城市地下多舱综合管廊工装轻量化设计与应用.pdf

文章编号:()收稿日期:网络首发日期:基金项目:石家庄市科学技术研究与发展计划()作者简介:蔡晓明()男河北衡水人高级工程师主要从事隧道与地下工程施工技术研究:.引文格式:蔡晓明.城市地下多舱综合管廊工装轻量化设计与应用.铁道建筑技术():.城市地下多舱综合管廊工装轻量化设计与应用蔡晓明(中铁十七局集团第三工程有限公司 河北石家庄)摘 要:在城市地下综合管廊施工中尤其是位于主城区的交通繁忙地段受各种因素干扰需要制定快速、安全、经济适用的工装方案 基于管廊绿色建造、节能的原则决定对现有工装进行轻量化设计应用 本文以城市综合管廊施工中常见的盘扣、台车等工装施工方案为基础结合各方案的优缺点对管廊工装进行轻量化设计优化了管廊主体浇筑工装设计采用框架核心筒 可拆卸悬挂模板设计解决了城市综合管廊主体结构工装结构繁杂、可操作性不强的难题并结合变截面管廊节点合理制定节点工装加固方案经过管廊轻量化工装设计应用取得了良好的效果关键词:综合管廊 工装轻量化设计 框架核心筒台车 悬挂模板中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言城市综合地下管廊可以有效地解决城市内地下管线交叉、混乱的现状 根据我国绿色建造、节能环保的地下空间利用原则随着管廊建设的发展管廊施工技术逐步成熟 目前已经建成运营的玉溪管廊、南京江北新区管廊、石家庄管廊、厦门预制管廊均取得了良好的社会效益但在建设过程中也出现了较多的问题例如:管廊工装笨重周转率低、主体结构浇筑质量差、不均匀地质处理方案不合理、施工过程中对城市内环境造成污染等 为有效解决城市内综合管廊建造过程中的各项难题在满足结构主体质量的同时实现节能环保、资源优化配置的目的本文结合目前已建成的各城市管廊建造经验、管廊关键施工技术以及主体结构施工中的工装设计思路对现有工装进行轻量化设计包括管廊主体结构浇筑过程中的支架体系、模板体系及各类撑杆结构 根据方案比选工装轻量化设计采用“框架核心筒 管廊悬挂 型木梁模板”的结构形式框架核心筒以刚度较大的钢架作为主体结构采用配套的混凝土同步浇筑工艺有效地解决了管廊台车笨铁道建筑技术 ()蔡晓明:城市地下多舱综合管廊工装轻量化设计与应用重、操作性差的难题采用新型的 型木结构模板体系实现了整体轻量化采用悬挂可调式结构有效地解决了模板笨重和管廊变截面节点浇筑困难的难题通过轻量化工装的应用顺利完成了石家庄汇明路管廊剩余工程的施工取得了良好的效果 工程概况汇明路综合管廊建设工程位于石家庄市西南设计总长 管廊结构主要位于黄土状粉质黏土层、黄土状粉土层 根据勘察资料钻孔深度范围内未见地下水可不考虑地下水对本工程的影响 该区域内地下水埋深约.地下水类型为松散岩类孔隙水以大气降水补给为主水位随季节变化有所变化地下水动态年变幅在 左右设计采用四舱和五舱两种形式综合管廊五舱形式为电力舱、综合舱、热力舱、污水舱、天然气舱四舱形式为电力舱、综合舱、热力舱、天然气舱 管廊施工采用明挖现浇法支护采用“钻孔灌注桩 钢支撑”、“放坡开挖 土钉墙”两种形式 管廊工装方案比选及优缺点管廊根据入廊管线设置情况分为单舱、双舱及多舱结构形式 管廊施工根据分舱的净宽、净高确定其工装支撑方案 工装要具备一定的刚度保证管廊隔墙及侧墙的线性和平整度满足混凝土浇筑振捣要求 一般地明挖法管廊主体浇筑包括满堂支架法和台车法方案一:满堂支架法可采用碗扣式脚手架、盘扣式脚手架 其施工方案操作简便但拆装过程繁杂尤其在小断面隔仓管廊浇筑过程中人员需求数量大安全风险大 管廊标准段落长度固定后为降低施工综合成本必须提高工装周转次数但随着周转率的提高施工过程中人为因素损坏程度较大 通过前期应用试验满堂支架法方案操作简便、拆装周转工作量大、材料变形严重、综合成本分析较高方案二:管廊台车法施工中采用液压钢模板台车可有效解决操作繁杂、人员需求多的难题 加固过程采用液压顶进装置能够保证钢模板的整体性 混凝土浇筑过程中管廊台车及模板的刚度大、变形小侧墙线性能够得到保证 但是采用台车法加工困难且成本较高遇到管廊节点变截面侧墙时适用性差整体结构笨重不利于推广对此结合两种常用施工方案优化设计管廊浇筑工装结构既保证其整体刚度要求又能方便人员操作提高周转率 最终设计出“钢框架核心筒 可悬挂式模板”的拼装结构辅以混凝土同步浇筑控制措施其具体结构形式见图 框架核心筒可根据管廊宽度和高度定制不同拼装框架底部采用可行走式万向轮结构浇筑时支撑固定使走行轮悬空 可悬挂式模板采用整体木模板和 型木肋降低整体模板重量的同时提高模板刚度 采用可调式撑杆作为内支撑保证轻量化结构整体性 根据浇筑速度、高度等因素合理设置横撑图 框架核心筒管廊工装设计方案(单位:)框架核心结构设计.框架核心结构方案单独构件必须满足人工搬运是框架核心筒方案的设计原则 采用“台车 盘扣立柱”相结合的方案能够充分发挥核心筒整体刚性 同时在一节段主体结构浇筑完成后分解台车侧墙部分及中部钢管支撑能够实现人工推行前进根据管廊顶板及侧墙混凝土厚度合理地设置双.槽钢作为钢框架核心筒主要受力杆件整体重量较铁道建筑技术 ()蔡晓明:城市地下多舱综合管廊工装轻量化设计与应用轻 采用 型木梁作为模板肋梁降低模板重量提高模板整体刚度 中间部位钢管支撑采用 .钢管支撑钢管支撑横向间距.纵向间距.横向支撑为 .钢管竖向步距.框架核心筒管廊工装的具体形式见图 图 框架核心筒管廊工装断面图钢核心筒采用螺栓连接内框架加工时应结合管廊最大断面尺寸进行两侧门架中间断开部位采用钢管支撑钢管支撑横向间距不得大于 不同厚度顶板浇筑过程中应根据厚度合理设置钢管支撑间距顶板混凝土浇筑荷载考虑人员机具及混凝土振捣等活荷载 钢管支撑可采用市场中常见的 型盘扣支架进行设置完成后安装门架横撑横撑间距不得大于盘扣支架步距设置 根据管廊高度底部必须设置横撑以底部横撑为基准按照不大于盘扣支架步距设置门架横撑纵向间距取.支撑安装完成后顶紧浇筑过程中核心筒门架底部万向轮必须脱离地面底部行走装置不得受力.框架核心筒强度、刚度及稳定性计算钢框架核心筒门架荷载考虑模板侧向混凝土压力及顶板浇筑混凝土重量其中侧墙模板压力取高度浇筑压力及考虑混凝土入模温度、浇筑速度、坍落度后压力较小值 为保证整体刚度侧墙模板设计压力不采用梯形荷载计算值偏于安全顶板厚度 考虑恒载.、活荷载.分项系数 顶板荷载为:./根据对侧模板压力计算模板压力采用./进行设计计算不同的浇筑速度及入模温度、坍落度情况应重新进行复核计算根据荷载计算整体结构组合应力值满足要求最大组合应力为.竖杆最大变形为.小于/.根据计算结果显示钢框架核心筒重量在原有台车的基础上极大降低便于现场人员操作和拆装合理设置横撑可有效降低侧模板的变形值保证侧墙的线性 组合应力满足钢结构设计要求横向支撑最大轴力为 考虑其稳定系数后结果满足钢支撑稳定性要求见图 图 框架核心筒管廊工装组合应力计算.框架核心筒抗倾覆计算管廊混凝土浇筑过程中浇筑不同步导致侧墙模板变形较大因此需要对核心筒结构进行抗倾覆计算为减小核心筒结构抗倾覆力设置侧墙与围护结构的支撑撑杆撑杆采用 .支撑根据管廊高度一侧不少于三道支撑支撑高度方向间距不大于盘扣步距设置 不平衡力矩混凝土浇筑高度小于 计算最不利工况下荷载抗倾覆 围护结构撑杆长度根据管廊浇筑空间合理调整 施工过程中结合管廊分仓浇筑顺序两侧混凝土高度不得超过 见图 图 框架核心筒管廊工装抗倾覆装置(单位:)抗倾覆系数 (混凝土浇筑自重 抗倾覆力臂)/(基坑支护抗倾覆装置构件强度及变形).满足抗倾覆要求.框架核心筒可拆卸悬挂模板设计可拆卸悬挂模板背肋由原来的槽钢改为 型木梁高度 顶板厚度 腹板厚度 可提高整体面板刚度重量大幅度降低 面板采用 厚竹胶板纵向 、高度.为一个单位 现场根据管廊高度进行拼接悬挂模板背肋采用拉结螺栓杆铁道建筑技术 ()蔡晓明:城市地下多舱综合管廊工装轻量化设计与应用进行连接单块模板重量为 有利于现场工人进行安装可不借助吊装设备极大地提高了现场模板安装效率根据对可悬挂式模板进行计算 型木梁最大组合应力为 小于落叶松允许值 最大变形.小于变形要求.模板单元组合应力为.、变形.满足木结构小于 、变形小于.的要求计算结果见图 图 悬挂式 型木梁内模组合应力计算 框架核心筒工装方案应用.管廊变截面节点核心筒工装应用方案管道入廊接口位置由于截面尺寸变化需要对各节点支架模板体系进行调整而节点支撑体系加固、工装设计不科学导致节点混凝土浇筑质量不可控、管廊侧墙线性和节点防水处理质量无法保证因此工装轻量化应一并考虑 见图 图 入廊节点管廊截面变化变截面节点工装设计方案主体结构与标准断面相同采用标准侧墙模板单元进行支架中间采用盘扣支架搭设变截面侧墙采用悬挂式模板单元浇筑完成后按照单元拆除顶推至下一单元重复进行 纵向 为一个单元单元之间采用拉杆连接工装模板之间采用横撑进行加固管廊外侧与围护结构支撑混凝土浇筑过程中分舱、分段、分层浇筑混凝土浇筑顺序从两侧向管廊中心浇筑见图 图 变截面横撑布置方案(单位:).框架核心筒工装应用效果通过对城市地下管廊工装方案轻量化设计并考虑管廊截面、段落划分、施工周期、周转材料利用率等因素 将框架核心筒式管廊模板在石家庄、南京等管廊项目加以应用推广取得了良好的效果 通过成本核算及工效分析三舱管廊截面施工中标准断面范围内的成本最低施工工效及工程质量取得良好效果同时研究总结了一套人工操作方式、混凝土平衡浇筑、整体工装加固等综合性施工工法 在变截面管廊节点范围 图 管廊轻量化工装应用内轻量化工装框架核心筒优势也较明显可根据变截面对工装截面尺寸进行调整采用液压撑杆快速完成管廊工装加工及安装见图 结语本工程中城市地下综合管廊施工工装轻量化设计应用只是施工过程中的一项后期优化工作 城市地下综合管廊建设应从项目立项开始加强整体规划贯穿设计、施工和后期运营管理等阶段具体包括统一管廊设计截面、减少变截面点、管廊现浇及预制、管廊工装设计对接缝质量通病的预防等方面从而推动管廊建设及功能性推广应用 本文根据工装轻量化设计应用总结如下几点:()管廊施工工效是以工程质量为基础工装设计应考虑施工工艺、工装成本、实体质量等综合性因素与工艺结合的设计优化可有效提高工效水平()轻量化工装应用在三舱管廊设计截面中当连续段落大于 时工效可显著提高()管廊工装轻量化设计中混凝土不平衡浇筑导致的管廊工装重量增大轻量化设计应对抗倾覆进行专项设计设置合理有效的管廊支撑抗倾覆设施采用支撑结构强度、刚度进行抗倾覆平衡设计不能仅以管廊工装自重进行抗倾覆计算抗倾覆系数不宜小于(下转第 页)铁道建筑技术 ()张国永 等:超深地下连续墙新旧搭接施工技术接施工时先用全套筒全回旋钻机引出.、深度 的圆孔并切掉既有地连墙墙面 厚混凝土形成竖直的圆弧凹面提升搭接效果 引孔完成后采用成槽机及铣槽机抓铣结合方式成槽之后进行清底及素混凝土的浇筑 素墙混凝土浇筑应该连续进行防止素墙出现夹泥夹砂、断层等质量问题.高压旋喷桩进行加固止水在新、旧地连墙以及素墙冷缝位置采用 的 高压旋喷桩进行加固止水防止因接缝处夹泥夹砂形成的涌水通道渗漏进一步阻隔外部水系进入基坑内部.控制要点()拔管速度、旋转速度及注浆量适配适当根据固结体的形状及桩身匀质性调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量()喷浆前先进行压浆压气试验一切正常后方可配浆准备喷射保证连续进行配浆时必须用筛过滤()对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射(不提升)或复喷的扩大桩径办法()针对冒浆量过大的现象则采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快和提升旋转速度()旋喷长度比设计长.或在旋喷桩施工完毕将固结体顶部凿去部分在凹穴部位用混凝土填满或直接在旋喷孔中再次注入浆液或在旋喷注浆完成后在固体的顶部.范围内再钻进.在原位提杆再注浆复喷一次加强防止出现顶部下凹现象 结论()邻接既有超深地连墙无预留接头成槽技术利用全回转钻机在既有地下连续墙墙身切割引孔形成竖直的圆弧段凹面解决了既有地下连续墙接头混凝土绕流、接缝止水、地连墙垂直度的难题()新旧超深地连墙接缝止水技术通过设置地下连续墙混凝土素墙以及接缝处加固止水措施解决地下连续墙接缝处渗漏水的风险南京市江北新区中心区地下空间二期工程地铁 线滨江站面临诸多建设难题新旧地连墙搭接只是其中一项后续结合工程进度需要进一步展开研究系统解决城市地下空间新旧结构连接难题建设高品质的地下空间工程参考文献 陈湘生付艳斌陈曦等.地下空间施工技术进展及数智化技术现状.中国公路学报():.曾国华汤志立.城市地下空间一体化发展的内涵、路径及建议.地下空间与工程学报():.雷升祥孙嘉良张文丽.专利视角下的城市地下空间发展现状和趋势.地下空间与工程学报():.刘志春雷升祥李国良等.城市地下空间网络化拓建扰动评价方法及应用.浙江大学学报(工学版)():.范宏宇.地铁车站和地下空间开发一体化设计研究.铁道工程学报():.李庆.城市地下空间“五维规划管控”体系构想.现代隧道技术():.贾学强苏陈朱娜.地下连续墙硬岩成槽的钻铣组合工法探讨.钻探工程():.邓文涛.复杂地层地铁超深基坑地连墙成槽施工技术.铁道建筑技术():.张福多宋青峰张思佳.地下连续墙施工障碍处理措施施工技术 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