在發達國家,城市公用隧道已經存在了一個多世紀,系統越來越完善,規模也越來越大;在我國,城市公用隧道的大規模建設仍處于起步階段,建設規模較小。管廊建設一般采用現澆方式,預制公用隧道比例較小。事實上,預制裝配化箱涵在綜合管廊應用較為成熟的國家中占有較大比并在工程中得到廣泛應用。與現澆管廊結構相比,預制箱涵更適合大規模生產,在工程質量、工程進度、環境影響、管廊應用可靠性等方面具有較強的結構、施工和應用優勢。
一、比較施工方法。
1.現澆混凝土箱涵的缺點:
(1)只能采用開槽法施工,不能滿足頂管需求,影響城市交通。
(2)施工作業時間長。
(3)在現場生產中,明顯受到環境因素的限制。
(4)現場生產的混凝土抗滲性能不足,容易局部滲漏,影響管道的使用功能。
(5)現澆混凝土箱涵易出現施工裂縫(涵體側壁開裂等)。),影響結構的承載能力和耐久性,縮短地下管道的使用壽命。
(6)現場制作的混凝土箱涵按一定長度(約20m)分段,分段間用橡膠止水帶連接。缺點是:
A.橡膠止水帶接口抗地基不均勻沉降能力差。
b.混凝土箱涵止水帶接口施工質量不穩定,易滲漏。
C.現場生產的管道間隔長度大,容易斷裂,影響箱涵的質量和使用壽命。
(7)現場生產條件差,材料損耗大。
(8)現澆施工應預留模具支撐空間,土方量增加。
(9)現澆施工法的總體成本大致相當于預制裝配施工法。
二、國內現澆箱涵質量事故部分報告。
南水北調北京永定河箱涵工程:
箱涵混凝土分兩次澆注,施工縫設置在底板以上70cm處。先澆注底板和70cm高的側墻,隔5天澆注側墻和頂板混凝土。維護3d后,拆除外部模板。通過檢查箱涵表面,發現箱涵側墻在施工縫以上每隔3m~7m有一個垂直長3m左右的裂縫??p寬0.5mm~1.9mm貫穿整個墻厚。四面墻裂縫的分布寬度不同。但是每個裂縫的長度基本相同。都是從施工縫開始,止于側墻和頂板的交接處。
低壓輸水(0.2MPa)運行五年,三條止水帶被擊穿損壞,橡膠止水帶接口的使用壽命遠遠不能達到南水北調使用壽命100年的指標。
三、預制裝配化箱涵的優點:
預制裝配化施工箱涵,既可開槽施工,又可頂管施工,對城市適應性強。
(2)工廠化生產,工作效率高,勞動力成本低,質量有保證。
(3)安裝方便快捷。
(5)接口采用預應力混凝土輸水管的接口形式,滿足一定的水壓要求,閉水性能好。
帶膠圈的柔性接口不易損壞。
(7)可在有水環境下施工,無需降水。
(8)出廠前可進行質量檢驗和外壓荷載試驗。
二.比較兩種施工方法的經濟性能。
以國內某地下公用隧道現澆工法和預制裝配工法為例,對工期和經濟進行了分析:
我國某地下公用隧道采用兩種施工方法——現澆和預制裝配施工。我們可以比較不同方法的工期和工程成本,列舉如下。
整體現澆段總長6.2km,預制混凝土管廊總長200m,工期和施工費用以一個標準段的25m長度作為標準施工段,分析工期和成本,研究預制混凝土管廊的經濟性。
一、工期分析:
預制混凝土公用隧道可分為現場(現場)和場外施工兩部分,現澆混凝土公用隧道的所有施工作業均為現場施工。兩個場地相同的施工部分是基坑開挖和支護體系成型(包括素混凝土墊層施工)。地下公用隧道主體結構施工、回填土方和支護體系拆除等主要環節沒有明顯的工期差異。在地下公用隧道主體結構的施工過程中,兩者的施工工藝截然不同,工期差異明顯。預制混凝土公用隧道主體結構施工多在場外完成,管節吊裝、組裝等工序施工效率高,工期短?,F澆混凝土整體公用隧道主體結構施工在現場完成,工期長。與標準段相比,預制混凝土公用隧道的工期比現澆混凝土公用隧道縮短18d左右,工期縮短近45%。
二、施工成本分析。
基坑開挖和支費用,其中土方費用為一次性費用,不隨工期變化,鋼板樁及其檁條及其內支撐的租賃費用一般按租賃期計算,單價較貴。與標準段相比,預制混凝土公用隧道的工期約為22天,現澆混凝土整體公用隧道約為40天,預制混凝土公用隧道的開挖土方和支護費用為4.5萬元,現澆混凝土整體公用隧道為7.0萬元,降低2.5萬元。
主體結構成本為標準段,預制混凝土公用隧道25萬元,現澆混凝土公用隧道23.9萬元,增加1.1萬元。
預制混凝土綜合管廓為29.5萬元,現澆混凝土綜合管廊為30.9萬元,比節約1.4萬元/25m,低4%左右。
三、土方成本分析。
預制混凝土箱涵現場無需支模,開槽寬度每側可減少0.8-1.0m,以槽深8m計算,每米箱涵土方量減少6.4-8.0m3。
土方成本每米減少1280元~1600元,比節約3.2萬元/25m-4.0萬元/25m
每公里節省128-160萬元。
四、環保對比。
預制混凝土公用隧道在現場作業,噪音低,環境污染小,施工現場有序整潔,節能環?!,F澆混凝土整體公用隧道現場有大量濕作業,噪聲污染嚴重,環境污染大。
綜上所述,與預制相比,預制混凝土箱涵裝配施工具有縮短工期、降低成本、節能環保等顯著優勢,應作為建設地下公用隧道的首選。
三.常用預制混凝土箱涵連接方式的選擇。
預制箱涵的管體結構強度和抗滲性在制造過程中很容易解決,但接口密封的細節處理不好,會嚴重影響其質量。因此,解決箱涵接口的密封結構是推廣預制箱涵應用的關鍵。
1.預制箱涵的常見柔性接口類型。
(1):頂部施工的預制箱涵一般采用鋼承口接口(F型接口);
(2):開槽埋設的預制箱涵一般采用企口承插雙膠圈密封接口。
2.國內開槽埋管箱涵的主要結構類型。
(1).承插口(企口式)雙膠圈密封。
用于箱涵的接口設計,采用雙膠圈密封,確保箱涵安裝后接口不滲漏。
(2)端面壓縮密封。
帶縱向鎖緊裝置,將每根管子連接成一個整體,即在箱涵中預留穿筋孔。安裝管節時,穿入高強度鋼筋螺桿或鋼絞線,拉緊鎖緊,串聯成一定剛度的整體管道,用于壓縮橡膠圈和密封接口;抵抗基礎不均勻沉降。
(3).構件間端面壓縮膠圈密封與工作面壓縮膠圈密封的組合接口。
應用于公用隧道的箱涵,管道內安裝有供水、中水和供熱管道。這些管道大多由鋼材制成。為了避免此類管道中的縱向應力,大型公用隧道需要限制箱涵道的沉降等變形。因此,我們可以采用工作面壓縮膠圈密封方式與端面壓縮膠圈密封方式的接口——工作面壓縮膠圈密封與構件之間有約束鎖緊裝置的組合連接。
這種接口類型可用作工作面壓縮橡膠圈的密封接口??v向串接端面壓縮橡膠圈的密封接口也可以形成工作面壓縮橡膠圈密封方式與縱向串接相連的接口。它是我國混凝土箱涵的原始新接口。
該接口為⑵節所述接口型式箱。