周 全

（佛山市新一建筑集团有限公司，广东 佛山 528099）

0 引言

经济的发展带动了建筑工程行业的蓬勃发展，随之而来的是人们对建筑工程的施工质量和技术提出了更高的要求。地下工程是城市化建设的必然趋势，在一定程度上缓解了城市用地紧张的矛盾。如今，人们的日常生活已经越来越离不开地下工程。地下室、地铁、开采地下矿山等，都是地下工程的重要组成部分。受到场地、环境以及地下土质等因素的限制，高质量的地下工程需要有稳固的支架作为支撑体系，预制装配技术很大程度上满足了地下工程施工的需要。预制装配技术通过将较为复杂的安装提前组装好，通过将地下施工受限的一些设备和结构提前搭建好，从而满足地下施工的需要。本文对地下工程中的预制装配技术的应用进行探讨。

1 预制装配技术简介

20 世纪初期，在欧洲首先兴起了预制装配技术，“二战”之后广泛应用于美国、日本、新西兰等西方国家中的民用房屋建筑，且预制装配技术逐渐成熟。对比传统的现浇技术，预制装配技术有诸多优势，如施工速度较快、工程造价偏低、对施工环境友好、较少影响周围环境以及完成等量工程使用的人工数量少等。许多国家看到了预制装配技术在建筑工程中的良好应用，开始尝试在地下工程中应用预制装配技术。如今，预制装配技术的水平已经成为衡量一个国家地下工程发展程度的标志。

从预制装配技术的发展来看，预制装配技术逐渐形成两大类别：全部构件的预制和部分构件的预制。在此基础上，根据其结构断面的差异，可以分为结构整体预制以及结构的分块预制。在具体的应用中，将预制结构与现浇结构共同使用，建成完整的地下工程结构。由于预制装配技术对周围环境有较少的需求，而且地下工程的施工环境和技术较为复杂，预制装配技术在我国的地下工程中得到了广泛应用。

2 地下工程预制装配技术重难点分析

2.1 地下工程中预制装配式结构的计算与设计

预制装配技术要在装置进入地下前就应当计算好相应的接头刚度等参数，这是至关重要的。目前，在设计接头时常用等效刚度模型和梁-接头模型。当地下结构的接头或地下预制构件试验的资料不充分时，接头刚度的规律就很难被掌握，这种情况下通常使用等效刚度模型，其不需要考虑预制构件接头的柔性特征，而是根据经验将接头刚度限制在某个常数范围内，使设计的刚度较为均匀。这是一种简化了的接头模型，对复杂的问题也能用来模拟，其精确度较高且计算简便，所以较为广泛地应用在工程上。梁-接头模型有2 种形式。直（曲）梁－接头元连续模型源于日本，它把预制构件当作梁，接头可以看作是变形连续的弹簧，即预制构件和接头都可以看作是一个弹性体。这种预制装配结构的优势在于原理简单，劣势在于对非线性形状的接头不能准确、全面地模拟。直（曲）梁-接头元不连续模型的非线性属性，使得结构具备一定的抗拉伸作用。这种预制装配式结构的优势在于精度高，能够节约工程造价，但需要确保预制装配结构的抗压和抗弯等刚度。

2.2 地下预制装配结构的抗震和防水性能

地下预制装配结构需要具备较好的抗震和防水性能。地震观测、试验研究、理论分析和数值模拟是常用的地下预制装配结构抗震性能的研究方法。当前，对于地下结构的抗震缺乏统一的认识。抗震措施能够提高预制装配结构的抗震能力。由于地下装配结构更加复杂，其横向与纵向尺寸、装配构件的连接形式以及地下工程所涉及的场地等差异，将地下结构的问题摆在了更加突出的位置。地下预制装配结构的防水性能是地下结构应用的关键因素，它与所处的环境、管道的结构和施工情况等有关，接缝的防水也是施工的重点防控对象。通过加强混凝土的防渗透层，在接头处用橡胶封条封住，或者在工程的关键位置留下注浆孔，完工后用注浆进行接缝。防水材料也是提高防水性能的重要方面，要求防水材料能够满足密封的要求。

3 预制装配技术在地下工程中的应用

相较于地面工程，地下工程在技术和工程需求上有不少的限制。在地面上应用效果好的技术，很有可能在地下工程中难有用武之地。预制装配技术的发展满足了地下工程较为复杂的施工环境和技术要求，能够起到防水、防震的效果。

3.1 明挖隧道预制装配技术的应用

明挖隧道工程中多采用装配式衬砌结构，在很大程度上降低了搭建支撑量和模板台车的使用量，提升施工效率。施工时，明挖隧道的结构分为三分或四分块，其内轮廓是公路隧道轮廓，除底部的行车区是现浇结构外，其余可以由预制拼装结构构成。进行预制装配时，要使用标准化的流程，设计时要根据隧道跨度的分块进行。现场施工尽量使用机械化的作业方式，避免过度依赖人工。

3.2 地铁站台预制装配技术的应用

将预制装配技术应用到地铁站台最早是在苏联其地铁地下结构（如地铁车站主体、附属结构和隧道区间等）都应用了预制装配技术。我国也有在地铁工程中应用预制装配技术的案例，长春地铁站就使用了标准化预制结构。长春地铁站的预制装配，其车站主体分为7 大块，预制结构是厚度为4～5m 的顶板，约2m 的纵向宽度，其中最重的预制构件达54.3t。预制钢棒的张拉形成固定的构件间距，构件间通常使用通缝拼装方式构成，由于其拼装和受力不一，要根据实际情况使用合适的榫槽将各个构件连接在一起，完成装配后，注浆使其形成一个坚固的整体。

3.3 盾构隧道预制装配技术的应用

在地下、井下或者隧道等地下工程中，常会用到盾构技术。这是一种通过在山体或者地表中使用盾构工具推进，并用盾构工具支撑好固定结构，从而完成山体工程或隧道建设的一种现代施工方法。从字面意思上看，盾构隧道预制装配技术即使用盾构机这种施工机械进行安装的技术。地下施工的井口一般较小，而盾构机通常具有较为庞大的体形和质量，在施工时会在地上完成盾构间的安装，然后再通过井口进入地下施工现场。在应用盾构隧道预制装配技术时，根据不同的使用场景可以采用不同的方法。其方法主要有2 种。

1）在较大的场地和较宽广的区域，常使用盾构双机抬吊的方法，即使用2 台吊装机械开展盾构机的吊装工作。这种盾构机通常由前、中、尾3 个部分组成，2 台起重机开动时，翻转盾构机将其从井口送到施工现场。使用双机抬吊技术安装盾构机械时，要把控好双机抬吊的组装上限。选取载荷较大的双机，并计算好盾构的实际重量与双机的固定起重比，要确保盾构机械的总重小于双机固定载荷重量的3/4，与此同时，还要使载荷不超过每台机械的80%。在配置双机起重吊机时，要尽可能使用最大的固定配置，防止因为实际操作时发生变化使得其重量超过其配置的载荷。为了能够充分发挥起重机械的作用，要配置好质量过硬的钢丝绳和卸扣。

2）在面积和空间均受到限制的场地常用履带式起重机吊装。安装履带式起重机时，首先要确定吊装的主臂、重型副臂的长度，还要确定好安装的角度，确保主臂和副臂能够保证盾构机部件完成翻转作业。

3.4 地下综合管廊预制装配技术的应用

传统的地下综合管廊，大多采用现浇明挖施工，但由于地下工程的限制，现浇明挖施工的施工质量难以保证，施工周期难以控制，甚至会导致城市交通拥堵、影响城市形象等问题。为了减少地下综合管廊施工过程中的上述问题，预制装配技术被应用于地下综合管廊施工中。日本较早使用预制管廊。我国也有地下综合管廊预制装配技术应用的案例，如上海世博会装配式管廊。在此基础上，我国进一步开发了各种样式的预制管廊，如顶板预制装配式管廊、分块预制装配式管廊、钢波纹管式管廊和叠合装配式管廊。

3.5 暗挖隧道预制装配技术应用

内部空间狭窄、精度控制难度大、施工工序有很多交叉等是暗挖隧道的特点，也是其施工中的难点。在暗挖隧道中应用预制装配技术的情况很少，但也有应用个案，如某高速公路为了扩建但又不想阻碍正常交通的运行，就将预制的钢筋混凝土箱体护罩置于原隧道道路的上方，分隔了原隧道公路和施工区。为提高施工效率，减少施工工期，在扩挖后将预制的结构进行精确定位和拼装。

4 结语

具有庞大人口基数的城市，为满足人们的生活、出行等需求，需要不断扩大建筑工程，但城市的土地面积有限，仅利用地面工程已无法满足城市的正常运转和人们对高质量生活的追求。因此，充分利用好城市的地下空间成为解决城市问题的重要方向。在地下工程中应用预制装配技术能够提高地下工程的稳固性、施工效率和施工质量，因此，在地下施工应充分利用预制装配技术，使其既能满足地下工程的施工要求，又能提高施工效率。