沉管隧道接頭預(yù)埋件施工關(guān)鍵技術(shù)

葉桂瑩， 程曉明， 陳 嵐

(1.佛山市新城開發(fā)建設(shè)有限公司，廣東佛山528316； 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

沉管隧道接頭預(yù)埋件施工關(guān)鍵技術(shù)

葉桂瑩1， 程曉明1， 陳 嵐2

(1.佛山市新城開發(fā)建設(shè)有限公司，廣東佛山528316； 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

沉管隧道在施工過(guò)程中，管段的連接是關(guān)鍵工序之一，而管段接合構(gòu)造復(fù)雜、體量大，為保證連接質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制接頭預(yù)埋件施工質(zhì)量。文章以佛山市汾江路南延線公鐵合建沉管隧道施工為例，介紹了接頭預(yù)埋件的種類和設(shè)計(jì)施工原則，闡述了幾種大型接頭預(yù)埋件制作安裝施工技術(shù)。旨在通過(guò)把控時(shí)機(jī)、選擇工藝和檢驗(yàn)措施等方面保障管段接頭的質(zhì)量和安全。

沉管隧道； 管節(jié)接頭； 預(yù)埋件

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸也在大發(fā)展，建設(shè)跨江跨海的交通紐帶顯得尤為迫切。水下隧道因埋深淺，接線短，建造時(shí)具有占地少、干擾小等優(yōu)點(diǎn)成為連接兩岸的主要形式之一，越來(lái)越受到工程界的青睞?？紤]到水下施工環(huán)境條件，宜選擇接縫少，斷面利用率高的沉管法施工，據(jù)此，沉管預(yù)制管段的精度和防水都是施工控制的重中之重。而預(yù)埋件作為輔助沉管連接結(jié)構(gòu)受力、安裝和止水[1]的構(gòu)件，其制作安裝施工技術(shù)都需要嚴(yán)格控制。

1 工程概況

佛山市汾江路南延線沉管隧道項(xiàng)目是由4段預(yù)制管節(jié)接合而成，編號(hào)為E1(115 m)、E2(115 m)、E3(105 m)和E4(110 m)，其中E4被分為E4-1(4 m)和E4-2(106 m)兩段，全長(zhǎng)為445 m。E3和E4-1在干塢內(nèi)拉合整體沉放，其余管段在干塢內(nèi)預(yù)制完成后分段沉放連接。沉管包括公路地鐵兩部分。公路段為三孔三跨箱型斷面，中間設(shè)電纜廊道；地鐵標(biāo)準(zhǔn)段為兩孔兩跨箱型斷面，是典型的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)[2]。管段標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸見圖1。預(yù)制管節(jié)混凝土約60 000 m3，鋼筋約14 500 t，其余用于接頭結(jié)構(gòu)和施工輔助的鋼結(jié)構(gòu)約3 500 t。

2 接頭預(yù)埋件

2.1 接頭預(yù)埋件分類

本工程根據(jù)沉管接頭預(yù)埋件的功能主要分為四大類[1]：結(jié)構(gòu)壓接(端鋼殼、端封門、垂直水平剪切鍵)、接頭防水(GINA止水帶、預(yù)埋鋼板)、適應(yīng)變形(OMEGA止水帶)、安裝輔助(定位梁預(yù)埋件、拉合裝置預(yù)埋件、導(dǎo)向桿預(yù)埋件等)。

2.2 接頭設(shè)計(jì)原則

管段連接質(zhì)量直接關(guān)系到沉管隧道的成敗，接頭設(shè)計(jì)、布置選型應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面[3]：

(1)模擬施工條件，根據(jù)沉管管段內(nèi)力、變形量計(jì)算結(jié)果，綜合考慮溫度應(yīng)力、抗震設(shè)防要求以及施工難易程度，選擇合適的接頭形式。

(2)可靠的水密性是接頭連接的安全保障，止水帶的選型便是接頭防水工作的首要問(wèn)題。根據(jù)接頭所在位置的水位壓力和止水帶壓縮量，選擇滿足要求的型號(hào)。除了在正確的位置設(shè)置足量且合適的止水帶外，還應(yīng)考慮其他部位滲漏的可能，并制定相應(yīng)的防水方案。

(3)在滿足強(qiáng)度、變形的條件下，接頭的類型、構(gòu)件的品種、部件的類別宜少，設(shè)計(jì)宜簡(jiǎn)，各部件作用明確，做到各司其職。

(4)接頭應(yīng)盡量分散布置，避開受力較大的關(guān)鍵部位，減輕應(yīng)力集中的不良影響。接頭除了滿足構(gòu)造要求之外，還需保證適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度。

(5)為各部件營(yíng)造良好的施工條件是保證施工質(zhì)量的前提，留置足夠的施工空間；為隨時(shí)監(jiān)測(cè)隧道運(yùn)營(yíng)情況和發(fā)生災(zāi)害時(shí)及時(shí)檢修，預(yù)留正確和足夠的工作空間，在設(shè)計(jì)尺寸時(shí)均應(yīng)該納入考慮。

(6)通過(guò)接頭部件的正確選型和施工工藝的合理選擇，控制接頭造價(jià)。

3 大型預(yù)埋件安裝

3.1 端鋼殼

端鋼殼位于沉管兩端，用于安裝接合沉管的止水帶，以承受管段接合時(shí)止水帶壓縮帶來(lái)的巨大水壓。為保證管段接頭的完全水密性以及保留沉放后坡度變化的彈性，對(duì)端鋼殼的精密制作和精確安裝都提出了較高的要求[4]，其構(gòu)造如圖2所示。

根據(jù)圖紙構(gòu)件的形狀尺寸，在考慮構(gòu)件加工制作的誤差時(shí)，也要考慮到由于施工方式和裝配需要帶來(lái)的變形損失，通過(guò)精確計(jì)算后再進(jìn)行放樣，放樣時(shí)做到最大限度使用原材料，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行切割；對(duì)切割完成之后的端鋼殼采用分段焊接的方法，焊接過(guò)程中，先梁板后鋼筋，通過(guò)調(diào)整施焊的程序，控制工件的變形。應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1)端鋼殼在安裝前，通過(guò)支承拱架和半成品上的控制線確定構(gòu)件位置，按照基準(zhǔn)線固定各構(gòu)件，必要時(shí)設(shè)置臨時(shí)支撐。

(2)安裝時(shí)通過(guò)設(shè)置楔塊和調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行微調(diào)，復(fù)查各控制參數(shù)，使誤差控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，對(duì)頂螺栓加緊后，使用間斷跳焊的方式施焊連接。

(3)在初步調(diào)坡之后，對(duì)端鋼殼進(jìn)行灌漿施工，灌漿過(guò)程中監(jiān)控混凝土灌注量，保證其密實(shí)度。

(4)待混凝土澆筑完成，通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓精確調(diào)坡，在混凝土變形穩(wěn)定后，安裝端鋼殼面板，安裝時(shí)保證面板的橫向、豎向垂直度均小于3 mm。

(5)在管段安裝完成后，對(duì)其進(jìn)行全面量測(cè)，確保加工精度和安裝精度在每延米0.5 mm以內(nèi)，整體的不平度小于3 mm。

(6)確保安裝精后，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行徹底清理，及時(shí)對(duì)管段進(jìn)行防銹、防腐處理。

3.2 端封門

端封門作為密封管段的臨時(shí)結(jié)構(gòu)[5]，它包含鋼面板、H型鋼立柱、鋼牛腿、枕梁等傳力構(gòu)件和止水鋼板、預(yù)埋鋼板等水密構(gòu)造(圖3)。所示端封門復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和重要的功能，都說(shuō)明其施工的復(fù)雜性及檢驗(yàn)的重要性。

面板吊裝時(shí)采取有效的固定措施防止發(fā)生不可恢復(fù)的翹曲變形，焊接時(shí)采用分段對(duì)接焊的方法，精準(zhǔn)控制構(gòu)件的位置和選擇恰當(dāng)?shù)暮附庸に?，把控變形和誤差。安裝完成后需進(jìn)行焊接強(qiáng)度和水密性檢測(cè)：保證焊縫強(qiáng)度不低于面板強(qiáng)度，滿足3.0 kg/m2的水密性要求。

3.3 剪切鍵預(yù)埋件

剪切鍵作為接頭的重要部件，幾乎承擔(dān)全部剪力，限制相鄰管段的相互錯(cuò)動(dòng)，施工中被用作對(duì)接支撐點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)中作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件承擔(dān)各種荷載組合。剪切鍵能夠保障接頭的水密性，同時(shí)防止止水帶因承受剪力產(chǎn)生過(guò)大的變形，其細(xì)部構(gòu)造如圖4所示。一般分為水平和垂直兩種剪切鍵[6]：水平剪切鍵通常設(shè)置于端頭頂部和底部，主要承受水平地震力，限制由地震作用產(chǎn)生的水平位移；垂直剪切鍵通常設(shè)置于邊墻和隔墻上，主要承受豎向剪切力，限制由地震作用和管段沉降產(chǎn)生的豎向位移。仔細(xì)復(fù)查剪切鍵的尺寸，對(duì)其進(jìn)行防腐防銹處理，施工時(shí)避免擾動(dòng)以防止振搗混凝土產(chǎn)生的沖擊；在與管段鋼筋沖突時(shí)，適當(dāng)移動(dòng)鋼筋。混凝土初凝前應(yīng)復(fù)核預(yù)埋位置，如出現(xiàn)偏差，需進(jìn)行調(diào)整。

3.4 止水帶

3.4.1 GINA止水帶

GINA止水帶是保障管段接頭密封、安全、防水重要構(gòu)件，是接頭止水的第一道防線，類似于壓縮彈簧，通過(guò)壓縮變形達(dá)到水力壓接的效果。

因其需安裝至管節(jié)兩端面，需對(duì)安裝面進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理。一端面安制固定結(jié)構(gòu)，采用螺栓壓板夾緊翼緣的方式，并設(shè)置緩沖擋塊，另一端面安制承壓結(jié)構(gòu)[6](圖5)。

在止水帶分塊運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)接駁完成后，在安裝前需進(jìn)行壓縮和水密試驗(yàn)，確保檢驗(yàn)質(zhì)量后，安裝于管段主體，其安裝流程為：

(1)準(zhǔn)備工作包括腳手架鋪設(shè)、吊具準(zhǔn)備，采用吊機(jī)配合吊梁的方式起吊止水帶，并通過(guò)人手操作調(diào)整位置，避免出現(xiàn)拖拉現(xiàn)象。

(2)為保證止水帶的順利安裝，需對(duì)接口處的壓塊、抗剪塊及鋼面板進(jìn)行試裝，確認(rèn)尺寸無(wú)誤后，編號(hào)拆下。

(3)起吊止水帶滑進(jìn)設(shè)定的臨時(shí)定位銷，檢查準(zhǔn)確無(wú)誤后，拆除保護(hù)木塊和麻繩，使止水帶滑入接口。

(4)GINA帶就位后，將拆下的壓塊逐件裝回，豎邊由下往上，橫邊由中點(diǎn)、折角開始向中間對(duì)稱上緊螺栓。

(5)為避免浮運(yùn)時(shí)造成止水帶損傷，需安裝GINA帶保護(hù)罩。保護(hù)罩使用現(xiàn)場(chǎng)配裝的方式，除銹上紅丹二度后方可安裝。

3.4.2 OMEGA止水帶

OMEGA帶由高強(qiáng)度合金鋼彎制而成，通過(guò)錨固螺栓安裝在端鋼殼上連接相鄰兩管段，它主要承受管段變形應(yīng)力，作為保證接頭防水的第二道防線，也兼具保護(hù)GINA帶的作用。

確保鋼端殼的制作和預(yù)埋質(zhì)量是保證OMEGA帶水密效果的前提，在對(duì)止水帶和壓板進(jìn)行全面檢查和清理后，通過(guò)預(yù)設(shè)的吊裝設(shè)備將止水帶運(yùn)至接頭處開始安裝作業(yè)[7]：頂部安裝時(shí)，從轉(zhuǎn)角部分開始，以二分法的順序安裝：轉(zhuǎn)角、1/2、1/4、1/8、1/16(圖6)。

豎邊按同樣的方法從上往下安裝OMEGA止水帶。OMEGA帶材質(zhì)具有較大的彈性，螺栓采用電動(dòng)扳手初擰、液壓扳手終擰的施擰方法。為保證止水帶的耐久性，需對(duì)其采用硫化處理，硫化后需對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。在安裝完成后，需進(jìn)行整體水密試驗(yàn)，做到無(wú)滲漏、無(wú)可見異常變形、無(wú)異常響聲即為檢驗(yàn)合格。

4 安裝精度控制

接頭預(yù)埋件體量大、類型多，為保證管段的連接質(zhì)量，在安裝過(guò)程中把握時(shí)機(jī)，輔以可靠的設(shè)備，采用先進(jìn)的施工技術(shù)，有效地控制安裝精度和質(zhì)量：

(1)明確安裝流程，在綁扎鋼筋時(shí)在預(yù)埋件安裝部位預(yù)留足夠的施工位置和工作空間。當(dāng)預(yù)埋件與鋼筋沖突時(shí)，微調(diào)鋼筋保證預(yù)埋件安裝精度。

(2)通過(guò)測(cè)量定位架對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行安裝定位，定位架上標(biāo)明控制中心線和高程。根據(jù)預(yù)埋件大小和安裝位置設(shè)計(jì)固定架，固定架桿件可利用主體結(jié)構(gòu)作為支撐點(diǎn)，通過(guò)微調(diào)螺栓控制偏差。

(3)根據(jù)預(yù)埋件的使用要求和工作性能，選擇恰當(dāng)?shù)暮附庸に?。通過(guò)選定適當(dāng)?shù)暮笚l和焊劑型號(hào)和焊縫形式，保證預(yù)埋件焊接質(zhì)量。

(4)復(fù)檢是預(yù)埋件施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，復(fù)核預(yù)埋件的規(guī)格型號(hào)、位置高程，通過(guò)水密試驗(yàn)檢驗(yàn)安裝質(zhì)量，確保預(yù)埋件達(dá)到使用要求。

(5)重視預(yù)埋件的保護(hù)工作，進(jìn)行涂料防腐防銹處理，并按需要為預(yù)埋件作上標(biāo)識(shí)。

5 結(jié)論

佛山市汾江路南延線隧道工程沉管管節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)一次性預(yù)制完成，有效避免了管段接頭預(yù)埋件的運(yùn)輸損失，通過(guò)不斷優(yōu)化施工技術(shù)方案和質(zhì)量檢驗(yàn)體系，保證了接頭預(yù)埋件的安裝質(zhì)量和工作效能，為沉管隧道工程的順利完工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 李凱凱,李譽(yù)文,馮偉. 預(yù)制沉管大型預(yù)埋件精確安裝技術(shù)[J]. 中國(guó)港灣建設(shè),2015(11):98-101.

[2] 周華貴,邢永輝,王麗. 淺談佛山市汾江路南延線工程沉管隧道特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù),2012(5):85-90.

[3] 唐英,管敏鑫,萬(wàn)曉燕. 沉管隧道接頭的理論分析及研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué),2002(1):69-74.

[4] 周仲賀. 沉管隧道管段預(yù)制施工技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù),2008(S1):427-430.

[5] 陳正杰. 港珠澳大橋沉管隧道端封門鋼梁牛腿預(yù)埋件承載試驗(yàn)研究[J]. 地下工程與隧道,2014(3):1-3.

[6] 陳韶章.沉管隧道設(shè)計(jì)與施工[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[7] 周建民,唐永波,魏杰. 管節(jié)接頭OMEGA止水帶安裝工藝[J]. 中國(guó)港灣建設(shè),2016(7):105-107.

葉桂瑩(1978～)，男，本科，現(xiàn)從事道路與橋梁施工技術(shù)管理工作。

U459.5

B

[定稿日期]2017-04-20