港珠澳大橋沉管隧道基礎(chǔ)注漿施工技術(shù)

王殿文

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

沉管管節(jié)間不均勻沉降是沉管隧道運營維護的一大難題，對其基礎(chǔ)處理的方法也很多，大致可分為刮鋪法、樁基法、灌囊法和注漿法。為達到施工效果，在施工時，根據(jù)現(xiàn)場施工條件及需要選擇最適合的處理方法[1-2]。

1 工程概況

港珠澳大橋沉管隧道具有工程規(guī)模大、外海作業(yè)環(huán)境復雜、技術(shù)難點多、施工工期緊、環(huán)保要求嚴、安全風險高等特點，綜合施工難度居于當前該領(lǐng)域世界前列。沉管段總長5 664 m，采用節(jié)段式半剛性管節(jié)結(jié)構(gòu)，共33節(jié)，其中曲線段管節(jié)5節(jié)，曲率半徑5 500 m，標準管節(jié)長180 m，由8節(jié)長22.5 m、寬37.95 m、高11.4 m的管段組成，重約7.4萬t，最大沉放水深44 m，是目前世界上綜合難度最大的沉管隧道之一。

在原有基礎(chǔ)開挖基槽并清淤后，管節(jié)基礎(chǔ)采用碎石墊層的形式進行鋪設(shè)。在地質(zhì)條件較差段，管節(jié)安裝完成后相鄰管節(jié)出現(xiàn)不均勻沉降的風險高，在已安管節(jié)的對接處采用基礎(chǔ)注漿的形式防止管節(jié)基礎(chǔ)的不均勻沉降。本文以港珠澳E31與E32管節(jié)為例，對接端安裝水深為20.2 m，其注漿管橫向布置見圖1。

圖1 注漿管布置截面圖Fig.1 Sectional drawing of grouting pipe arrangement

2 沉管隧道基礎(chǔ)注漿施工

2.1 施工難點

1）準備工作及潛水作業(yè)量大，施工周期極短，距離安裝僅有2～3 d時間，施工組織協(xié)調(diào)難度大。

2）水下連接注漿管施工難度大。

3）氣囊連接氣管的快速接頭存在漏氣風險，一旦鎖定回填后無法進行更換。

4）注漿管出漿口連接單向閥，存在卡死或反裝風險，無法進行水下更換。

5）海上注漿施工組織難度極大，連續(xù)性不強，可能造成注漿管堵塞。

6）船上連接注漿管至接頭底部，距離長，受海上波浪及流速影響，可能發(fā)生注漿管路折斷或漏漿風險。

7）接頭底部注漿管采用鋼框架連接，受外界因素影響，可能發(fā)生框架翻轉(zhuǎn)，影響沉管對接。

8）接頭底部連接彎管，若距離管節(jié)過近，可能發(fā)生影響沉管安裝的風險。

2.2 沉管隧道基礎(chǔ)注漿施工工藝流程

注漿施工工藝流程如圖2所示。

圖2 注漿施工工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of grouting construction

2.3 前期施工準備

注漿的前期施工準備階段包括：氣囊與土工布布設(shè)、注漿管架的制作與安放、監(jiān)測儀器埋設(shè)。

2.3.1 布設(shè)土工布及氣囊

在兩管節(jié)碎石基床對接處向兩側(cè)第5和第6條壟頂及壟溝內(nèi)布設(shè)2層土工布，土工布為400 g/m2，采用鐵鏈或碎石等重物進行固定，兩側(cè)邊坡的土工布采用袋裝碎石覆蓋，并在土工布覆蓋的壟溝內(nèi)布設(shè)氣囊，單個氣囊長度23 m，未充氣前寬度40 cm，充氣后直徑25 cm，整個壟溝內(nèi)采用2個氣囊相互搭接，搭接長度約3 m，兩端氣囊與碎石壟端基本一致。提前對氣囊進行打壓測試，試驗壓力0.24 MPa。

氣囊布設(shè)前對壟溝內(nèi)的碎石進行整理，處理后壟溝深度約15 cm，保證氣囊充氣后與沉管底形成較好的封堵性，碎石壟為S形布置，需要潛水員將一側(cè)的碎石攤開，將氣囊接口露出，綁扎做好標記，布置位置如圖3所示。

圖3 氣囊、土工布布置圖Fig.3 Layout of air bag and geotextile

2.3.2 底部注漿管架制作與布置

1）管架制作

最終接頭管節(jié)安裝前，提前在E31/E32管節(jié)尾端底部布設(shè)注漿管，采用并列布置方式，一用一備，注漿采用泵送工藝。單根水平注漿管長為18 m，管徑為125 mm，壁厚為8 mm；注漿管路固定于鋼框架內(nèi)，單套長度為18 m，每套鋼框架內(nèi)并列固定2根注漿管，便于水下安裝。共制作4套鋼框架。

單套鋼架內(nèi)的泵管采用一用一備的方式進行接頭注漿，在南北側(cè)泵管的管壁上編號如圖4所示。注漿時南北側(cè)輸送漿液的泵管相互錯開，確保漿液流動密實充分。

圖4 底部注漿管平面布置圖Fig.4 Bottom grouting pipe layout plan

泵送漿管開孔兩處，間距6 m，中間端頭敞開，經(jīng)氣球試驗驗證，每處開孔3個，3個孔口尺寸為10 cm×3 cm，同截面上三等分布。

鋼框架采用矩形結(jié)構(gòu)，外側(cè)框架采用8號槽鋼，采用5號角鋼連接加固。2根泵送漿管水平并列焊接框架內(nèi)，位于沉管外側(cè)的彎管連接一段直管，高度不超過1 m，采用法蘭便于水下連接，注漿管架結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。

圖5 鋼框架與注漿管結(jié)構(gòu)圖（m）Fig.5 Structure diagram of steel frame and grouting pipe(m)

2）監(jiān)測儀器安裝與管架下放

監(jiān)測儀器主要為壓力計，測量基礎(chǔ)注漿時各點的壓力變化情況，布置位置為對接空腔內(nèi)及兩側(cè)壟溝內(nèi)均勻布置壓力計。

鋼框架在吊裝下放的過程中，在鋼框架入水后吊點與兩節(jié)沉管頂端鋼端殼的水平距離保持在2～2.2 m之間，在鋼框架底部下放到沉管底部的高程時停止下放，潛水員入水下潛到最終接頭邊緣壟的壟頂鋼框架旁，到達指定位置后，潛水員向兩側(cè)沉管方向推鋼框架，鋼框架同時下放，直至到鋼框架與碎石壟底接觸為止。下放到位后檢查鋼框架的安裝情況。

2.4 管節(jié)安裝后準備工作

2.4.1 連接氣管及監(jiān)測線

管節(jié)安裝后，水下采用快速接頭將氣管與氣囊連接至管頂合適位置，綁扎固定，用空壓機充氣。壓力計監(jiān)測線纜同步綁扎至管頂，并標記好其位置。

2.4.2 連接注漿管

豎向注漿管采用長度為12 m+11 m厚度為10 mm的無縫鋼管組合連接的形式。

連接第一節(jié)豎向注漿管，長度12 m，高出沉管管頂約60 cm，與沉管管節(jié)的系船柱呈八字軟連接。由于豎向管節(jié)連接采用潛水船吊裝潛水員水下連接法蘭盤的方式，考慮到受到波浪的影響，采用1 m長的特制螺栓連接法蘭。第一節(jié)豎向管節(jié)連接完成后，為方便其余管節(jié)連接，潛水水下測量注漿管頂端東西方向偏離對接縫的距離。

連接第二節(jié)豎向注漿管，長度11 m，高出水面約2 m，采用整平船克令吊吊裝底端與第一節(jié)注漿管法蘭連接的形式。

2.4.3 氣囊充氣、拋石覆蓋

首先進行氣囊充氣，使氣囊與沉管管底緊密接觸來阻隔注漿時混凝土漿，再用袋裝碎石對沉管邊緣進行覆蓋，使接頭壟溝形成密閉空腔。沉管兩側(cè)采用土工布覆蓋和袋裝碎石固定。

2.4.4 鎖定回填

在第一節(jié)豎向注漿管安裝完成之后，對兩側(cè)管節(jié)進行鎖定回填，在對接縫處采用逐漸接近的方式進行回填，避免注漿管受到擠壓而傾斜。在回填高度到達4 m、6 m時，潛水水下各檢查一次，檢查內(nèi)容為注漿管的傾斜度與系船柱連接是否損壞。

2.4.5 最終管路連接

為了減小受海上波浪及流速影響可能發(fā)生的注漿管路折斷或漏漿風險，采用整平船進行注漿管線路固定。船舶到位后，注漿管的頂端焊接在整平船的底層甲板上，并在底層布設(shè)注漿管與注漿泵連接。

2.5 注漿施工

2.5.1 漿液要求

在基床碎石的縫隙內(nèi)，需保持高流動性性能的砂漿。同時要求漿液水中不離析，漿液主要由水泥、水、砂、粉煤灰、膨潤土按照一定的比例拌合而成，并通過工藝試驗確定其最終配比[3-5]。

2.5.2 注漿壓力

注漿管出漿口位于水下21 m，水頭壓力為0.21 MPa，在注漿的過程中，攪拌船的注漿泵排量在25 m3/h，因漿液所受阻力大，泵送壓力可達10 MPa以上，保證漿液充滿基礎(chǔ)縫隙[5]。

2.5.3 過程監(jiān)測與檢查

為保證注漿時沉管管節(jié)底部受力均勻，管節(jié)兩側(cè)同時注漿，并監(jiān)測管節(jié)底部壓力計的變化情況，包括：漿液性能指標、注漿管漏漿情況與注漿泵注漿壓力等。

2.5.4 注漿過程中停泵標準

布置在監(jiān)測范圍邊緣位置的傳感器壓力值出現(xiàn)驟升的情況，注漿泵的壓力也明顯增高，其他壓力傳感器的壓力也明顯增高且均高于10 MPa時，對注漿情況進行分析，確定滿足注漿要求后停止注漿。

3 沉降監(jiān)測

管節(jié)注漿前分別對E32管節(jié)尾端及E31管節(jié)首端沉降監(jiān)測點進行高程觀測。注漿完成后，每日對沉降監(jiān)測點進行高程觀測，分析注漿施工對沉管高程變化及E31管節(jié)首端與E32管節(jié)尾端不均勻沉降情況。

4 注漿施工安全及質(zhì)量控制

本工程涉及海上吊裝、潛水施工、注漿作業(yè)，應進行嚴格安全控制。吊裝作業(yè)人員必須佩帶安全帽，遵守高處作業(yè)規(guī)定。吊裝作業(yè)前，應對起重吊裝設(shè)備、鋼絲繩、攬風繩、鏈條、吊鉤等各種機具進行檢查，保證安全可靠，不準帶病使用。吊裝作業(yè)時，按規(guī)定的聯(lián)絡(luò)信號及統(tǒng)一指揮。潛水作業(yè)人員滿足施工安全作業(yè)規(guī)程。注漿過程中需配多艘錨艇進行警戒，保證注漿安全施工。

鋼框架安裝到位后，潛水員應對框架安裝狀態(tài)及與管底各處的位置關(guān)系進行確認，保證安裝質(zhì)量。對于混凝土的供給，首先在混凝土拌和船上制作完成水下不離析的混凝土后，均勻輸送至2臺混凝土泵。為避免和防止混凝土的離析及注漿管的堵塞，混凝土輸送量應保持勻速且不間斷輸送[5]。

5 注漿施工效果

在基礎(chǔ)注漿完成后，混凝土密實度達到97%以上，并通過工程的后續(xù)施工驗證效果，如：管段內(nèi)壓艙混凝土、管節(jié)頂部拋石回填覆蓋、管節(jié)沉降監(jiān)測[6]。注漿完成3個月后，E31管節(jié)首端與E32管節(jié)尾端不均勻沉降值為15 mm。

6 結(jié)語

本工程沉管隧道基礎(chǔ)采用碎石鋪設(shè)，為防止相鄰管節(jié)不均勻沉降，在對接端碎石與混凝土漿液相結(jié)合的形式加固地基基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)注漿施工中，采用先在管節(jié)外部鋪設(shè)管路再進行注漿施工的工序，不僅大大降低了施工風險，還提高了施工質(zhì)量。

本次注漿有效控制了沉管間不均勻沉降現(xiàn)象，保證了沉管安裝質(zhì)量，為港珠澳大橋最終接頭的不均勻沉降控制做好了鋪墊，同時為類似工程施工提供了參考。