摘要:明挖施工條件下的預(yù)制裝配式隧道結(jié)構(gòu)，其拼裝技術(shù)與裝配整體式結(jié)構(gòu)或盾構(gòu)隧道均存在較大差別。在工程設(shè)計(jì)階段，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)型式和裝配模式，對(duì)拼裝進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，以支撐高質(zhì)量、高效率施工，并確保結(jié)構(gòu)承載性能和穩(wěn)定性，同時(shí)滿足接頭接縫防水性能要求。拼裝關(guān)鍵技術(shù)包括拼裝方法、基面精平技術(shù)、定位控制技術(shù)、張拉鎖緊技術(shù)、支頂限位措施、精度控制標(biāo)準(zhǔn)等方面。明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)的拼裝應(yīng)以首環(huán)固定端為起點(diǎn)，沿縱向推進(jìn)，遵循“先下后上”并逐塊、逐層向上的拼裝原則；基坑底部基面應(yīng)進(jìn)行精平處理，并根據(jù)地基條件和底板結(jié)構(gòu)型式，采用精平條帶法或基面統(tǒng)平法；隧道襯砌結(jié)構(gòu)宜在接頭拼接面設(shè)置一定數(shù)量的導(dǎo)向定位裝置，在輔助構(gòu)件精確定位的同時(shí)，有效控制結(jié)構(gòu)表面錯(cuò)臺(tái)量；明挖裝配式隧道宜設(shè)置在直線上，當(dāng)隧道位于曲線地段時(shí)，可采用“楔形構(gòu)件+等寬縫”或“等寬構(gòu)件+楔形縫”的方式擬合曲線；張拉鎖緊措施主要有預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉鎖緊和螺栓鎖緊方式，預(yù)應(yīng)力張拉宜采用“形心跟蹤法”，并應(yīng)多點(diǎn)協(xié)同、同步張拉鎖緊，保持接縫寬度的均勻性，有效控制目標(biāo)接縫張開(kāi)量，并對(duì)預(yù)制底板下空隙及時(shí)注漿填充，在側(cè)墻和拱腳等關(guān)鍵部位及時(shí)支頂限位。關(guān)鍵詞:明挖裝配式隧道；拼裝設(shè)計(jì)；干式連接；濕式連接；精平條帶法；基面統(tǒng)平法；定位銷(xiāo)棒；曲線隧道；預(yù)應(yīng)力張拉鎖緊；螺栓鎖緊；形心跟蹤法；支頂限位

中圖分類(lèi)號(hào):U231文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1672-6073(2023)02-0002-1

作者簡(jiǎn)介:楊秀仁，男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，全國(guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師，北京學(xué)者，主要從事城市軌道交通工程的設(shè)計(jì)研究工作，yangxr@bjucd.com

基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFB1201104)；北京城建集團(tuán)創(chuàng)新項(xiàng)目(CJJT2022-002)

引用格式:楊秀仁.明挖預(yù)制裝配式隧道結(jié)構(gòu)拼裝設(shè)計(jì)方法及關(guān)鍵技術(shù)[J].都市快軌交通，2023，36(2)：2-13.

YANG Xiuren. Design method and key technology for assembling open-excavated prefabricated tunnel structures[J]. Urban rapid rail transit, 2023, 36(2): 2-13.

1研究背景

沿隧道縱向?qū)⒔Y(jié)構(gòu)拆分成若干標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)環(huán)，每一標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)環(huán)再根據(jù)斷面大小，拆分成多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，或?qū)⒁画h(huán)結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體的標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)，所有構(gòu)件或管節(jié)均在工廠預(yù)制生產(chǎn)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，在明挖基坑內(nèi)進(jìn)行拼裝，形成預(yù)制裝配式隧道結(jié)構(gòu)，可建造的結(jié)構(gòu)型式有單層單跨、多層多跨矩形框架或拱形隧道結(jié)構(gòu)。

為提升裝配工程質(zhì)量和施工效率，明挖施工條件下的裝配式隧道結(jié)構(gòu)接頭一般采用干式連接工藝進(jìn)行快速、可靠的連接，在拼裝施工期間無(wú)需鋼筋連接和現(xiàn)澆混凝土濕作業(yè)。根據(jù)裝配式隧道的受力特點(diǎn)和防水要求，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的接頭通常為榫槽式接頭，并在接縫處系統(tǒng)設(shè)置防水密封墊，對(duì)接頭接縫進(jìn)行密閉防水處理，隧道襯砌外不再設(shè)置外包防水層[1-4]；隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的接頭可為榫槽式接頭、搭接式接頭、平板式接頭等多種型式，但接頭接縫可不考慮防水性能要求。

干式連接的裝配式隧道結(jié)構(gòu)不同于濕式連接的裝配整體式結(jié)構(gòu)，兩者不僅在結(jié)構(gòu)力學(xué)行為特性上存在較大的區(qū)別，而且在拼裝方法及關(guān)鍵技術(shù)方面也完全不同[1-2]。

盾構(gòu)隧道是最為典型的干式連接裝配式結(jié)構(gòu)，是由預(yù)制管片組成的單一圓形或類(lèi)矩形的隧道結(jié)構(gòu)。日本也有雙圓或三圓連拱隧道結(jié)構(gòu)，完全由盾構(gòu)機(jī)暗挖拼裝而成[5]。同樣作為干式連接的明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)型式和承載體系方面與盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)完全不同，拼裝工藝更是差別巨大。

明挖裝配式隧道與裝配整體式結(jié)構(gòu)或盾構(gòu)隧道相比，拼裝技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)不同，涉及的因素多，實(shí)施難度更大，需要采取不同的解決思路和方案。因此，在工程設(shè)計(jì)階段，就需要根據(jù)隧道的功能要求、結(jié)構(gòu)型式、構(gòu)件拆分方式、結(jié)構(gòu)及接頭的受力和穩(wěn)定性要求、防水性能標(biāo)準(zhǔn)等情況，并結(jié)合施工場(chǎng)地條件和輔助拼裝裝備特點(diǎn)，全方位地制定和設(shè)計(jì)詳細(xì)的拼裝技術(shù)方案，以支撐高質(zhì)量、高效率施工，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)受力、變形和防水性能要求。應(yīng)該說(shuō)，明挖裝配式結(jié)構(gòu)的拼裝技術(shù)直接關(guān)系到工程建設(shè)的質(zhì)量、工期和安全。

筆者及其團(tuán)隊(duì)依托長(zhǎng)春第一座裝配式地鐵車(chē)站的試驗(yàn)站實(shí)際工程，開(kāi)展了全方位的明挖預(yù)制裝配式隧道結(jié)構(gòu)拼裝技術(shù)的研究和應(yīng)用工作，內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)拼裝方法、拼裝基面精平技術(shù)、拼裝定位控制技術(shù)、拼裝張拉鎖緊技術(shù)、底板下注漿及支頂限位措施等多方面，取得了一系列重要成果[4]。研究成果不僅在長(zhǎng)春裝配式地鐵車(chē)站的試驗(yàn)站得到很好應(yīng)用，而且在后期建設(shè)的長(zhǎng)春、青島、深圳等城市的裝配式地鐵車(chē)站工程中得到推廣[3]。下面筆者結(jié)合多年來(lái)在明挖裝配式隧道建造技術(shù)方面的研究和工程應(yīng)用情況，對(duì)明挖施工條件下的拼裝設(shè)計(jì)方法及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行全面總結(jié)和論述，以期為業(yè)內(nèi)類(lèi)似工程的建設(shè)提供參考。

2國(guó)內(nèi)外裝配式結(jié)構(gòu)拼裝技術(shù)概述

2.1裝配整體式結(jié)構(gòu)拼裝技術(shù)

由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過(guò)濕式連接工藝形成剛性接頭，組裝成整體的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)裝配整體式結(jié)構(gòu)[6]。所謂的濕式連接工藝，是通過(guò)鋼筋或鋼結(jié)構(gòu)連接，并同時(shí)澆筑混凝土，使接合部硬化，將預(yù)制構(gòu)件連接成一體。鋼筋連接有機(jī)械連接、套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、焊接連接等多種方式[6]，圖1所示為接頭濕式連接工藝。國(guó)內(nèi)外裝配整體式結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于裝配式地面建筑[7]；20世紀(jì)80年代的俄羅斯地鐵，也曾采用裝配整體式結(jié)構(gòu)建造明挖車(chē)站和區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)[8-9]。

無(wú)論是地面建筑還是地鐵隧道結(jié)構(gòu)，裝配整體式結(jié)構(gòu)在承載和變形等結(jié)構(gòu)性能方面完全等同于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。裝配整體式結(jié)構(gòu)拼裝技術(shù)的關(guān)鍵，是要實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件接頭鋼筋之間的精準(zhǔn)和可靠連接，確保接合部混凝土澆筑后的剛度和承載性能等同于被連接的構(gòu)件，因此除了接頭連接技術(shù)至關(guān)重要外，構(gòu)件的拼裝技術(shù)也非常關(guān)鍵。如果拼裝施工偏差過(guò)大，可導(dǎo)致接合部鋼筋或鋼結(jié)構(gòu)的連接出現(xiàn)焊接長(zhǎng)度不足、套筒內(nèi)鋼筋插入長(zhǎng)度不足、鋼筋插入出現(xiàn)偏差或無(wú)法插入、構(gòu)件發(fā)生偏心現(xiàn)象等，將造成結(jié)構(gòu)性能上的重大缺陷[10]。

顯然，施工期間的定位是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量拼裝的重要環(huán)節(jié)，其要素主要有構(gòu)件中心線水平方位、高程及垂直度。我國(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ1—2014)[6]規(guī)定，裝配整體式結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件吊裝就位后，應(yīng)及時(shí)校準(zhǔn)并采取臨時(shí)固定措施，并強(qiáng)調(diào)定位措施、鋼筋機(jī)械連接、結(jié)構(gòu)驗(yàn)收等符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》(GB50666—2011)[11]等現(xiàn)行國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2.2盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)拼裝技術(shù)

盾構(gòu)隧道管片的拼裝是在盾尾的保護(hù)空間內(nèi)進(jìn)行，主要借助于盾構(gòu)裝備的管片拼裝和頂進(jìn)系統(tǒng)來(lái)完成。盾構(gòu)機(jī)暗挖掘進(jìn)，管片拼裝時(shí)利用拼裝機(jī)夾住管片，完成舉升和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)管片就位，安裝連接螺栓后再推出盾尾。隧道縱縫是在盾尾內(nèi)進(jìn)行環(huán)內(nèi)接頭的螺栓緊固，管片環(huán)推出盾尾后，進(jìn)一步承受巨大的地層荷載作用，完成接縫壓緊；而隧道環(huán)縫則是管片成環(huán)后，通過(guò)盾構(gòu)千斤頂巨大的推力，實(shí)現(xiàn)同步壓緊[5]。

盾構(gòu)隧道管片的拼裝方式有錯(cuò)縫和通縫兩種，可根據(jù)線路特征采用普通環(huán)或通用楔形環(huán)組合方式，擬合直線隧道或不同的曲線隧道。

管片接頭構(gòu)造一般有凹凸榫、搭接、平面或凹式曲面等多種型式，并采用螺栓連接，可有彎螺栓、直螺栓和斜螺栓等連接方式，且基本為管片內(nèi)置螺栓；盾構(gòu)隧道外不需要設(shè)置外包防水層，接頭接縫通過(guò)設(shè)置封閉的橡膠密封墊進(jìn)行防水[5,12]。

當(dāng)拼裝好的襯砌管片脫出盾尾后，在襯砌與地層之間會(huì)產(chǎn)生一定寬度的帶狀空隙，需要通過(guò)襯砌壁后注漿措施，對(duì)帶狀空隙及松散地層進(jìn)行密實(shí)填充，以控制地層的變形及襯砌結(jié)構(gòu)與地層之間均勻和可靠的相互作用。根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)序，襯砌壁后注漿有同步注漿和二次注漿。同步注漿是在管片脫出盾尾的同時(shí)，通過(guò)盾構(gòu)殼體外設(shè)置的注漿管進(jìn)行；二次注漿是在管片脫出盾尾一段長(zhǎng)度后，通過(guò)管片中的預(yù)留注漿孔進(jìn)行[12-13]。

3明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)拼裝方法

3.1構(gòu)件拼裝縫的設(shè)置

盾構(gòu)隧道管片所采用的錯(cuò)縫和通縫拼裝方式，均可適用于明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)的拼裝，但由于明挖裝配式隧道基本為矩形或拱形箱型框架結(jié)構(gòu)，而非圓形結(jié)構(gòu)，不能采用類(lèi)似管片環(huán)旋轉(zhuǎn)的方式調(diào)整接頭位置，因此在確定拼裝縫的設(shè)置方案時(shí)需要考慮更多的因素。

3.1.1隧道結(jié)構(gòu)的環(huán)縫

明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)，無(wú)論是整環(huán)管節(jié)式結(jié)構(gòu)，還是環(huán)向拼裝式結(jié)構(gòu)，環(huán)間接頭形成的環(huán)縫一般應(yīng)設(shè)置為通縫。對(duì)于環(huán)向拼裝式結(jié)構(gòu)，環(huán)縫也有條件形成錯(cuò)縫，使環(huán)縫與縱縫之間形成T形縫，以利于接縫防水。但是，由于一環(huán)內(nèi)各構(gòu)件的拼接面不處于同一平面內(nèi)，所以拼裝精準(zhǔn)定位需要耗費(fèi)大量的測(cè)量精力，同時(shí)也給結(jié)構(gòu)的環(huán)向張拉帶來(lái)難度，并使縱縫處的構(gòu)件尖角部位在環(huán)向張拉過(guò)程中極易產(chǎn)生應(yīng)力集中而損壞。

長(zhǎng)春地鐵裝配式車(chē)站試驗(yàn)站，底板結(jié)構(gòu)由3塊預(yù)制構(gòu)件組成，一開(kāi)始試拼的12環(huán)結(jié)構(gòu)，其環(huán)縫就采用了錯(cuò)縫拼裝方式。出現(xiàn)上述現(xiàn)象后，通過(guò)反復(fù)論證分析，及時(shí)做了優(yōu)化調(diào)整，將錯(cuò)縫拼裝改為通縫拼裝，使試驗(yàn)站工程順利完成，并在后續(xù)的其他裝配式車(chē)站工程中推廣使用。

3.1.2隧道結(jié)構(gòu)的縱縫

當(dāng)裝配式隧道為環(huán)向拼裝式結(jié)構(gòu)時(shí)，環(huán)內(nèi)接頭形成的縱縫可以為通縫，也可以為錯(cuò)縫。此時(shí)，設(shè)縫方式需要有利于預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，以減小模具投入和構(gòu)件生產(chǎn)線規(guī)模。當(dāng)縱縫采用錯(cuò)縫拼裝時(shí)，構(gòu)件的通用性受到限制，會(huì)使相關(guān)構(gòu)件的型號(hào)數(shù)量翻倍，所以隧道結(jié)構(gòu)的縱縫原則上應(yīng)盡量采用通縫，僅在個(gè)別接頭受力需要時(shí)采用錯(cuò)縫拼裝方式。長(zhǎng)春和青島裝配式車(chē)站的拱頂環(huán)內(nèi)接頭，采用的就是錯(cuò)縫拼裝方式，可有效提高拱部接頭的承載力和可變形能力。

3.2隧道結(jié)構(gòu)的拼裝步序

3.2.1隧道縱向拼裝方式

裝配式隧道結(jié)構(gòu)的拼裝，縱向應(yīng)以首環(huán)固定端為起點(diǎn)，向一個(gè)方向推進(jìn)，不宜采用從兩端向中間同步推進(jìn)或分段向一個(gè)方向分別推進(jìn)的方式。如因工期等原因必須采用這一拼裝方式時(shí)，其匯合部位應(yīng)以一環(huán)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行銜接，并應(yīng)做好現(xiàn)澆與預(yù)制部位的防水措施。隧道縱向拼裝推進(jìn)時(shí)，底板結(jié)構(gòu)應(yīng)先于上部其他構(gòu)件先行拼裝，并可根據(jù)基坑拼裝條件，超前完成一定數(shù)量環(huán)的底板結(jié)構(gòu)，以形成上部結(jié)構(gòu)的拼裝作業(yè)平臺(tái)。

3.2.2隧道環(huán)向拼裝方式

明挖裝配式隧道一般為矩形或拱形結(jié)構(gòu)，可為單層單跨或多層多跨型式，隧道結(jié)構(gòu)的環(huán)向拼裝應(yīng)采取“先下后上”的順序進(jìn)行，即從下部底板結(jié)構(gòu)開(kāi)始，逐塊、逐層向上順序進(jìn)行拼裝，類(lèi)似于“搭積木”的方式；當(dāng)?shù)装濉前寤蝽敯宓人浇Y(jié)構(gòu)由多塊構(gòu)件拼裝而成時(shí)，宜先中部構(gòu)件就位、后兩側(cè)構(gòu)件拼裝。圖2為裝配式隧道結(jié)構(gòu)拼裝步序。

明挖裝配式隧道一般為矩形或拱形結(jié)構(gòu)，可為單層單跨或多層多跨型式，隧道結(jié)構(gòu)的環(huán)向拼裝應(yīng)采取“先下后上”的順序進(jìn)行，即從下部底板結(jié)構(gòu)開(kāi)始，逐塊、逐層向上順序進(jìn)行拼裝，類(lèi)似于“搭積木”的方式；當(dāng)?shù)装濉前寤蝽敯宓人浇Y(jié)構(gòu)由多塊構(gòu)件拼裝而成時(shí)，宜先中部構(gòu)件就位、后兩側(cè)構(gòu)件拼裝。

圖2為裝配式隧道結(jié)構(gòu)拼裝步序。

3.2.3內(nèi)部結(jié)構(gòu)拼裝方式

從目前盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，除了連拱隧道的立柱外，盾構(gòu)隧道尚不能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與襯砌管片的同步拼裝。當(dāng)明挖裝配式隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)時(shí)，原則上內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)隨襯砌結(jié)構(gòu)同步向上、順序拼裝。而當(dāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)或疊合結(jié)構(gòu)時(shí)，如果其中的現(xiàn)澆混凝土作業(yè)在拼裝作業(yè)環(huán)節(jié)插入，會(huì)嚴(yán)重影響到拼裝施工的節(jié)奏和效率，因此現(xiàn)澆作業(yè)宜在全部的預(yù)制結(jié)構(gòu)拼裝完成后進(jìn)行，但此時(shí)應(yīng)確保在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施作之前，已拼裝完成的裝配式結(jié)構(gòu)是一個(gè)穩(wěn)定和安全的承載體系。當(dāng)內(nèi)部裝配式樓板或墻體需要預(yù)留孔洞且尺寸較大時(shí)，應(yīng)在開(kāi)洞部位按不開(kāi)洞標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的模數(shù)設(shè)置獨(dú)立的同體臨時(shí)支撐，以確保其按標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的模式進(jìn)行拼裝，并保證拼裝過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。洞口處現(xiàn)澆混凝土加強(qiáng)環(huán)梁的施工，應(yīng)在全部的預(yù)制結(jié)構(gòu)拼裝完成后進(jìn)行，并需在加強(qiáng)環(huán)梁澆筑完畢且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，再拆除洞口內(nèi)的臨時(shí)支撐。圖3為裝配式中樓板樓扶梯孔洞預(yù)留工程實(shí)景。

3.2.4內(nèi)支撐體系下的拼裝

當(dāng)明挖基坑采用放坡或樁(墻)錨索體系時(shí)，基坑內(nèi)結(jié)構(gòu)裝配施工相對(duì)簡(jiǎn)單，但當(dāng)基坑采用內(nèi)支撐體系時(shí)，裝配施工具有一定的挑戰(zhàn)性，預(yù)制構(gòu)件的吊裝方案、拼裝步序的安排、拼裝裝備的設(shè)計(jì)等，需要計(jì)入內(nèi)支撐的影響及內(nèi)支撐拆除時(shí)的受力轉(zhuǎn)換要求。

4明挖基坑拼裝基面精平技術(shù)

4.1基本技術(shù)要求

基坑底面是裝配式結(jié)構(gòu)坐落的地基基礎(chǔ)，拼裝基面的施工精度和強(qiáng)度直接影響到隧道結(jié)構(gòu)的拼裝精度及整體穩(wěn)定性。因此，在底板結(jié)構(gòu)拼裝前，需要對(duì)基坑底部的墊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的整平處理，精平后的拼裝基面除應(yīng)滿足平整度要求外，還應(yīng)滿足受荷后的承載和變形要求。為此，設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地基巖土的類(lèi)型、底板結(jié)構(gòu)型式和荷載大小，選擇適宜的拼裝基面形式和處理方法，拼裝基面精平方法主要有精平條帶法和基面統(tǒng)平法，基本技術(shù)要求如下：1)拼裝基面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)滿足裝配式結(jié)構(gòu)拼裝施工期間、底板下注漿填充前的承載力和變形要求。2)應(yīng)嚴(yán)格控制拼裝基面的施工精度，基面平整度應(yīng)滿足裝配式結(jié)構(gòu)的拼裝工藝要求。基面平面定位允許偏差應(yīng)為±10mm，頂面高程允許偏差應(yīng)為±5mm；基面平整度允許偏差應(yīng)為2mm，且表面不應(yīng)存在局部凸起。3)拼裝基面結(jié)構(gòu)施工完成后應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，拼裝施工前應(yīng)清除基面的異物，確保清潔。4)如果遇到軟弱地基，基面結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)采取措施對(duì)地基土進(jìn)行加固處理。

4.2精平條帶法

精平條帶是在基坑底面沿縱向設(shè)置若干精確整平的混凝土條帶，用于支承底板結(jié)構(gòu)平穩(wěn)坐落于地基上。一般情況下，構(gòu)件的接頭部位或底板兩端處應(yīng)設(shè)置精平條帶，必要時(shí)在構(gòu)件的中部也可設(shè)置若干精平條帶。圖4為精平條帶結(jié)構(gòu)布置。

精平條帶法適用于承載能力和抗變形能力較強(qiáng)的地層，如基巖、砂卵石、較硬的黏土和砂土等地基，預(yù)制底板結(jié)構(gòu)可為平底板或仰拱形式。精平條帶的主要做法及技術(shù)要求如下：1)基坑底部初步平整后，在測(cè)定的精平條帶位置兩側(cè)，安裝定位型鋼進(jìn)行水平和高程的定位，并利用型鋼頂面作為基準(zhǔn)，將澆筑在型鋼之間的混凝土面抹平，形成條帶式拼裝基面。必要時(shí)，可采用打磨設(shè)備磨平條帶表面，以滿足施工精度要求，如圖5所示。

2)精平條帶的設(shè)置數(shù)量、位置、寬度、厚度及混凝土強(qiáng)度等級(jí)等設(shè)計(jì)參數(shù)，應(yīng)根據(jù)預(yù)制底板結(jié)構(gòu)的型式、結(jié)構(gòu)受力、底板下空隙注漿時(shí)機(jī)、拼裝過(guò)程所承受的荷載作用等因素，通過(guò)計(jì)算確定，并應(yīng)進(jìn)行局部地基承載能力和變形的驗(yàn)算。3)精平條帶的橫向水平定位允許偏差不應(yīng)大于10mm。4)精平條帶的厚度不應(yīng)小于200mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，必要時(shí)可在條帶混凝土內(nèi)設(shè)置鋼筋。5)精平條帶施工完成后，應(yīng)在各條帶之間施作常規(guī)混凝土墊層，常規(guī)混凝土墊層的頂面高度應(yīng)低于精平條帶表面10～20mm。該空隙應(yīng)在底板拼裝完成后的適當(dāng)時(shí)機(jī)，利用預(yù)埋注漿管進(jìn)行注漿填充。圖6為精平條帶施工現(xiàn)場(chǎng)。

4.3基面統(tǒng)平法

基面統(tǒng)平法是指將基坑的底面按底板結(jié)構(gòu)的輪廓進(jìn)行全面整平，形成整體的拼裝基面，預(yù)制底板結(jié)構(gòu)直接坐落在基面上。一般情況下，基面統(tǒng)平法適用于各類(lèi)地層條件，尤其適用于平底板結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)装褰Y(jié)構(gòu)帶有仰拱時(shí)，因曲面輪廓的整平工藝復(fù)雜、精度控制難，原則上不宜采用基面統(tǒng)平法處理。

為精確和有效地控制基面統(tǒng)平法的整平精度，可采用沿縱向設(shè)置若干定位型鋼的方法標(biāo)定混凝土墊層面的高程。基面統(tǒng)平法應(yīng)嚴(yán)格控制基面的平整度，但無(wú)需采用打磨的方法進(jìn)一步處理表面，只需確保基面的整體平整性，尤其應(yīng)避免出現(xiàn)局部的凸起，施工前應(yīng)清理表面雜物。

基面統(tǒng)平法的墊層混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20，墊層的厚度不應(yīng)小于150mm，實(shí)際采用的墊層厚度應(yīng)通過(guò)承載能力計(jì)算確定。

5拼裝定位控制關(guān)鍵技術(shù)

明挖施工條件下的裝配式隧道結(jié)構(gòu)，拼裝施工難度大，對(duì)構(gòu)件的拼裝定位精度要求高，施工輔助測(cè)量、輔助拼裝定位控制措施、線形糾偏及曲線擬合方式是關(guān)鍵，所以在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分的考慮，并制定詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。

5.1拼裝施工輔助測(cè)量

在裝配式隧道結(jié)構(gòu)的裝配過(guò)程中，每一環(huán)構(gòu)件的拼裝均需要利用測(cè)量系統(tǒng)及時(shí)測(cè)定構(gòu)件的拼裝位置和已拼裝構(gòu)件的形位。因此，應(yīng)利用隧道工程所在城市的平面坐標(biāo)和高程系統(tǒng)，建立地面和地下平面控制網(wǎng)及高程控制網(wǎng)，設(shè)計(jì)總圖中應(yīng)給出工程現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)用的平面和高程控制點(diǎn)。在拼裝施工測(cè)量中，應(yīng)以測(cè)定隧道結(jié)構(gòu)的軸線、理論輪廓線和拼裝環(huán)構(gòu)件的端面為主。城市軌道交通工程的行車(chē)隧道，其軸線平面定位應(yīng)以線路中心線為基準(zhǔn)，高程定位應(yīng)以軌面標(biāo)高為基準(zhǔn)；其他隧道的軸線平面定位和高程定位基準(zhǔn)，需要符合相應(yīng)行業(yè)或國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定。

5.2拼裝定位控制措施

一般情況下，明挖裝配式隧道預(yù)制構(gòu)件體量大，尤其是襯砌結(jié)構(gòu)，單個(gè)構(gòu)件的質(zhì)量基本都在30t以上；在目前已建和在建的裝配式車(chē)站中，最大構(gòu)件質(zhì)量已經(jīng)超過(guò)110t。在施工吊運(yùn)和拼裝過(guò)程中，單純依靠人工定位控制拼裝精度，較難達(dá)到高精度裝配的目標(biāo)，且拼裝過(guò)程中構(gòu)件之間一旦出現(xiàn)磕碰等非預(yù)期接觸，極易造成混凝土構(gòu)件的損傷。因此，設(shè)計(jì)階段應(yīng)針對(duì)不同的接頭連接方式和構(gòu)造，采取相應(yīng)的輔助構(gòu)件定位和防止磕碰損傷的措施。

接頭的凹凸榫槽式、球面形或搭接式等構(gòu)造，能夠起到一定的輔助定位作用。但是，這類(lèi)接頭在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免接頭對(duì)接時(shí)的硬接觸，一般在拼接面的各方位預(yù)留一定的空隙量，所以很難直接利用接頭的構(gòu)造條件實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，尤其當(dāng)接縫設(shè)置了防水密封墊時(shí)，精準(zhǔn)對(duì)接更加重要。因此，有必要在接頭拼接面設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位的專(zhuān)用裝置。

長(zhǎng)春、青島和深圳裝配式地鐵車(chē)站的襯砌結(jié)構(gòu)，每個(gè)環(huán)內(nèi)和環(huán)間接頭均設(shè)置了若干專(zhuān)用輔助定位裝置。該裝置被稱(chēng)為導(dǎo)向定位銷(xiāo)棒(簡(jiǎn)稱(chēng)“銷(xiāo)棒”)，其形狀為紡錘形，芯材為金屬材質(zhì)，表面覆蓋尼龍材料，圖7為銷(xiāo)棒定型產(chǎn)品及接頭定位。在拼裝時(shí)，銷(xiāo)棒一端安裝并固定在已經(jīng)拼裝就位的構(gòu)件接頭拼接面預(yù)留的孔洞內(nèi)，另一端與待拼裝的預(yù)制構(gòu)件的預(yù)留孔對(duì)接。

“導(dǎo)向”是指拼裝就位過(guò)程中，銷(xiāo)棒能夠在構(gòu)件尚未接觸時(shí)，提前插入待拼裝構(gòu)件的預(yù)留孔內(nèi)，引導(dǎo)構(gòu)件下落或平移，并防止構(gòu)件之間的意外接觸和損傷；“定位”是指利用銷(xiāo)棒來(lái)限制構(gòu)件拼裝的位置，輔助控制就位精度，防止出現(xiàn)過(guò)大的錯(cuò)臺(tái)。有銷(xiāo)棒的引導(dǎo)和限位，不需要利用人力來(lái)控制，可極大提高拼裝的效率和精度。

定位銷(xiāo)棒裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)如下：

1)預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為定位銷(xiāo)棒預(yù)留孔洞，孔洞的形狀應(yīng)契合定位銷(xiāo)棒的輪廓，并在孔壁與銷(xiāo)棒之間預(yù)留空隙，空隙量不宜大于0.5mm。

2)當(dāng)環(huán)內(nèi)接頭在拼接過(guò)程中需要考慮接頭的縱向移動(dòng)時(shí)，則需要在銷(xiāo)棒預(yù)留孔洞的縱向預(yù)留一定長(zhǎng)度的移動(dòng)空隙量。

3)定位銷(xiāo)棒應(yīng)設(shè)置在接頭的中心區(qū)域，榫槽式接頭的銷(xiāo)棒應(yīng)設(shè)在凹凸榫部位，銷(xiāo)棒截面的大小應(yīng)與接頭的構(gòu)造尺寸相適宜。

4)定位銷(xiāo)棒的設(shè)置數(shù)量應(yīng)根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的長(zhǎng)度和環(huán)寬確定：對(duì)于環(huán)向連接，每一個(gè)構(gòu)件的環(huán)內(nèi)接頭，定位銷(xiāo)棒的數(shù)量可以是1個(gè)或2個(gè)；對(duì)于縱向連接，每一個(gè)構(gòu)件的環(huán)間接頭，定位銷(xiāo)棒的數(shù)量不應(yīng)少于2個(gè)。

對(duì)于隧道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一般構(gòu)件體量較小，且無(wú)防水要求，可不設(shè)置定位銷(xiāo)棒裝置。預(yù)制構(gòu)件拼裝時(shí)，除了利用接頭構(gòu)造進(jìn)行輔助定位外，尚可利用接頭的螺栓鎖緊裝置輔助定位。當(dāng)隧道采用疊合結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求或施工方案設(shè)置臨時(shí)支撐，通過(guò)臨時(shí)支撐對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行輔助定位，并在后澆混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可拆除臨時(shí)支撐[6]。

5.3曲線隧道擬合方法

根據(jù)隧道工程的使用目的和建設(shè)條件，建議明挖裝配式隧道盡量設(shè)置在直線上。當(dāng)隧道位于曲線地段時(shí)，擬合曲線的方式主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是“楔形構(gòu)件+等寬縫”方式，另一類(lèi)是“等寬構(gòu)件+楔形縫”方式，如圖8所示。

對(duì)于楔形構(gòu)件或楔形縫，需要根據(jù)隧道斷面的總寬度或總高度、水平曲線或豎向曲線最小半徑及預(yù)制構(gòu)件的環(huán)寬等設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)計(jì)算楔形量。擬合后的隧道中心線與理論隧道中心線之間的偏差應(yīng)控制在一定的限值內(nèi)，參考現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《盾構(gòu)隧道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T51438—2021)的規(guī)定，誤差不應(yīng)大于20mm[12]。

5.3.1“楔形構(gòu)件+等寬縫”擬合方式

盾構(gòu)隧道基本上采用“楔形構(gòu)件+等寬縫”的方式來(lái)擬合線路曲線，并利用楔形構(gòu)件進(jìn)行糾偏，這一類(lèi)方式同樣適用于明挖裝配式隧道。

“楔形構(gòu)件+等寬縫”方式，按隧道設(shè)計(jì)最小曲線半徑計(jì)算理論最大楔形量(Δ)，據(jù)此設(shè)計(jì)左楔和右楔兩種楔形構(gòu)件，采用左、右楔構(gòu)件的不同組合來(lái)擬合直線和不同半徑的曲線線形。

對(duì)于平面曲線隧道，可通過(guò)設(shè)置水平楔形構(gòu)件(左楔或右楔)擬合曲線，組合型式可選擇以下兩種方式：

1)等寬構(gòu)件+左楔(或右楔)的組合方式。直線段采用等寬構(gòu)件；通過(guò)調(diào)整等寬構(gòu)件和水平楔形構(gòu)件的配置比例，擬合不同的平面曲線半徑。

2)全部采用左楔+右楔的組合方式。通過(guò)1︰1的左楔和右楔配置比例，擬合直線；通過(guò)調(diào)整左楔和右楔的配置比例，擬合不同的平面曲線半徑。其中，采用單一的左楔構(gòu)件或單一的右楔構(gòu)件，分別擬合不同方向的設(shè)計(jì)最小半徑的平面曲線。

對(duì)于豎曲線隧道，可通過(guò)設(shè)置豎向楔形構(gòu)件(上楔或下楔)擬合曲線。組合型式同樣可選擇等寬構(gòu)件+上楔(或下楔)的組合方式，或全部采用上楔+下楔的組合方式，規(guī)則同平面曲線隧道。

全國(guó)首座明挖裝配式公路隧道——重慶新森大道項(xiàng)目，為雙線雙洞城市主干路隧道，裝配段隧道包含了平面直線、平面曲線及豎曲線等線路條件，隧道襯砌全部采用楔形預(yù)制構(gòu)件，通過(guò)左楔+右楔的不同組合方式分別擬合直線及各種不同半徑的曲線，大幅度減少了模具類(lèi)型，節(jié)約了成本。目前隧道裝配施工已過(guò)半，進(jìn)展順利。

5.3.2“等寬構(gòu)件+楔形縫”擬合方式

“等寬構(gòu)件+楔形縫”，全環(huán)采用等寬構(gòu)件，再通過(guò)拼裝過(guò)程中調(diào)整隧道內(nèi)、外弧的環(huán)縫寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)曲線的擬合；曲線段形成的環(huán)縫為楔形縫，最大縫寬應(yīng)滿足接縫防水性能的要求，而最小縫寬為施工所能實(shí)現(xiàn)的最小縫寬值。由于楔形縫寬度的拼裝控制及精度要求很高，施工具有一定的挑戰(zhàn)性。當(dāng)隧道的曲線半徑較大時(shí)，若能夠通過(guò)調(diào)整隧道的環(huán)縫寬度實(shí)現(xiàn)曲線擬合，則可選擇這種方式擬合曲線。“等寬構(gòu)件+楔形縫”所能適應(yīng)的最小曲線半徑，對(duì)應(yīng)于最大縫寬和最小縫寬組合而成的楔形接縫。長(zhǎng)春地鐵裝配式車(chē)站確定的設(shè)計(jì)最大接縫寬度控制限值為7mm、最小環(huán)縫寬度為3mm，即以外弧最大縫寬(δmax)取7mm、內(nèi)弧最小縫寬(δmin)取3mm為基礎(chǔ)的楔形縫，按總寬度3、6及20m的隧道，計(jì)算其分別所能適應(yīng)的最小曲線半徑，如表1所示。

從初步計(jì)算結(jié)果可以看出：當(dāng)隧道總寬度小于3m時(shí)，隧道可采用楔形縫擬合的最小曲線半徑為1125m；隧道總寬度為3～6m時(shí)，可擬合的最小曲線半徑為1125～3000m。也就是說(shuō)，對(duì)于斷面較小的隧道，通過(guò)楔形縫擬合曲線的方式，在實(shí)際工程中具有一定的應(yīng)用價(jià)值，尤其比較適用于擬合曲線半徑較大的豎曲線。

當(dāng)隧道斷面較大時(shí)，可以擬合的最小曲線半徑需要達(dá)到7500m以上，這種情況在實(shí)際工程中較少遇到。對(duì)于地鐵車(chē)站，總寬度基本大于20m，往往有個(gè)別車(chē)站局部進(jìn)入緩和曲線范圍，當(dāng)進(jìn)入的緩和曲線半徑足夠大時(shí)，則可以利用直線段的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，通過(guò)楔形縫擬合緩和曲線。

5.3.3急轉(zhuǎn)彎、折角隧道或坡面隧道

除了行車(chē)隧道工程外，很多的市政工程隧道，如電力、熱力、給排水以及人行通道等工程，經(jīng)常出現(xiàn)隧道急轉(zhuǎn)彎或折角結(jié)構(gòu)。就明挖裝配式隧道而言，對(duì)于這種急轉(zhuǎn)彎或折角的異形結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，制作預(yù)制構(gòu)件不經(jīng)濟(jì)，最好選擇采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)渡。大量的隧道工程，還常需要設(shè)置在坡面上，根據(jù)使用性質(zhì)不同，坡率大小差別較大。對(duì)于設(shè)置在坡面上的明挖隧道，則可以采用第三類(lèi)組合方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，即“等寬構(gòu)件+等寬縫”，通過(guò)結(jié)構(gòu)橫斷面構(gòu)造措施和接頭構(gòu)造措施，擬合不同的坡率。這類(lèi)結(jié)構(gòu)需要在構(gòu)造方面進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，對(duì)于擬合后的隧道結(jié)構(gòu)及接頭結(jié)構(gòu)，在滿足結(jié)構(gòu)受力及接縫防水性能要求的同時(shí)，還需要滿足拼裝工藝的要求。

6拼裝接縫的張拉鎖緊措施

采用干式連接工藝的裝配式隧道結(jié)構(gòu)，接頭接縫在構(gòu)件拼裝后需要通過(guò)構(gòu)件自重作用或施加外力進(jìn)行壓緊，并給予鎖定，以保持構(gòu)件的正確姿態(tài)，滿足結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性、承載性能和接縫防水要求。拼裝張拉鎖緊方案需要根據(jù)結(jié)構(gòu)型式、接頭結(jié)構(gòu)受力、接縫防水性能及施工工藝等要求確定，設(shè)計(jì)方案應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)的快速施工，不宜過(guò)于復(fù)雜而影響施工效率。可選擇的張拉鎖緊方式主要有預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉鎖緊方式和螺栓鎖緊方式。

日本曾在盾構(gòu)隧道管片中采用過(guò)預(yù)埋鐵件銷(xiāo)插式鎖緊方式[5]，如圖9所示。這種方式可以施加較大的初期緊固力，對(duì)提高接頭的抗彎剛度有一定的幫助，并可抵抗一定的拉力和剪力作用。但是，預(yù)埋鐵件銷(xiāo)插式對(duì)構(gòu)件制作和拼裝精度的控制要求非常嚴(yán)格，且對(duì)拼裝誤差的適應(yīng)性較差，尤其對(duì)于明挖條件超大型構(gòu)件的拼裝，在張拉荷載有限的情況下，極易出現(xiàn)H型鐵件不能完全插入、接縫無(wú)法實(shí)現(xiàn)鎖定至預(yù)期寬度等問(wèn)題，同時(shí)也不夠經(jīng)濟(jì)，因此不建議采用。

6.1隧道結(jié)構(gòu)張拉鎖緊方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)時(shí)，需要制定詳細(xì)的結(jié)構(gòu)拼裝和張拉鎖緊方案，在預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)予以落實(shí)，并用于指導(dǎo)拼裝施工。長(zhǎng)春、青島和深圳地鐵的裝配式車(chē)站，雖然其結(jié)構(gòu)型式略有不同，但結(jié)構(gòu)體系和連接方式基本相同，并采用了相同的張拉鎖緊方案。

長(zhǎng)春地鐵裝配式車(chē)站，襯砌標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)環(huán)由7塊預(yù)制構(gòu)件拼裝而成。其中，底板結(jié)構(gòu)由3塊構(gòu)件組成，設(shè)置了環(huán)向預(yù)應(yīng)力張拉鎖緊裝置；而側(cè)墻與底板之間、拱頂與側(cè)墻之間、拱頂與拱頂之間，均在接頭拼接后，通過(guò)構(gòu)件自重作用實(shí)現(xiàn)接縫壓緊，并設(shè)置了外置螺栓連接裝置。環(huán)與環(huán)之間，則在縱向?qū)嵤┙恿κ筋A(yù)應(yīng)力張拉鎖緊。

青島和深圳裝配式車(chē)站，其襯砌結(jié)構(gòu)分別由5塊和4塊預(yù)制構(gòu)件組成，即底板均采用1塊整體構(gòu)件，因此，襯砌結(jié)構(gòu)的環(huán)內(nèi)接頭在自重作用壓緊后，僅設(shè)置了外置螺栓連接裝置，而縱向張拉與長(zhǎng)春地鐵方式一致。青島和深圳裝配式車(chē)站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也采用了預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的環(huán)向和縱向基本均采用螺栓連接。

6.1.1襯砌結(jié)構(gòu)的環(huán)向張拉鎖緊

當(dāng)裝配式隧道襯砌的頂板或底板等水平構(gòu)件為分塊拼裝式結(jié)構(gòu)時(shí)，則需要設(shè)置環(huán)向預(yù)應(yīng)力張拉裝置，對(duì)環(huán)內(nèi)接頭接縫進(jìn)行張拉鎖緊，并保持接頭以一定的載荷壓緊，以滿足接頭受力和接縫防水要求。

當(dāng)襯砌結(jié)構(gòu)可以通過(guò)構(gòu)件自重作用壓緊接頭接縫時(shí)，可不設(shè)置預(yù)應(yīng)力張拉裝置，但建議設(shè)置螺栓鎖緊裝置，以輔助鎖緊及保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

6.1.2襯砌結(jié)構(gòu)的縱向張拉鎖緊

對(duì)于整環(huán)管節(jié)式或環(huán)向分塊拼裝式襯砌結(jié)構(gòu)，環(huán)與環(huán)之間均需要采取縱向預(yù)應(yīng)力張拉措施對(duì)環(huán)縫進(jìn)行鎖緊。縱向張拉以固定支架端的首環(huán)結(jié)構(gòu)為起點(diǎn)，沿基坑縱向，依次向另一端逐環(huán)進(jìn)行接力式預(yù)應(yīng)力張拉；通過(guò)首環(huán)結(jié)構(gòu)端部進(jìn)行永久鎖定，并保持接頭以一定的載荷壓緊，以滿足接頭受力和接縫防水的要求。

首環(huán)結(jié)構(gòu)端設(shè)置的張拉固定支架，宜采用可拆卸的型鋼組合結(jié)構(gòu)，首環(huán)結(jié)構(gòu)與固定支架需要通過(guò)張拉鎖緊裝置進(jìn)行臨時(shí)固定，固定支架拆卸后不影響裝配結(jié)構(gòu)縱向的永久鎖定。張拉固定支架的制作精度需要得到嚴(yán)格控制，與首環(huán)結(jié)構(gòu)接觸端面的整體平整度應(yīng)控制在0～5mm，與預(yù)制構(gòu)件張拉鎖緊裝置連接節(jié)點(diǎn)的孔位偏差應(yīng)控制在0～5mm。

6.1.3內(nèi)部結(jié)構(gòu)的張拉鎖緊

對(duì)于預(yù)制裝配式內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)件體量較小，且接縫無(wú)需考慮防水要求，水平向的張拉鎖緊宜采用螺栓鎖緊方式；豎直向則應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)自重壓緊，并宜采用螺栓輔助鎖緊。

6.1.4疊合結(jié)構(gòu)的張拉鎖緊

當(dāng)襯砌結(jié)構(gòu)或者內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用疊合結(jié)構(gòu)時(shí)，如果疊合結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件采用干式連接工藝，則需要根據(jù)疊合后整體式結(jié)構(gòu)的承載和變形控制要求，以及防水性能要求，確定接縫適宜的張拉鎖緊措施，或不采取張拉鎖緊措施。如果疊合結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件采用濕式連接工藝，就無(wú)需考慮拼裝接縫的張拉鎖緊問(wèn)題。

6.2預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉鎖緊設(shè)計(jì)

6.2.1預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉鎖緊方式及構(gòu)造

預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉鎖緊方式，一般適用于隧道襯砌結(jié)構(gòu)的環(huán)向張拉鎖緊及縱向張拉鎖緊，必要時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)亦可選擇采用。

首先在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)通過(guò)預(yù)埋塑料管或鋼管或鋼波紋管的方式預(yù)留張拉孔洞，預(yù)應(yīng)力鋼棒宜采用精扎螺紋鋼，并通過(guò)空心千斤頂施加預(yù)應(yīng)力，圖10為預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉鎖緊方式及構(gòu)造。預(yù)應(yīng)力張拉鎖緊點(diǎn)的布置及張拉荷載的大小，應(yīng)考慮預(yù)制構(gòu)件的形狀、接縫端面上防水密封墊或注漿隔離密封墊的布置、密封墊的彈性反力特性、構(gòu)件張拉過(guò)程中各接觸面的摩阻力以及接縫寬度目標(biāo)要求等因素進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

6.2.2構(gòu)件預(yù)應(yīng)力張拉點(diǎn)的布置

預(yù)應(yīng)力張拉主要應(yīng)克服布置于接頭拼接面上的彈性橡膠密封墊的反力，因此構(gòu)件上的張拉點(diǎn)布置應(yīng)與密封墊的布置相適應(yīng)，確保由各張拉點(diǎn)所形成的壓緊荷載能夠?qū)涌p寬度實(shí)施有效控制。

張拉點(diǎn)的布置應(yīng)遵循下列基本要求：

1)預(yù)應(yīng)力張拉點(diǎn)應(yīng)沿構(gòu)件拼接面的長(zhǎng)度方向勻稱(chēng)布置，各張拉點(diǎn)之間的間距大小宜按各張拉點(diǎn)所承擔(dān)的密封墊彈性反力基本相同來(lái)分配。

2)當(dāng)接頭拼接面的厚度較小、僅需設(shè)置一排張拉點(diǎn)時(shí)，張拉點(diǎn)的位置宜設(shè)置于接縫兩側(cè)的密封墊之間，并宜基本居中。

3)當(dāng)接頭拼接面的厚度較大、需要設(shè)置兩排張拉點(diǎn)時(shí)，張拉點(diǎn)宜靠近兩側(cè)的密封墊分散設(shè)置，但張拉點(diǎn)與密封墊之間的間距不應(yīng)小于100mm。

4)當(dāng)接頭拼接面僅設(shè)置單道密封墊且密封墊位于接縫中央位置的附近時(shí)，張拉點(diǎn)可間隔分布在密封墊的內(nèi)外兩側(cè)；當(dāng)單道密封墊設(shè)置于接縫邊緣附近時(shí)，宜在接頭拼接面密封墊對(duì)稱(chēng)的位置粘貼輔助彈性墊片，此時(shí)張拉點(diǎn)宜設(shè)置于密封墊與墊片之間靠近中部的位置。

5)當(dāng)預(yù)制構(gòu)件為閉腔薄壁結(jié)構(gòu)時(shí)，張拉孔應(yīng)避開(kāi)內(nèi)部空腔設(shè)置于構(gòu)件實(shí)心部位；當(dāng)預(yù)制構(gòu)件為肋板結(jié)構(gòu)時(shí)，張拉孔應(yīng)設(shè)置于構(gòu)件的肋板內(nèi)；對(duì)于整環(huán)管節(jié)式結(jié)構(gòu)，縱向張拉點(diǎn)應(yīng)沿結(jié)構(gòu)環(huán)周邊均勻、對(duì)稱(chēng)布置。

6.2.3預(yù)應(yīng)力張拉荷載控制方法

預(yù)應(yīng)力張拉荷載的大小與張拉點(diǎn)的分布位置、彈性反力密封墊的分布及變形特征、接縫寬度等多因素相關(guān)，且這些因素在張拉時(shí)均在動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致為每一個(gè)張拉點(diǎn)進(jìn)行精確的荷載分配十分復(fù)雜。

最理想的拼裝張拉狀態(tài)，是張拉過(guò)程中接頭之間的兩個(gè)拼接面始終能夠保持平行，整個(gè)拼接面的接縫寬度均保持一致。在這種情況下，各張拉點(diǎn)荷載的整體作用形心與密封墊彈性反力的合力形心基本重合，張拉荷載和密封墊彈性反力恰好達(dá)到平衡穩(wěn)定。但實(shí)際上，張拉和加載是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，很難達(dá)到這種理想狀態(tài)，每一時(shí)刻均處在兩個(gè)拼接面由不平行向平行不斷調(diào)整的過(guò)程中，為此需要有針對(duì)性地制定一種動(dòng)態(tài)張拉和動(dòng)態(tài)調(diào)整的策略。

在利用測(cè)量手段掌握每一個(gè)張拉點(diǎn)接縫寬度的情況下，通過(guò)計(jì)算密封墊的壓縮量，能夠計(jì)算出該點(diǎn)密封墊的彈性反力，并求得整個(gè)密封墊的反力及其合力的形心。該形心在接頭兩個(gè)拼接面平行的情況下，與密封墊的物理形心是重合的；但當(dāng)接頭兩個(gè)拼接面不平行時(shí)，反力形心會(huì)偏離物理形心。通過(guò)調(diào)整各張拉點(diǎn)荷載的大小，使張拉荷載的合力作用形心位于以物理形心為基點(diǎn)、與反力形心相對(duì)稱(chēng)的位置，即可調(diào)整接縫寬度，將反力形心向物理形心移動(dòng)，不斷逼近理想的拼接面平行狀態(tài)，這稱(chēng)為“形心跟蹤法”[14-15]。利用該方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助快速分析，能夠很方便地確定各張拉點(diǎn)下一步的動(dòng)態(tài)張拉荷載值，并通過(guò)不斷調(diào)整，快速將構(gòu)件拼裝和接縫壓緊，并滿足設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉荷載設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：1)每一個(gè)張拉點(diǎn)的最大設(shè)計(jì)張拉荷載，應(yīng)取整個(gè)構(gòu)件接縫被壓縮至最小設(shè)計(jì)接縫寬度時(shí)對(duì)應(yīng)的計(jì)算荷載，并乘1.2的安全系數(shù)。在實(shí)際張拉時(shí)，應(yīng)根據(jù)接縫寬度動(dòng)態(tài)，設(shè)定各張拉點(diǎn)的實(shí)時(shí)張拉荷載；2)構(gòu)件張拉過(guò)程中，各接觸面的摩阻力應(yīng)根據(jù)接觸材料的靜摩擦系數(shù)和接觸關(guān)系確定；3)構(gòu)件張拉應(yīng)采取多點(diǎn)協(xié)同、同步張拉鎖緊方式，保持構(gòu)件接縫基本同步、均勻壓緊，并有效控制目標(biāo)接縫張開(kāi)量。

6.3螺栓鎖緊設(shè)計(jì)

螺栓鎖緊方式可用于隧道襯砌結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的所有接頭，螺栓可設(shè)置于構(gòu)件內(nèi)部，也可設(shè)置于接頭外專(zhuān)門(mén)的凸臺(tái)內(nèi)，稱(chēng)為外置螺栓，如圖11所示。

目前，盾構(gòu)隧道管片的環(huán)內(nèi)接頭和環(huán)間接頭大多數(shù)采用內(nèi)置螺栓鎖緊方式，主要類(lèi)型有彎螺栓、直螺栓、斜直螺栓，或不同形式的組合螺栓[5]。盾構(gòu)隧道所采用的螺栓連接形式，基本都適用于明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)的連接和鎖緊。明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)的螺栓鎖緊裝置，應(yīng)根據(jù)接頭結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、受力特性、拼裝工藝等因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

1)當(dāng)螺栓內(nèi)置時(shí)，應(yīng)避開(kāi)預(yù)制構(gòu)件的空腔區(qū)域和接頭凹凸榫槽部位，并避免手孔過(guò)大對(duì)構(gòu)件截面的削弱。一般情況下，直螺栓手孔較大，對(duì)構(gòu)件截面的削弱較大；彎螺栓較直螺栓用料多，施工時(shí)穿孔難度較大；斜螺栓用鋼少，手孔小，對(duì)截面削弱較小，受力合理；組合螺栓采用2直、2彎或1彎1直的兩根螺栓相組合，可提高接頭抗彎剛度，但設(shè)計(jì)時(shí)需要注意，過(guò)于剛性的連接不適用于預(yù)計(jì)會(huì)有較大不均勻沉降或地震的多發(fā)地帶[5]。

2)外置螺栓一般情況下多采用直螺栓，可根據(jù)接頭受力和構(gòu)造特點(diǎn)及施工工藝要求，在接頭一側(cè)設(shè)置，也可在兩側(cè)同時(shí)設(shè)置，或多點(diǎn)位設(shè)置。當(dāng)螺栓設(shè)在接頭受拉區(qū)一側(cè)時(shí)，宜在接頭構(gòu)造允許范圍內(nèi)將螺栓設(shè)置在遠(yuǎn)離中心軸的位置，并宜明確主動(dòng)荷載值；當(dāng)螺栓設(shè)置在接頭受壓區(qū)一側(cè)時(shí)，宜在接頭構(gòu)造允許范圍內(nèi)將螺栓設(shè)置在距離中心軸較近的位置，并宜避免施加過(guò)大的緊固力。

7底板下注漿及拼裝支頂限位措施

盾構(gòu)隧道管片拼裝完成后，需要多次及時(shí)對(duì)襯砌壁后的空隙進(jìn)行注漿填充，以確保結(jié)構(gòu)和地層的穩(wěn)定性。明挖裝配式隧道結(jié)構(gòu)也不例外，由于明挖條件下的拼裝工藝特點(diǎn)，底板下將留有一定量的空隙，側(cè)墻外側(cè)也存在一定寬度的基坑肥槽空間，拼裝過(guò)程中則需要及時(shí)采取相應(yīng)的板下注漿和支頂限位措施。

7.1底板下空隙填充注漿措施

預(yù)制底板結(jié)構(gòu)或整環(huán)管節(jié)式結(jié)構(gòu)，在精平條帶基面或統(tǒng)平基面上拼裝就位后，底板與基面之間均或多或少地留有空隙，需要及時(shí)對(duì)空隙進(jìn)行填充，以使底板結(jié)構(gòu)與承載基面充分密接，避免底板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中區(qū)，并將上部載荷均勻有效地傳遞至地基上。底板下空隙填充宜采用注漿措施實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)需要在基底拼裝基面墊層中預(yù)留相應(yīng)的注漿管。注漿應(yīng)分段進(jìn)行，每個(gè)分段的長(zhǎng)度不宜大于10m。注漿時(shí)需要遵循由低向高、由前向后、由中部向兩側(cè)的原則進(jìn)行推進(jìn)，注漿壓力宜適當(dāng)，注漿速度宜均勻緩慢，注漿后需要保證底板下空隙填充均勻密實(shí)。

7.2拼裝支頂限位措施

當(dāng)明挖裝配式隧道為環(huán)向分塊拼裝式結(jié)構(gòu)時(shí)，為保證拼裝過(guò)程中各構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性，并控制結(jié)構(gòu)自重作用下的錯(cuò)位和變形，除應(yīng)對(duì)接縫進(jìn)行張拉鎖緊外，還應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，在襯砌結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位采取相應(yīng)的支頂限位措施。圖12為支頂限位裝置的設(shè)置。

襯砌結(jié)構(gòu)拼裝就位時(shí)，需要同步在基坑肥槽內(nèi)的底板兩端、側(cè)墻頂部、樓板兩端、頂板兩端或拱腳等部位，設(shè)置支頂限位裝置，防止構(gòu)件發(fā)生非預(yù)期的位移或變形。對(duì)于內(nèi)支撐體系下的基坑，在內(nèi)支撐拆除時(shí)，如果需要利用已拼裝完成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力轉(zhuǎn)換，則應(yīng)在基坑肥槽內(nèi)設(shè)置能起到接續(xù)撐作用的支頂限位裝置，以保證拼裝階段基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及裝配式結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。

支頂限位裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)支頂限位裝置建議采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合現(xiàn)澆混凝土制作，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)能夠施加預(yù)加軸力，一端與襯砌結(jié)構(gòu)可靠連接，另一端與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠連接，連接方式應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)的快速拼裝。

2)支頂限位裝置應(yīng)滿足施工期間的承載力和變形控制要求，并滿足受壓和受拉兩種受力工況的作用。

3)支頂限位裝置的設(shè)置位置，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力和變形控制的需要確定，宜設(shè)于結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件同高度的位置，或需要承受拱腳水平推力的關(guān)鍵部位，并應(yīng)在結(jié)構(gòu)兩側(cè)水平方向的基坑肥槽內(nèi)對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

4)設(shè)置于拱腳部位的限位裝置，應(yīng)施加預(yù)加軸力，預(yù)加軸力值應(yīng)與拱頂結(jié)構(gòu)自重作用下的拱腳水平推力相當(dāng)，支頂后應(yīng)保持拱腳的水平位置與理論位置一致。

5)設(shè)置于水平頂板或樓板結(jié)構(gòu)處、用于基坑接續(xù)撐作用的限位裝置，其剛度宜與所替代的原有鋼支撐相匹配，并根據(jù)受力轉(zhuǎn)換狀況施加一定量的預(yù)加軸力。

6)底板結(jié)構(gòu)處的水平限位措施，宜利用基坑側(cè)向肥槽的結(jié)硬性回填結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

7)設(shè)置于基坑肥槽內(nèi)的限位裝置，應(yīng)隨著肥槽的回填，永久保留在基坑內(nèi)，不應(yīng)拆除。

8主要結(jié)論

作為明挖施工條件下的預(yù)制裝配式隧道結(jié)構(gòu)，拼裝是施工中最重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到工程建設(shè)的質(zhì)量、工期和安全，工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)拼裝進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。主要拼裝設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)如下：

1)隧道結(jié)構(gòu)拼裝應(yīng)以首環(huán)固定端為起點(diǎn)，沿縱向往一個(gè)方向推進(jìn)，整體遵循“先下后上”，逐塊、逐層向上的拼裝原則；隧道結(jié)構(gòu)的環(huán)縫一般應(yīng)設(shè)置為通縫，縱縫可采用通縫，也可采用錯(cuò)縫。

2)應(yīng)根據(jù)地基條件和底板結(jié)構(gòu)型式，進(jìn)行基坑底部基面的精細(xì)化整平處理，可選擇的方法有精平條帶法或基面統(tǒng)平法。

3)隧道襯砌結(jié)構(gòu)宜在預(yù)制構(gòu)件接頭拼接面處設(shè)置一定數(shù)量的導(dǎo)向定位裝置，輔助構(gòu)件精確定位，并有效控制結(jié)構(gòu)表面錯(cuò)臺(tái)量。4)明挖裝配式隧道宜設(shè)置在直線上，當(dāng)隧道位于曲線地段時(shí)，可采用“楔形構(gòu)件+等寬縫”或“等寬構(gòu)件+楔形縫”的方式擬合曲線，但楔形縫的最大縫寬應(yīng)滿足接縫防水性能要求，最小縫寬為施工所能實(shí)現(xiàn)的最小縫寬值。5)結(jié)構(gòu)拼裝縱向和環(huán)向張拉鎖緊主要有預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉鎖緊方式和螺栓鎖緊方式，預(yù)埋鐵件銷(xiāo)插式不建議在明挖裝配式隧道襯砌結(jié)構(gòu)中使用。6)構(gòu)件預(yù)應(yīng)力張拉鎖緊宜采用“形心跟蹤法”，并應(yīng)多點(diǎn)協(xié)同、同步張拉鎖緊，保持接縫基本同步均勻壓緊，有效控制接縫的目標(biāo)張開(kāi)量。7)針對(duì)底板及其上部結(jié)構(gòu)在拼裝過(guò)程中的受力和穩(wěn)定性要求，及時(shí)對(duì)預(yù)制底板下空隙采取注漿填充措施，及時(shí)在側(cè)墻和拱腳等關(guān)鍵部位采取支頂限位措施。

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[11] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 混凝土結(jié)構(gòu)工程 施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范: GB 50204—2015[S]. 北京: 中國(guó) 建筑工業(yè)出版社, 2015. Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Code for quality acce[1]ptance of concrete structure construction: GB 50204— 2015[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2015.

[12] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 盾構(gòu)隧道工程設(shè) 計(jì)標(biāo)準(zhǔn): GB/T 51438—2021[S]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè) 出版社, 2021. Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Standard for design of shield tunnel engineering: GB/T 51438—2021[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2021.

[13] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 地下鐵道工程施 工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn): GB/T 50299—2018[S]. 北京: 中國(guó) 建筑工業(yè)出版社, 2018. Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China.Standard for construction quality acceptance of metro engineering: GB/T 50299— 2018[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2018.

[14] YANG Xiuren, HUANG Meiqun, PENG Zhiyong, et al. Calculation of dynamic assembly and tensioning loads at multiple points of prefabricated structure[J]. Tunnelling and underground space technology, 2022, 126: 104564.

[15] 楊秀仁, 黃美群, 彭智勇, 等. 基于形心跟蹤和縫寬控 制的預(yù)制裝配式構(gòu)件張拉方法: CN110924687A[P]. 2020-12-15. YANG Xiuren, HUANG Meiqun, PENG Zhiyong, et al. Prefabricated type member tensioning method based on centroid tracking and seam width control: CN110924687A[P]. 2020-12-15.

原文發(fā)表于《都市快軌交通》第 36 卷  第 2 期  2023 年 4 月

（責(zé)任編輯：何雯麗）

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