淺談沉管法隧道接頭處理

摘要：本文論述的沉管法隧道接頭位置有：GINA帶、Ω帶、PC鋼拉索、剪切鍵、橡膠支座等部件，每套部件都非常關鍵，各自具有獨立的功能，接頭處理施工就是把這些部件安裝到各自的特定位置。GINA帶、Ω帶雙保險沉管接頭不漏水。在接頭的水平方向、垂直方向和軸線方向都以柔性處理，并承載著水平、垂直和軸線三個方向的力。

關鍵詞：Ω帶；PC拉索；剪切鍵；橡膠支座

1 概述

接頭設計和處理技術是沉管法隧道的關鍵技術之一。隧道的管段與管段、管段與暗埋段之間存在接頭，接頭的設計應能承受溫度變化、地震力以及其他作用。接頭形式有剛性和柔性兩大類：剛性接頭具有與其連接管段相似的斷面剛度和強度；柔性接頭允許在3個主軸方向上有相對位移，其結構型式有多種，理論上就抗震設計或適應不均勻的沉降的要求而言，采用柔性接頭是有利的，柔性連接必須在接頭承受拉力和剪力的同時，仍能保證其可靠的水密性。

柔性接頭的構造主要有鋼索型和鋼板型兩種，廣州珠江隧道采用Ω型鋼板作為縱向限位裝置，以使柔性接頭的軸向位移不超出GINA帶和Ω帶在保持水密性時的最大允許位移量。鋼索型僅對地震產生的軸向拉力起一個限位作用，其柔性比鋼板型好，廣州侖頭和大學城隧道、上海外環(huán)隧道等工程中為保證管段間接頭設計的技術可靠、性能優(yōu)良、經濟合理、滿足沉管隧道對接頭構造的特殊要求都采用了鋼拉索構造形式。

2 施工工藝

接頭處理施工是沉管隧道建設中一個關鍵性節(jié)點工程，采用嚴謹的技術方案是安全生產和工程質量的唯一保障。沉管接頭各部件位置見圖1

廣州侖頭隧道的管段與管段、管段與暗埋段之間采用柔性接頭形式，由GINA帶和Ω帶形成兩道止水防線，GINA帶同時又是實現管段水力壓接的關鍵部件；采用PC拉索限位裝置，其不僅能保證接頭的柔性，還能防止接頭在地震工況下發(fā)生過大的軸向變位；接頭蓋板上方設置水平剪切鍵以承受地震所引起的水平剪切力；中隔墻和外側墻上設置垂直剪切鍵以承受地震及管段不均勻沉降所引起的垂直剪切力，且在剪切鍵之間設置了橡膠支座以允許管段發(fā)生輕微的轉動和位移。

2.1 Ω橡膠止水帶安裝和試漏

Ω帶安裝前，沉管接頭止水靠GINA帶來完成，GINA帶是在沉管沉放對接前就安裝在管段鋼端殼上面，鋼端殼采用400 mm×500 mm的H型鋼與鋼面板焊接而成，作為安裝GINA帶和Ω帶的基礎。安裝前必須保證管段端鋼殼的面板不平整度<3 mm，每延米內不平整度<1 mm，垂直和水平誤差不允許超過3 mm。管段對接進行水壓接時靠GINA帶達到接頭止水。接頭處理施工首先安裝Ω帶，見圖2。

2.1.1 Ω帶安裝

首先測定接頭兩側端部鋼面板間距離D值，為管段對接后里程偏差；測定接頭兩側H型鋼錯位差，是管段對接后高程偏差和軸線偏差。將Ω帶運到現場取出平放展開，讓其自由恢復消除運輸、儲存造成的變形和內應力。

根據Ω帶上的位置標記，作出對應于管段上的記號，各中點及轉角位置標記為安裝控制點。工藝流程：頂中點 → 頂角位 → 側墻上角 → 側墻中點 → 側墻下角 → 底部角位 → 底中部 → Ω帶熱接 → 控制點間區(qū)域安裝。

2.1.2 Ω帶試漏

試漏以水為介質，試壓過程中專人觀察壓力表、操作高壓水泵、控制進排水截止閥；試驗壓力為設計工作壓力的1.5倍，穩(wěn)壓24小時且壓力降不大于0.02 MPa并無滲漏即可，反之找出原因處理后重新試漏。

2.2 PC鋼拉索連接安裝及防腐蝕處理

整根鋼拉索幾乎沒有抗彎剛度，如此便實現了鋼拉索只提供單一的受拉約束條件而不對管段接頭造成其它附加約束的功能要求，見圖3。

PC拉索負責接頭兩管段的軸向限位，防止地震災害帶來的破壞使管段在接頭位置脫開，主要由一對索和連接套筒組成，索的主體由12根φ15.24、抗拉強度fptk=1860MPa的高強度低松弛鋼絞線構成，索體的兩端為固定端錨環(huán)和P錨擠壓頭，兩側索體通過中間的一對定位套環(huán)（分左右旋）實現和連接套筒的連接。

2.2.1 PC拉索連接安裝

拆除接頭拉索組對應封板后整體拉出PC拉索，安裝連接套筒至轉動阻力有明顯增大時停止，確保定位套環(huán)兩端露出長度基本相等，安裝張拉千斤頂并開啟，鋼絞線調直后收緊連接套筒，張力50KN滿足設計要求。

2.2.2 PC拉索防腐蝕處理

外層保護套安裝后，在拉索空腔內注滿防銹油脂。

2.3 剪切鍵的制作及安裝

管段接頭剪切鍵按類型分水平剪切鍵和垂直剪切鍵。水平剪切鍵主要承受地震所引起的水平剪切力，橫跨兩條管段；垂直剪切鍵主要承受管段不均勻沉降及地震所產生的垂直剪切力，有鋼垂直剪切鍵和砼垂直剪切鍵之分，在接頭中隔墻設置砼剪切鍵，在接頭外側邊墻設置鋼剪切鍵。剪切鍵之間設置橡膠支座以允許管段發(fā)生輕微的轉動和位移，橡膠支座應盡可能的在管段沉降趨于穩(wěn)定后再安裝，以使剪切鍵中的初始鎖定載荷最小。各種剪切鍵位置分布見圖1。

2.3.1 砼水平剪切鍵制作

該鍵為鋼筋混凝土結構，設置在管段接頭蓋板上方，覆蓋寬度為5 100 mm，厚度為500 mm，以相鄰兩節(jié)管段接口為中心，兩側均勻分布。見圖1的A—A剖面可清楚看到水平剪切鍵俯視結構形狀成鋸齒形錯位。在寬度100 mm的間隙縫填充高密度低發(fā)泡聚乙烯板，安裝板式橡膠支座，其承載力不小于500 kN，規(guī)格為300 mm×200 mm×100 mm，一個接頭8個。

2.3.2 砼下垂直剪切鍵澆筑及連接件、橡膠支座安裝

管段中隔墻的砼上、中垂直剪切鍵作為管段臨時支承系統(tǒng)之一的鼻托，其在管段預制時一同澆注，即A端制作上剪切鍵并預埋下剪切鍵的接駁器，B端制作中剪切鍵。砼下剪切鍵在接頭處理時制作，見下剪切鍵澆筑完成，進行鋼連接件安裝，考慮到沉放誤差及相鄰管段基礎沉降不同等因素，連接件的制作應等待管段完全穩(wěn)定，實測上、中剪切鍵間距，扣除橡膠支座厚度后確定其高度再進行加工安裝。四氟板式（A1型）橡膠支座安裝，平面尺寸310 mm×650mm×100mm，橡膠支座承載力不應小于3500KN。

2.3.3 外側墻鋼垂直剪切鍵及橡膠支座安裝

鋼垂直剪切鍵安裝在管段的外側邊墻，管段預制時在邊墻上制作剪切鍵預埋件，管段A端制作上、下剪切鍵預埋件，管段B端制作中剪切鍵預埋件。接頭處理時再將剪切鍵構件配對安裝上去。

安裝布置見圖1B—B剖面：在剪切鍵安裝位置上方設置吊裝工具，單件重約963.12 kg，一側的3只鋼剪切鍵按自下而上順序吊裝，用扭力扳手將每個螺栓的預拉力加至45 kN，采用扭角法。安裝后焊鋼板。管段沉降穩(wěn)定安裝四氟板式（A2型）橡膠支座，尺寸220 mm×600 mm，橡膠支座承載力不應小于28 00 kN。

3 結束語

管段接頭是沉管隧道的心臟，各部件的施工須按照設計要求做到完美，并以穩(wěn)妥可靠的技術方案和高效率的設備來保證。在接頭處理施工中，針對各部件的性能不同、特性不同、作用不同，采用合理施工技術，抓住技術關鍵，精心管理，精心施工，使工程以高標準、低成本的一流施工水平取得成功。

參考文獻

[1] 起重吊裝技術手冊

[2] 機械設計手冊（軟件版）R2.0

[3] 鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范 GB 50205—2001

[4] 鋼筋焊接及驗收規(guī)程JGJ18-2003

[5] 混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范GB50204-2002