新型預(yù)應(yīng)力管道接頭連接件性能試驗(yàn)

張文森，劉榮崗，黃海斌

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

新型預(yù)應(yīng)力管道接頭連接件性能試驗(yàn)

張文森，劉榮崗，黃海斌*

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

沉管預(yù)制生產(chǎn)過程中由于各種原因，節(jié)段預(yù)應(yīng)力管道在匹配對(duì)接中可能產(chǎn)生一定的間隙、位移及錯(cuò)位，在連接處容易出現(xiàn)滲水漏漿。通過對(duì)接頭材料工藝的優(yōu)化并通過模擬試驗(yàn)驗(yàn)證，闡述節(jié)段接頭連接件在不同間隙情況下的密封性和連接件埋入混凝土后的無黏結(jié)性，能夠滿足沉管預(yù)應(yīng)力管道水密性等技術(shù)要求，為連接件在沉管預(yù)制中的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

預(yù)應(yīng)力管道；節(jié)段接頭；連接件；沉管；水密性

0 引言

沉管隧道的預(yù)制管節(jié)首先要滿足水密性要求，每個(gè)管節(jié)是由數(shù)個(gè)節(jié)段組成，通過縱向預(yù)應(yīng)力筋使各個(gè)節(jié)段連接為一個(gè)整體，管節(jié)節(jié)段接頭處預(yù)應(yīng)力管道連接件所采用的材料與連接工藝直接影響預(yù)應(yīng)力管道的水密性。本文根據(jù)工程實(shí)際情況對(duì)預(yù)應(yīng)力管道節(jié)段接頭的連接件材料進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。

1 工程簡(jiǎn)介

港珠澳大橋海底沉管隧道長5 664 m，分33個(gè)管節(jié)，其中標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長180 m，由8個(gè)長度為22.5 m的節(jié)段組成。沉管預(yù)制采用工廠法匹配澆筑施工，每次1個(gè)節(jié)段澆筑完成后，通過節(jié)段接頭連接件將管節(jié)上預(yù)埋的60個(gè)預(yù)應(yīng)力管道進(jìn)行匹配連接，在確保每個(gè)預(yù)應(yīng)力管道接縫處緊貼平順后，再進(jìn)行混凝土澆筑。8個(gè)節(jié)段預(yù)制完成后將管節(jié)頂推到淺塢區(qū)，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋穿束張拉及壓漿工作，使8個(gè)節(jié)段連接成為一個(gè)管節(jié)，最后經(jīng)過壓水試驗(yàn)觀察節(jié)段接頭水密性質(zhì)量[1]。管節(jié)節(jié)段接頭連接示意圖見圖1。

圖1 管節(jié)節(jié)段接頭連接示意圖Fig.1 Pipe segment jointconnection diagram

2 預(yù)應(yīng)力管道節(jié)段接頭施工質(zhì)量要求

1）每個(gè)節(jié)段有60個(gè)預(yù)應(yīng)力管道需要對(duì)接，一個(gè)管節(jié)需要匹配對(duì)接420次，如預(yù)應(yīng)力管道節(jié)段接頭連接件在安裝過程中管控不嚴(yán)，實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置存在一定偏差，當(dāng)偏差超限時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致前后節(jié)段管道匹配存在過大的角度和錯(cuò)位，出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力管道不順直，直接影響預(yù)應(yīng)力筋的穿束。

2）如果已澆筑的管節(jié)端面混凝土不平整，部分預(yù)應(yīng)力管道存在內(nèi)陷，在預(yù)應(yīng)力管道對(duì)接過程中，連接件的密封圈和卡環(huán)容易發(fā)生擠壓變形或者破壞，造成前后節(jié)段對(duì)接后連接件與預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)存在一定縫隙，影響預(yù)應(yīng)力管道結(jié)構(gòu)水密性。

3）沉管在預(yù)制完成后的頂推過程中，由于頂推千斤頂存在不同步和各軌道之間高程有差異，容易引起節(jié)段接縫處出現(xiàn)不同程度的拉開或錯(cuò)位，需要節(jié)段接頭處波紋管本身能與混凝土之間有一定的無黏結(jié)性來縮小前后節(jié)段波紋管接頭之間的縫隙距離，以保障整個(gè)預(yù)應(yīng)力管道的密封性。

4）預(yù)應(yīng)力管道節(jié)段接頭連接的質(zhì)量直接影響預(yù)應(yīng)力管道真空輔助壓漿施工質(zhì)量，如果接頭不密封，預(yù)應(yīng)力管道抽真空就達(dá)不到要求，同時(shí)也容易出現(xiàn)接頭處漏漿，造成預(yù)應(yīng)力管道壓漿不飽滿，在后期進(jìn)行壓水試驗(yàn)中就會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，將直接影響整個(gè)沉管結(jié)構(gòu)的水密性功能。

3 節(jié)段接頭波紋管連接件技術(shù)要求

為克服施工中節(jié)段接頭連接件存在的一些問題，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力管道在節(jié)段接頭兩側(cè)各3 m長的波紋管接頭連接件與混凝土之間需無黏結(jié)作用。為確保預(yù)應(yīng)力筋的順利穿束、節(jié)段管道之間的水密性以及防止深海環(huán)境下預(yù)應(yīng)力筋遭受侵蝕，節(jié)段接頭處預(yù)應(yīng)力波紋管匹配施工時(shí)必須保證接頭的連續(xù)性和密封性。為此，采用由VSL國際有限公司設(shè)計(jì)的節(jié)段接頭連接件（三件套）[2]，其由2個(gè)3 m長的外壁套管、設(shè)有密封O形圈的內(nèi)接管三部分組成，如圖2。

圖2 節(jié)段接頭波紋管連接件示意圖Fig.2 Segment joint corrugated pipe fittings

預(yù)應(yīng)力管道節(jié)段接頭連接件是特殊定制產(chǎn)品，需滿足以下技術(shù)要求[3]：

1）外管外表光滑，與混凝土的握裹力應(yīng)盡量小，以滿足無黏結(jié)要求，在節(jié)段接頭張開量<6 mm前提下，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量≤195 MPa。

2）應(yīng)選用耐久性材料，在工作環(huán)境下設(shè)計(jì)使用壽命不小于120 a。外管環(huán)向剛度、抗沖擊性、抗局部橫向荷載及外管不圓度不低于JT/T 529—2004《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管》的要求，并且保證混凝土澆筑過程中少變形，前后匹配對(duì)接存在3°轉(zhuǎn)角時(shí)需滿足內(nèi)管穿管要求。

3） 對(duì)于內(nèi)、外管應(yīng)使用原始粒狀原料，嚴(yán)禁使用粉狀和再造粒狀顆粒原料；內(nèi)、外管間隙充填可壓縮材料，使正常情況下節(jié)段接頭處能適應(yīng)不小于4mm的剪切變形。

4）內(nèi)、外管接口處錯(cuò)臺(tái)應(yīng)不影響鋼絞線穿束，連接配合應(yīng)滿足0.6MPa的水密性要求。

4 模擬試驗(yàn)驗(yàn)證

為了確定節(jié)段接頭連接件是否滿足設(shè)計(jì)要求，為施工提供技術(shù)支持，重點(diǎn)對(duì)節(jié)段接頭連接件的水密性和無黏結(jié)性兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。

4.1 水密性試驗(yàn)

驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力管道連接件接縫間隙從4 mm到極限最大間隙16mm時(shí)的密封性。

將接頭管1和接頭管2分別預(yù)埋在2個(gè)混凝土墩塊中，接頭管內(nèi)安裝有內(nèi)接管（圖3），完全模擬管節(jié)預(yù)應(yīng)力管道接頭部位，并使用密封蓋帽將接頭管1和接頭管2兩端密封，在澆筑的混凝土墩塊中形成管道內(nèi)部的密封環(huán)境。

圖3 水密性試驗(yàn)的連接件樣品Fig.3 W ater tightness testof p ipe fitting joint sam p les

給試驗(yàn)連接件內(nèi)部施加0.6 MPa水壓，通過檢測(cè)兩件混凝土墩塊接縫處是否漏水，驗(yàn)證接縫連接件的水密性。同時(shí)，試驗(yàn)?zāi)M管節(jié)接縫位置從完全貼緊狀態(tài)，至逐漸拉開不同距離間隙的工況下連接件的密封性。按照設(shè)計(jì)要求，間隙從4 mm逐漸加大到設(shè)計(jì)理論最大值6～8mm，并繼續(xù)逐漸加大至極限16 mm（圖4）。

圖4 水密性試驗(yàn)的2組混凝土試塊Fig.4 Two groupsof concrete specimensofwater tightness test

試驗(yàn)塊1使用不纏繞遇水膨脹密封帶的內(nèi)接管，僅使用經(jīng)過老化試驗(yàn)后的O形密封圈。試驗(yàn)塊2使用纏繞遇水膨脹密封帶的內(nèi)接管，同時(shí)使用經(jīng)過老化試驗(yàn)后的O形密封圈，與試驗(yàn)塊1進(jìn)行對(duì)比。

試驗(yàn)結(jié)果：在間隙分別為4 mm、6 mm、8 mm、10mm、12 mm、14 mm、16 mm的情況下，觀察接縫處在1 min、10 min、30 min、1 h的滲水情況，未見漏水。

為進(jìn)一步驗(yàn)證連接件在施工或使用過程中可能發(fā)生的橫向或縱向位移所帶來的影響，在完成最后極限間隙16 mm水密性試驗(yàn)后，將1個(gè)混凝土墩塊整體墊高4 mm，然后在0.6 MPa的水壓下保壓試驗(yàn)24 h，觀察連接件接縫處也未見漏水。

4.2 無黏結(jié)性試驗(yàn)

將連接器接頭管1和接頭管2分別預(yù)埋在2個(gè)混凝土墩臺(tái)內(nèi)，并通過張拉千斤頂和張拉錨具對(duì)安裝在接頭管內(nèi)的鋼絞線（已壓漿）進(jìn)行拉拔作用，鋼絞線的拉拔力通過管內(nèi)的握裹漿體傳遞給接頭管1和接頭管2（圖5）。由于聚丙烯接頭管光滑外壁與混凝土的無黏結(jié)作用，當(dāng)接頭管1和接頭管2受到一定拉拔力后，即與混凝土接觸面產(chǎn)生位移。

圖5 無黏結(jié)性試驗(yàn)的2組混凝土試件Fig.5 Two groupsof concrete specimen of unbonded test

為了試驗(yàn)不同潤滑條件下的拉拔力，進(jìn)行2組試驗(yàn)：試件1為接頭管1表面涂抹低黏度潤滑油，試件2為接頭管2表面涂抹低黏度潤滑油。

試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)千斤頂加壓到3 MPa時(shí)，試件1的連接件與混凝土接觸面發(fā)生了0.05 mm的位移，繼續(xù)加壓到5MPa時(shí)，位移為5mm。試件2加壓到2 MPa時(shí)，位移為0.01 mm，加壓到3 MPa時(shí)，位移為0.08mm，繼續(xù)加壓到5 MPa時(shí)，位移為5mm。

5 結(jié)語

港珠澳大橋沉管采用節(jié)段匹配預(yù)制，節(jié)段與節(jié)段之間的預(yù)應(yīng)力管道連接施工難免給預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)防水帶來一定風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)應(yīng)力管道接頭的施工質(zhì)量關(guān)系到后續(xù)壓漿施工。本次預(yù)應(yīng)力管道連接件水密性、黏結(jié)性試驗(yàn)結(jié)果證明了連接件在高水壓作用下的水密性，并且與混凝土本體無黏結(jié)，試驗(yàn)的成功為后續(xù)沉管預(yù)應(yīng)力施工提供了有力的技術(shù)支持。

[1]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設(shè)計(jì)：管節(jié)接頭、節(jié)段接頭施工圖[R].2012. CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel projectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:construction drawing of socket joint and segment joint[R]. 2012.

[2]VSL香港公司.VSL專利節(jié)段接縫連接器水密性試驗(yàn)和無黏結(jié)拉拔試驗(yàn)方案[R].2013. VSL Hongkong Ltd.VSL proprietary segment joint coupler water seal testand unbounded behaviour pull-out testscheme[R].2013.

[3]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.港珠澳大橋島隧工程沉管隧道節(jié)段接頭波紋管連接件技術(shù)要求[R].2013. CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Technical requirements of immersed tube tunnel segment joint corrugated pipe fittings of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island&tunnelproject[R].2013.

Perform ance test of new prestressed pipe joint connector

ZHANGWen-sen,LIURong-gang,HUANGHai-bin*
（No.2 Eng.Co.,Ltd.of CCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510300,China）

Because of various reasons during the prefabrication of immersed tubes,there would be some gaps,displacement and dislocation between segmentalprestressed pipesduring docking process,therefore,it'svery easy to have leakage and water seepage situation at the junctions.Through optimization of jointmaterial technique and simulation tests verification,the section joint connectors＇sealabilities in differentgaps and its non-adhensiveness after embedded in concrete canmeet the technical requirementsof immersed tube tunnel prestressed duct,and provide technical support for jointsused for immersed tube tunnel. Keywords：prestressed pipe;section joint;connector;immersed tube;water tightness

U459.5；TU394

A

2095-7874（2015）11-0039-03

10.7640/zggw js201511011

2015-10-19

張文森（1983— ），男，福建三明市人，工程師，土工工程專業(yè)。*通訊作者：黃海斌，E-mail：404192082@qq.com