《隧道装配式绿色建造技术》针对隧道装配式绿色建造技术展开系统论述，总结了装配式结构分类特点及其在地下工程中的主要应用，归纳了装配式隧道的建筑材料、结构形式、构造连接，以及防水体系、材料和做法等。通过实际工程案例，对装配式结构应用过程中涉及的试验、预制、拼装等典型问题形成多项关键技术，从材料、设计、测试、工艺、监测、施工等多方面进行分析和论述，以期对读者了解隧道装配式绿色建造技术及解决实际应用中的问题有所帮助。

第1章　概述
　　装配式结构是装配式混凝土结构的简称，是以预制构件为主要受力构件，经装配(连接)而成的混凝土结构，可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序，从而减少进场工程机械的种类和数量，消除工序衔接的停闲时间，实现立体交叉作业，减少施工人员数量，从而提高工效，降低物料消耗，减少环境污染。装配式结构是我国建筑结构发展的重要方向之一，装配式结构的发展有利于我国建筑工业化的发展，进而提高生产效率，节约能源，发展绿色环保建筑，并且有利于提高和保证建筑工程质量。与现浇施工工法相比，装配式结构有利于绿色施工，更符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低施工对环境的负面影响，包括降低噪声、防止扬尘、清洁运输、减少环境污染和场地干扰，以及节约水、电、材料等资源和能源，遵循可持续发展的原则。
　　2016年9月，国务院常务会议提出，大力发展钢结构、混凝土等装配式建筑，具有发展节能环保新产业、提高建筑安全水平、推动化解过剩产能等一举多得之效[1]。2022年1月，住房和城乡建设部在《“十四五”建筑业发展规划》中提出，产业链现代化水平明显提高，智能建造与新型建筑工业化协同发展的政策体系和产业体系基本建立，装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上。装配式钢结构是装配式结构体系中的重要结构之一，秉持经济、适用、环保的原则，全面提高装配式钢结构的经济效益、社会效益和环境效益，是当下丰富和推广装配式结构体系的重点。预制装配式结构在国家政策、市场环境的推动下，凭借其在节约资源、保护环境、节能健康三个方面的优势，在今后的建筑行业将大有作为。
　　1.1　装配式结构的分类
　　装配式结构分类方法有多种。按结构体系不同，装配式结构可以分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等；按构件受力形式不同，装配式结构可以分为受压构件、受弯构件、抗剪构件等；按建筑材料不同，装配式结构可以分为混凝土结构、钢结构、木结构等；按装配方式不同，装配式结构可以分为整体式结构、分块式结构、叠合式结构。
　　1.1.1　装配式结构的分类依据
　　1. 按结构体系分类
　　1) 框架结构
　　框架结构是指由梁和柱刚接或者铰接构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架，共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架结构的建筑自重轻，节省材料，空间布置灵活，在装配式结构中框架的构件种类少，易标准化，连接构造方便。框架结构构件主要有梁、板、柱。1997年，美国统一建筑规范(UBC97)将装配式框架结构的连接简化为两大类，即整体式连接和强节点连接。整体式连接的主要特点是预制构件与预制构件之间或者预制构件与现浇构件之间的连接节点采用现浇混凝土浇筑，采用整体式连接的装配式结构符合现浇结构的抗震要求。强节点连接的主要特点是强连接处不允许发生屈服和滑脱，要求构件与构件之间的连接强度足够大，在建筑遭到破坏时，连接节点未产生破坏。装配式框架结构的技术难点集中在框架柱-柱的连接以及框架柱-梁的连接技术上，目前国内主流的连接方式有南京大地建设集团的世构体系、台湾的润泰体系等。
　　2) 剪力墙结构
　　剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙，用钢筋混凝土墙板代替框架结构中的梁柱，能承受各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力。这种用钢筋混凝土墙板承受竖向力和水平力的结构称为剪力墙结构。装配剪力墙结构是装配式混凝土结构的一种类型，其定义是主要受力构件(剪力墙、梁、板)部分或全部由预制混凝土构件(预制墙板、叠合梁、叠合板)组成的装配式混凝土结构[2]。装配式剪力墙的技术难点集中在剪力墙与剪力墙的竖向连接技术上，目前国内主流的连接方式主要有中南建设集团等提出的波纹管浆锚连接、U型闭合筋连接、矩形螺旋箍筋约束波纹管浆锚连接等；清华大学提出的套筒浆锚连接、套筒浆锚间搭接等；哈尔滨工业大学提出的插入式预留孔灌浆钢筋搭接的剪力墙竖向连接技术、环状水平钢筋搭接的剪力墙水平连接技术等。
　　3) 框架-剪力墙结构
　　框架-剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，剪力墙与框架柱共同承受竖向荷载及水平荷载。框架-剪力墙结构中的框架柱演化为暗柱，使建筑空间无突出的柱边与梁边，暗柱与剪力墙可灵活布置，以满足不同建筑功能的要求，其以*特优势在住宅中应用*为广泛。在实际设计过程中，暗柱的墙体在外观上与剪力墙一致，但在参与受力方面存在差异，在装配式建筑中，暗柱的连接以及生产的技术特点与剪力墙一致。
　　2. 按构件受力形式分类
　　针对不同受力形式的构件，它们的连接设计、生产工艺、施工工艺等方面存在差异，因此需要对构件进行分类。根据现行规范标准，混凝土结构构件主要分为板、梁、柱、墙四大类，包含框架结构与剪力墙结构所有的承重构件。
　　(1) 受压构件：柱。在框架建筑中，建筑荷载通过梁板传递到柱，再由柱将荷载传递至基础，若不考虑震动及其他水平力的作用，柱只承受竖向荷载，为典型的受压构件。
　　(2) 受弯构件：梁、板。在建筑结构中，梁、板承受弯矩和剪力。梁将板上的荷载传递至柱，梁承受均布荷载，同时承受弯矩和剪力，但在抗震设计中，梁的主要作用为联系框架柱或剪力墙，以受弯为主。板主要分为单向板和双向板两大类，均以受弯为主。
　　(3) 抗剪构件：墙。在建筑结构中，剪力墙承受竖向荷载以及由地震作用、风荷载等引起的水平荷载。在抗震设计中，对于墙构件，主要验算其抗水平荷载的能力，以抗剪为主。
　　3. 按建筑材料分类
　　从使用材质的角度来看，装配式结构可分为混凝土结构、钢结构、木结构等。混凝土结构具有原料丰富、价格低廉、生产工艺简单、抗压强度高、耐久性好、强度等级范围宽等特点，因此使用范围十分广泛。钢结构和木结构自重较轻、抗震性较好、工业化程度较高，可以准确快速地进行装配，但其易腐蚀、耐火性较差。
　　过去，我国对装配式混凝土结构研究较多。近年来，随着钢材产能的不断提升、价格的不断优化，同时由于钢材具有节能、环保、抗震性好且可回收等优势，钢结构建筑越来越受到人们的青睐。钢结构制品本身就是装配式构件，装配式钢结构体系越来越多地应用于建造公共建筑，但由于人们对钢结构防火、防腐性能认知的局限性，以及钢结构建筑成本相对较高，装配式钢结构较少应用于住宅工程[3]。近两年来，装配式木结构逐渐进入人们的视线，成为装配式建筑发展的分支，对于森林覆盖率高的省份，有发展的先决条件。但是，无论采用何种结构体系，无论采用何种材质，依据特点因地制宜才是*佳的选择。
　　4. 按装配方式分类
　　预制构件工业化生产实现了装配式建筑工业的快速发展，但限于构件的体积、重量、吊装、运输等问题，进一步考虑构件的划分、组合、装配方式，可以分为整体式结构、分块式结构、叠合式结构。
　　(1) 整体式结构通常作为一个功能齐备、*立的单元体，通过可靠的方式进行连接，与现场后浇混凝土、水泥基灌浆料组成功能相似，该结构是一个规模更大、体积更大、功能更完善的整体，如装配式盒式建筑、大断面装配式顶管管节等。整体式结构构件对吊装、运输要求较高，但可以节省现场空间、降低施工周期，还可以提高工程的整体性和抗震性。随着机械设备能力的提升，整体式结构构件得以更广泛地应用。
　　(2) 分块式结构是大体积的预制构件，由于场地、吊装、运输等既有施工条件的限制，将整体式结构进行合理的划分，在现场通过钢筋、连接件或施加预应力加以拼装。从降低制作费用、加快拼装速度、提高防水性能的角度来看，预制结构的分块数量越少越好，但若分块数量过少，则单块结构重量增加，从而导致管片在制作、搬运、拼装过程中出现各种各样的问题，因此在分块前应充分研究。
　　(3) 叠合式结构是在预制混凝土构件上后浇一层混凝土而形成的一种装配整体式混凝土结构。它不仅具有现浇整体式混凝土结构的优点，还具有装配式混凝土结构的优点，是一种施工速度快、整体性好、经济效益高的结构形式。
　　1.1.2　装配式结构的特点
　　国家住房和城乡建设部印发的《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》中明确要求，加强信息技术在装配式建筑中的应用，推进基于建筑信息模型(building information model，BIM)的建筑工程设计、生产、运输、装配及全生命期管理，以促进工业化建造。建立基于BIM、物联网等技术的云服务平台，实现产业链各参与方之间在各阶段、各环节的协同工作。装配式结构规模化应用取决于设计标准化、构件工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化。
　　(1) 设计标准化：装配式结构要实现产业化发展，其关键在于生产是否能够实现产业化；而生产是否能够实现产业化的关键在于设计是否能够达到标准化。装配式结构在构件设计、模数设置等方面考虑较多，以实现“规格少”但“组合多”的效果。
　　(2) 构件工厂化：装配式结构是对各种部品、部件的现场组装，其主要构件大多在工厂制作，然后运输到施工现场。原来单一的施工现场同时分拆到多个工厂，不仅改善了作业环境，还提高了作业效率。
　　(3) 施工装配化：装配式结构使现场湿作业大幅度减少，现场作业人数大幅度降低。各类垂直构件、水平构件、承重构件和非承重构件等在施工现场进行组装，如同一个大型组装车间高效便捷。
　　(4) 装修一体化：装配式结构的主要特点之一就是能够将水、电、暖通、消防、装修等专业工程在工厂提前穿插，如提前进行管线预埋、提前进行外墙贴砖等，以减少施工现场后期随意打凿、交叉作业量大等问题，从而加快施工进度，减少资源浪费。
　　(5) 管理信息化：装配式结构一般借助于信息化手段，如BIM、物联网、云端服务、5D虚拟建造技术等，以提高装配式结构的可视化管理水平，更好地实现质量、工期、安全、经济的有效控制，全面提高建筑业的管理手段。
　　1.2　装配式结构在地下工程中的应用
　　在地上工程建筑工业化蓬勃发展的同时，地下工程建筑工业化也显现出了可喜的发展趋势。建筑工业化是当代建筑技术发展的趋势之一，而构件预制化也是工业化的一个显著标志，它是加快修建速度、提高工程质量的有效办法。采用预制构件不仅可以提高工程质量，还可以缩短工期、降低成本，同时提高地下工程施工的工业化程度，对改善地下工程施工环境更为明显。
　　目前，受预制装配式结构设计计算理论、施工技术水平以及机械装配能力的限制，国内外地下工程中预制装配式结构的应用并不普遍，但随着城市地下空间建设的不断发展，预制化、工业化水平的不断提高，地下工程装配式结构在技术方面越来越成熟，其主要应用于城市隧道、水下隧道、地铁车站、市政设施等方面，该技术的经济社会效益显著。装配式结构的应用领域将会随着城市建设的发展进一步扩大，在地下停车场、地下仓库、地下综合商业开发等方面将得到更多应用。随着科技的不断创新，新材料、新技术和新设备的不断引入，预制装配式结构体系的发展将迎来新的机遇。
　　1. 城市隧道
　　自20世纪90年代开始，城市隧道作为轨道交通的补充，进一步缓解了城市交通压力，并逐渐成为地下空间开发的一个重要引擎，带动城市综合开发。出于对缓解交通拥堵、提高路网连通性等因素的考虑，全国多个城市开始修建城市隧道，上海、杭州、南京、成都、武汉、厦门等城市建成及在建隧道众多。2013年，我国已建成的城市隧道里程约162km。至2019年，我国已建成城市隧道里程已达1000km，部分城市城市隧道规模统计如图?1-1所示。预制装配式结构因其预制质量可控、施工环境干扰小、节省工期等特点，并且可以采用顶管、顶涵、明挖、盾构等多种工法进行实施，近些年在城市交通隧道建设中逐渐受到重视。国内在城市交通隧道中装配式结构已有少量应用，部分典型案例如表?1-1所示。
　　图1-1　2019年部分城市城市隧道规模统计
　　表1-1　国内装配式结构在城市隧道应用的部分典型案例
　　2. 水下隧道
　　从1965年**条水

目 录
序一
序二
前言
第1章 概述 1
1.1 装配式结构的分类 1
1.1.1 装配式结构的分类依据 2
1.1.2 装配式结构的特点 4
1.2 装配式结构在地下工程中的应用 5
1.3 隧道装配式技术优势 12
第2章 典型案例 14
2.1 嘉兴市下穿南湖大道隧道 14
2.1.1 工程概况 14
2.1.2 方案设计 15
2.2 郑州市中州大道纬四路隧道 17
2.2.1 工程概况 17
2.2.2 方案设计 18
2.3 深圳至海口高速荷坳隧道 22
2.3.1 工程概况 22
2.3.2 方案设计 23
2.4 港珠澳大桥海底隧道 29
2.4.1 工程概况 29
2.4.2 方案设计 30
2.5 上海外环隧道 37
2.5.1 工程概况 37
2.5.2 方案设计 38
2.6 上海诸光路隧道 40
2.6.1 工程概况 40
2.6.2 方案设计 41
2.7 南京定淮门长江隧道 45
2.7.1 工程概况 45
2.7.2 方案设计 45
第3章 装配式隧道结构构造 51
3.1 建筑材料 51
3.1.1 钢筋混凝土 51
3.1.2 铸铁 52
3.1.3 钢 52
3.1.4 波纹钢 52
3.2 节段装配式 53
3.2.1 单元形式 53
3.2.2 拼接形式 54
3.3 分块装配式 56
3.3.1 单元形式 56
3.3.2 节点连接方式 59
3.4 叠合装配式 65
3.4.1 构件形式 65
3.4.2 构件连接方式 67
第4章 装配式隧道防水设计 69
4.1 主体结构防水 69
4.1.1 结构自防水 69
4.1.2 外包防水 71
4.2 接缝防水 74
4.2.1 接头面密封 74
4.2.2 螺栓孔防水 82
4.3 其他防水措施 83
4.3.1 内衬砌 83
4.3.2 回填注浆 84
第5章 装配式隧道建造关键技术 87
5.1 大尺寸框架涵结构分块预制拼装关键技术 87
5.1.1 结构力学缩尺模态试验 87
5.1.2 分块装配式结构受力及优化分析 106
5.1.3 快速拼装施工工艺与线形控制 115
5.2 波纹钢板-混凝土组合结构预制拼装关键技术 126
5.2.1 构件制作与试验 126
5.2.2 结构设计及施工工艺 149
5.2.3 结构受力与变形监测 157
5.3 盾构隧道内部结构预制拼装关键技术 163
5.3.1 设计方案比选 163
5.3.2 预制化结构设计 166
5.3.3 构件预制安装技术 174
5.4 大断面矩形顶管隧道结构预制拼装关键技术 182
5.4.1 工法与设备选型 182
5.4.2 管节设计与预制 183
5.4.3 始发与接收 198
5.5 沉管隧道管节预制拼装关键技术 200
5.5.1 管节接头设计 200
5.5.2 工厂化管节预制施工 210
5.5.3 管节沉放与安装 214
第6章 装配式隧道应用实践 217
6.1 厦门疏港路下穿仙岳路通道工程 217
6.1.1 工程概况 217
6.1.2 结构设计 218
6.1.3 施工工艺 222
6.1.4 技术总结 226
6.2 金华三渡溪隧道工程 226
6.2.1 工程概况 226
6.2.2 结构设计 227
6.2.3 施工工艺 233
6.2.4 技术总结 237
6.3 南京洪武路污水隧道工程 238
6.3.1 工程概况 238
6.3.2 结构设计 238
6.3.3 施工工艺 241
6.3.4 技术总结 243
6.4 南京建宁西路过江通道及江南连接线东延工程 244
6.4.1 工程概况 244
6.4.2 结构设计 246
6.4.3 施工工艺 249
6.4.4 技术总结 258
6.5 南京扬子江大道快速化改造综合管廊工程 259
6.5.1 工程概况 259
6.5.2 结构设计 259
6.5.3 施工工艺 265
6.5.4 技术总结 274
参考文献 275