护和管理，提高了基础设施的可靠性和运行效率[4-5]。

由于地下综合管廊工程属于复杂工程，因此施工时需要综合考虑地质条件、管线布置、施工技术等多个因素，才能够保障工程质量与安全[6]。有较多学者对管廊施工方式进行了研究，例如刘小玲[7]等，研究建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在地下综合管廊中的应用，该方法结合场地地形，利用BIM 技术对管廊参数进行设计，并对工程进行了仿真模拟，虽然该方法能够实现智能化施工，但其研究的施工技术会导致管廊上方建筑出现一定倾斜；例如曾祥明[8]，研究组合铝合金模板在地下综合管廊不同断面施工技术，该方法在管廊施工过程中应用了铝合金材料，加固了施工现场的整体稳定性，但该方法在施工结束后会导致管廊承受较大应力，影响后续建筑安全。

智能滑模施工技术是一种先进、高效、环保的管道施工技术，相比传统施工方式，可以有效提高施工效率，减少工期[9]，还能够减少土方开挖和回填等工作量，降低了施工成本。本文利用智能滑模技术，对地下综合管廊工程进行施工，提高施工质量并优化管道的使用寿命，为大家提供借鉴。

1 地下综合管廊工程施工设计

1.1 工程概况

本文选取东莞市滨海湾新区东湾大道项目作为研究案例，东莞市滨海湾新区东湾大道（交椅湾段）工程位于东莞市滨海湾新区交椅湾版块、路线呈东西走向，项目起于福海路，终于交椅湾大道，沿线与7 条主要规划路连通，路线全长3.679 km，道路等级为城市主干路，双向8 车道，设计速度60 km/h，规划红线宽60 m，综合管廊布置于道路中央分隔带下。

该工程项目具体参数如表1。表1中的参数组成这一项目工程的具体建筑方案。本文采用智能滑模施工技术，设计地下综合管廊工程施工方案[10]。

表1 工程项目参数分析

1.2 智能滑模施工技术设计

DHYD 智能支模系统是模板系统、电气控制系统、液压控制系统、行走系统组成的用于城市地下综合管廊浇筑时代替人工木板支模施工的自动化设备。

其工作原理为以钢结构机架支撑的大型钢结构模板系统，全液压驱动行走机构带动设备行走，可以实现支模机械化，控制自动化操作。DHYD设备设计为整体钢模板，采用液压油缸脱、立模，施工中采用丝杆千斤支撑，油缸步进式自动行走，用混凝土输送泵将混凝土泵送入模进行管廊结构施工。具有系统整体性好、稳定性强、机动性强、模板拼装工作量小、模板拆卸移动方便、施工速度快等优点。

1.3 智能滑模施工步骤设计

应用智能滑模施工技术进行地下综合管廊工程施工，主要通过图1 中的步骤实现。

图1 智能滑模施工步骤（来源：作者自绘）

在图1 的步骤中，部分施工步骤的详细施工方案内容如下。

1.3.1 施工准备

进行施工前，需要科学设计滑模施工技术应用方案，充分考虑建筑需求，并前往施工现场了解环境情况，收集施工现场数据信息[11]。还需要充分准备施工材料与机械设施，提前检测设备质量，以免出现设备故障问题。同时需要规范施工操作流程，科学安装与调试施工机械[12]。

1.3.2 施工缝面处理

在施工开始前需要通过冲毛机冲毛，并通过高压水冲净，从而清除缝面上的污染物[13]。冲毛时间基本在收盘后7 ～12 h 后进行。在浇筑之前，需要铺设一层水泥砂浆。

1.3.3 滑模施工

滑模施工流程如下：

1）施工测量：按照设计要求放样测设出舱室中线，在移动过程中随时检查设备中线是否与舱室中线重合，如果不合格及时进调整。放样后再次进行复核，符合要求后进入下一步程序。将设备顶升至设计高度，再次进行检查高度和中线，合格后进行加固立模。

2）设备安装：在模板台车调入首个施工段之前，需要浇筑底板及矮边墙，矮边墙浇筑高度为500 mm 以上，且矮边墙浇筑长度至少需30 m，便于模板台车调入拼装。安装顺序为安装行走系统及基座—设备机架与行走系统基座拼装—顶摸、肩模油缸门架及油缸安装—侧模、顶摸模板吊装—其余舱室。智能滑模系统安装完成后需检查设备各部件是否有异常，如无异常，通电对设备整体进行调试，检查是否满足工作要求。

3）模板加固：侧墙钢筋绑扎完成后，将模板台车设备支撑到工作状态下，并用支撑丝杆对设备顶模、肩模、侧模等进行支撑加固，然后绑扎顶板钢筋及进行外模、端头模拼装。

4）混凝土浇筑：对钢筋进行制作及绑扎，并快速安装，然后进行混凝土浇筑。在浇筑过程中，需要严格按照施工现场需求配置滑模浇筑混凝土，不仅需要符合所需强度，还需要能够达到滑模施工要求。因此，本文结合施工现场状态，设计混凝土出模强度为0.5 ～2.5 kg/cm2。开始施工时，采用分层平铺法对混凝土进行铺料。需要按照流程进行施工：混凝土采用分层、左右侧交替对称浇筑，每层浇筑厚度不大于1 m，两侧高差应控制在50 m 以内。浇筑过程要连续，避免停歇造成冷链，间隙时间超过1.5 h 按照施工缝处理[14-15]。浇筑过程中，对混凝土进行振捣，保证振捣密实。同时需对智能滑模系统按方案要求进行沉降、位移和变形监测。

5）脱模、养护：混凝土灌注完毕后，对混凝土进行养护。待混凝土强度达到脱模要求时方可脱模，脱模时间与气温、湿度及混凝土强度等因素有关，脱模的步骤为拆除模板固定螺杆、收缩舱内模板、吊装外侧模板至下一施工段、滑模系统滑移至下一施工段。其工作原理为脱模前先拆除封头板与固定螺旋，松开各加固点的螺杆丝杆，利用液压油缸收缩舱内模板，收缩完成后，检查每一块模板的到位情况，确认到位后，设备整体下移，轨道着地，再通过轨道整体向前滑移。脱模后对管廊混凝土进行洒水养护，养护时间至少7 d。

综上所述，在施工过程中，要随时进行过程检查。若在施工过程中出现意外状况，则需要立即停滑，并停止混凝土浇筑。当进行滑模时，若轨道出现扭转或偏移时，应迅速对其进行纠正。

1.3.4 滑模拆除

当滑模施工完成后，等待混凝土终凝后即可拆除滑模设备，具体拆除过程如图2 所示。拆除后即可完成地下综合管廊工程中的滑模施工。

图2 滑模设备拆除过程（来源：作者自绘）

1.3.5 进度管理措施

做好计划，必要时管理人员及工人赶工必须加班施工，制定加班机制及施工值班表。施工大方向为大平行小流水赶工状态，可以说有工作面就要大干快上。赶工过程中存在工序、运输、交叉施工污染等，根据该项目特性建立成品保护小组，按照成品措施方案做到成品保护及时性、持久性。赶工中应做好材料、人员保障，提前做好相关人材机储备。

1.4 管廊-土体-建筑物有限元模型构建

本文利用ANSYS 构建管廊—土体—建筑物整体有限元模型，对智能滑模施工过程进行仿真设计。利用该模型模拟混凝土浇筑以及滑模过程，从而分析该施工技术对地下综合管廊工程的影响。采用实体单元SOLID45模拟混凝土浇筑层以及滑模结构。可按照地基基础分层总和法理论，计算建筑基础沉降量，如式（1）所示：

式中：Hi为土层厚度；Esi为土层压缩模量；αi为土层的附加应力值；Po为项目基底附加应力。

通过数值模拟法分析滑模施工过程中建筑物的变形情况，主要分为建筑物的扭曲与倾斜。若建筑物产生变形问题，很容易导致建筑整体结构出现损坏，因此分析施工对建筑的变形影响具有较大意义，可通过式（2）计算建筑物扭曲情况：

式中：Tw为建筑整体的扭曲变形，在该建筑中第1 跨χ正方向与反方向的角点分别为A、D；第5 跨χ正、反方向的角点分别为B、C；建筑每一角点的沉降值分别为SA、SB、SC、SD；b、L分别为建筑横向、纵向长度。

可用式（3）计算整体建筑斜率即：

式中：γs为建筑斜率；h为建筑高度；Sχ为建筑顶部χ方向倾斜值。

模型边界条件：对施工完成后的地下综合管廊工程土体两侧施加水平约束，并对底部施加竖向约束，分析该工程在施工后的稳定性。

2 实验分析

2.1 浇筑过程中管廊应力分析

分析本文设计的施工技术在浇筑过程中对管廊造成的应力，并通过浇筑开始阶段与浇筑完成阶段的应力有限元图表示，具体如图3 所示。

图3 浇筑过程中管廊应力分析（来源：作者自绘）

根据图3 可知，在管廊应力分析过程中，当通过本文技术进行混凝土浇筑开始阶段，应力主要集中在管廊中心位置，而在浇筑完成后，管廊整体受到的应力逐渐减小，仅在周围两侧存在一定应力，但并不明显，由此看出，在采用本文施工技术的混凝土浇筑过程中，可有效降低管廊所受到的应力，使管廊工程更加稳定。

2.2 位移情况分析

模拟施工结束后在不同日期内的项目水平位移与竖向位移情况变化，以此验证该方法的施工效果，分析结果如图4 所示。

图4 水平、竖向位移情况分析（来源：作者自绘）

根据图4 可知，施工结束后，随着时间的延长，该工程横向、竖向位移逐渐增大，其中水平位移量相对较大，在施工结束后的40 d 后，该管廊工程的水平位移在-16 ～-18 mm 之间，而竖向位移则达到约-12 mm，虽然存在一定的位移情况，但并不会对建筑本身以及管廊项目造成较大风险，因此，该技术具有较高的可靠性。

2.3 管廊工程沉降情况分析

分析管廊施工完成后，距离管廊中心线不同距离区域的沉降值以及沉降速率，从而分析施工过程的稳定性，分析结果如图5 所示。

图5 管廊工程沉降情况分析（来源：作者自绘）

根据图5 分析可知，当距离管廊中心线距离越远，该项目的沉降值越小，而在管廊中心线处，即距离管廊中心线距离为0 m 时，沉降值达到-30 ～-35 mm 之间，而距离管廊中心线较远时，产生的沉降影响则逐渐减弱；同时，不同位置的沉降速率较为接近，基本保持在5%左右波动，可以看出沉降速率较低，且最大沉降值也保持在较小水平。因此，在本文施工技术的处理下，可以避免管廊工程出现大幅度沉降。

2.4 地下管廊施工对建筑整体的影响分析

分析该施工项目结束后对建筑整体的扭曲变形与倾斜率影响，分析结果如图6 所示。

图6 施工对建筑整体的影响分析（来源：作者自绘）

根据图6 可知，随着时间的变化，该施工过程对建筑整体的扭曲变形与倾斜率产生一定的影响，但是当时间达到20 d 以后，扭曲变形与倾斜率逐渐趋于稳定，不再大幅度上升，且在早期阶段，建筑的扭曲变形值与倾斜率始终保持在较小水平，不会影响建筑整体安全性，也不会对后续施工造成影响，为此，在该技术施工下，可以避免对建筑整体造成较大影响。

3 结论

本文研究智能滑模施工技术在地下综合管廊工程中的应用，针对所选建筑工程，进行滑模施工步骤设计，从而提升施工的效率与质量，降低施工风险，使整个工程施工得到安全保障。同时利用有限元模拟方法模拟施工步骤，评估该施工技术的应用效果。在未来研究阶段，可对该施工方法继续进行优化，使其能够应用至更多施工领域。