建筑技术丨装配式综合管廊全机械化拼装施工技术研究与应用

1 工程概况

北京通州文化旅游区将军府东路（万盛南街—曹园南大街）地下综合管廊工程，位于将军府东路（万盛南街–曹园南大街）道路东侧主辅路隔离带处，平行于道路中线布置，总长326.22 m，其中标准段采用明挖预制法施工，节点段采用现浇法施工。工程总平面图如图1所示。

图1 将军府东路综合管廊工程总平面示意

综合管廊结构底板埋深7~9 m。标准断面采用单舱结构，容纳10 kV电缆、电信、给水管道、再生水管道以及预留管位。预制管廊构件采用整体式设计，横断面尺寸为3.5 m×3.1 m（高×宽），顶、底板厚度350 mm，侧墙厚度300 mm，构件纵向长度2 m，单个构件自重20 t。结构横断面如图2所示。

图2 综合管廊标准横断面示意

预制构件连接接口采用平面接口形式，每节预制构件使用8条8.8级  27弧形螺栓连接，接口端面外侧设置连续闭合的EPDM三元乙丙橡胶密封垫，挤紧达到闭水密封效果。端面中间设丁腈软木橡胶垫，起缓冲作用。内侧使用聚硫密封膏嵌缝，提高拼缝的密封性。接口形式如图3所示。

图3 平面接口+弧形螺栓连接接口示意

2 施工方法

2.1 总体方案

本项技术在拼装预制综合管廊构件的过程中，使用自主研发的机械化拼装装备系统，以及专为本技术而设计的预制构件产品，使施工工艺从传统的大型起重机吊装配合人工推、拉、拽、撬转变为机械化运输、对位、拼装过程，提高了施工机械化水平和拼装精度，减少人工劳动，节地节材。

装配式综合管廊机械化拼装系统整机结构分为三个部分，包括两个长条形车身和一个连接两个车身的连系梁。整机俯视图呈“凵”形（图4）。

图4 拼装系统俯视示意

两个车身分别布置在两道扁钢导轨上，采用电机驱动行走，预制构件可放置于车身上进行水平运输。车身内置水平横移装置和竖向顶升装置，可调整预制构件的轴线和高程位置。

将拼装系统布置在基坑底部，使其能够在基坑底部纵向行走，预制构件由起吊点吊装就位后，利用拼装系统运输至拼装作业面。利用拼装系统的水平平移装置和竖向顶升装置，可直接调整构件的高程、轴线位置，完成对位工作。利用集成设置在拼装系统上的拉紧装置，将待拼装构件与已拼装构件拉紧，完成预制构件的连接。

2.2 工艺流程与操作要点

2.2.1 工艺流程

施工工艺流程如图5所示。

图5 施工工艺流程示意

2.2.2 操作要点

（1）浇筑基础层。施工前检查基底地层承载力，确保拼装系统的行走路径影响范围的土体稳定。基础层的形状、尺寸应符合设计文件要求，宜根据拼装系统及预制构件荷载情况对基础层采取加强措施。基础层施工质量要求较高，混凝土振捣密实后，检查平整度，高处铲掉，凹处补平，用水平刮杠刮平。高程、表面平整度偏差不大于5 mm。

（2）安装导轨。导轨进场时应对导轨的材质、规格、尺寸、连接接头构造、螺栓孔尺寸位置等进行检验，应确保导轨符合施工方案要求（图6）。

图6 导轨加工示意

（a）导轨整体加工示意；（b）导轨细部节点加工示意

导轨安装前应保证基础层强度达到75 %设计强度。导轨安装应顺直，不应错位，错台不宜大于5 mm。导轨底部允许出现微小脱空，脱空较大时应经管理人员会商处理，不得私自垫起、填充，严禁局部加垫硬物。应顺次安装导轨，固定导轨宜使用M 10×100内六角膨胀螺栓。导轨固定如图7所示。

图7 导轨固定作法示意

（3）拼装系统的进场、存放、组装。应将拼装系统拆解运输，运输过程中各部件应有防倾倒措施。应在现场合理选定拼装系统存放场地。存放时应将拼装系统垫高，使行走轮离开地面，并苫盖防雨。存放场地应有良好的排水措施及防倾倒措施。应使用拼装系统各部件的预留吊点进行吊装，吊装时应有防倾倒措施。组装完毕后应进行试运行。

（4）首节构件安放固定。

1）在垫层上对首节预制构件的里程进行放线。控制拼装系统，使用低速行走模式，将预制构架准确停放至既定里程位置。使用吊线检查预制构件的里程位置。

2）通过拼装系统的平移装置调整对齐结构轴线。通过拼装系统的竖向顶升装置调整构件的高程。使用楔子将构件与垫层之间的间隙垫平、挤紧。

3）在垫层上预埋钢板，钢板表面与垫层表面平齐，布置在首节预制构件侧墙的两侧。首节预制构件定位且测量无误后，在预埋钢板上焊接三角支撑，与侧墙预留套筒中拧入的螺栓焊接牢固。

（5）构件顺次拼装。

1）构件顺次拼装施工工艺流程如图8所示。

图8 单节构件拼装施工工艺流程

2）预制构件吊运至拼装系统。预制构件在现场的存放应按便于拼装的顺序存放。起吊前应安装好预制构件两侧的三角梁。使用起重机械将预制构件由存放区吊入基坑，将构件落在100 mm×100 mm垫木上，并使构件落位位置与结构中线基本对齐。就位状态如图9所示。启动拼装系统，将系统车身行驶至三角梁下部，升高竖向顶升装置，顶起预制构件。

图9 预制构件吊放落在方木上示意

3）行走至拼装位置。控制拼装系统沿导轨行走，将预制构件运输至拼装作业面。行走速度控制要求：空载不大于14 m/min；重载不大于6 m/min；对位不大于3 m/min。

4）预制构件对位调平。预制构件的对位调平应按照先将拼缝调整均匀，再调平顶、底板，最后调平侧墙。对位完成后应检查预制构件的高程、轴线偏差及错台大小。构件错台应小于2 mm，构件结构中轴线偏差不大于5 mm。

5）穿入螺栓。应先将螺栓穿入，暂时不予紧固。若出现部分螺栓无法穿入，不得强制敲砸，应使用靠尺检测对位精度，精度满足要求仍无法穿入，应替换螺栓。若仍无法穿入，应上报施工单位项目管理人员会商解决。

6）拉紧装置拉紧。应按照先拉紧上部，再拉紧下部的顺序。拉紧装置拉紧到位后，应检查拼缝宽度是否符合拼缝宽度控制值要求。拼缝宽度控制值应经试验确定。

7）紧固螺栓。紧固过程中，拉紧装置应保持拉紧状态。使用电动扳手紧固螺栓，紧固采用对角顺序进行。应按照对角顺序紧固螺栓，外露丝扣不应少于2扣，紧固应牢固、可靠，不得少拧或过拧。

8）拉紧装置放松。螺栓全部紧固到位后将拉紧装置放松，复检拼缝间隙是否符合要求，若不符合要求，应重新拉紧，并补拧螺栓。拼缝符合要求后，复检构件相对结构中线的位置偏差。若偏差超过规范要求，应重新调整预制构件位置。

9）预制构件临时支垫。预制构件的临时支垫应符合施工方案的要求，使用楔子应垫平、挤紧、稳固，并有防止预制构件受损的措施。

10）拼装系统回退。将拼装系统竖向顶升装置卸载，复检拼缝宽度是否符合要求，若不满足要求，则需重新顶起，再次对相应位置的螺栓进行复紧，并重新将楔子楔紧。

拼缝宽度满足要求后，拆卸三角梁，并将三角梁与拼装系统连接。拼装系统低速倒出，完全脱离预制构件后，可高速返回吊装作业区域。拼装系统回退停车前，应先调整行走速度至中速或低速后再停车。

（6）底板注浆。将构件底板四周与地面的缝隙封堵，间隔设置排气孔。通过构件底板预留的注浆孔将水泥浆压注填满底板与地面的缝隙。注浆施工可在单节构件施工完毕后进行，也可在多节构件施工完毕后进行。

（7）拼缝处理。构件拼缝内外使用密封材料嵌缝处理。

3 应用效果

研究成果首次应用在北京通州文化旅游区将军府东路综合管廊工程，成功地打造了北京市首例装配式综合管廊工程，主要应用效果如下。

（1）机械化程度高。本工法应用自主研发的机械化拼装系统装备，实现了装配式综合管廊在基坑内运输、对位、拼装施工全过程的机械施工。

（2）施工精度高。常规工法进行构件拼装作业时，由于起重设备通常设置在基坑边10 m外，司机的视野被完全遮挡，无法观察到构件的位置，只能根据信号工的指令调整构件的位置，作业难度大，控制精度较差。

工人配合也只是采用原始的推、拽方式，最终导致预制构件的拼装精度很难保证。本工法采用机械化施工技术，实现了构件的高精度对位拼装，拼装精度可控制在2 mm以内。

（3）施工安全性高。与常规工法相比，本工法起重吊装实现了定点作业，起重机械不必再转场，规避了起重机械转场过程中存在的各类隐患，降低了施工安全管理难度。

采用常规工法进行预制构件拼装时，需要构件在起吊状态下，配合人工推、拉、拽、撬等方式进行拼装对位，如果出现吊具吊点损坏、起重机操作违规、配合人员操作不当，可能引发起重伤害、机械伤害事故。

本工法机械化施工程度高，操作人员可使用遥控器控制拼装系统完成各项作业，有效规避了上述施工隐患。

（4）适用性强。本工法能够实现在狭长施工场地进行预制构件拼装施工，同时可在下穿桥梁、架空线等工况下正常施工，可与暗挖法、盖挖法结合施工。

（5）用工量少。与常规吊装方法相比，减少了工人数量50%。

（6）节地节材。常规工法需要在基坑边占用至少18 m宽场地，方可满足起重吊装作业需要，因此产生较大的临时占地费用。本工法起重设备定点作业，只需划定一个固定的起重吊装区域，即可满足构件吊装作业需要，在进行结构施工时，基坑两侧不必占用施工场地。

常规工法需对每一处起重设备作业点的场地地面采取加强处理措施，如加厚地面硬化层、增设钢筋网片、提高硬化混凝土强度等级等，因此需投入大量的措施费用。本工法起重设备定点作业，因此只需对一处场地采取加强措施。

4 结束语

通过深入研究与装配式综合管廊相适应的施工技术及其装备系统，有效提高了综合管廊装配施工安全质量，实现了预制综合管廊施工的全机械化装配施工，包括运输、对位、拼装等工序的机械化作业，总结形成预制综合管廊机械化施工工法。

本工法可替代目前类似工程常采用的大型起重机吊装、工人协作对位的拼装方式，提高预制综合管廊装配施工效率，大幅减少起重吊装作业量，节省施工用地，减少工程前期投入，提高施工安全性、减少意外事故造成的损失，提高拼装精度和拼装质量，提高施工机械化水平，进一步降低劳动强度。

此外，本工法具有较强的先进性，可促进预制综合管廊机械化装配施工水平的进步提高，可广泛应用于明挖预制法单舱至三舱综合管廊工程，适用于狭小场地施工，能够在下穿桥梁、架空线等工况下施工，可与盖挖法、暗挖法结合施工，后续进一步提高机械承载能力，可实现更大断面综合管廊的机械化施工。