鋼接頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化

康海波+趙杰

摘 要：港珠澳大橋主橋海底隧道的最后連接采用止水帶為海底隧道臨時(shí)止水，永久止水則需靠連接最終接頭與相鄰沉管的鋼接頭。鋼接頭現(xiàn)場(chǎng)焊接難度大，時(shí)間緊，質(zhì)量要求高，為確保隧道的最終順利貫通，我們對(duì)鋼接頭結(jié)構(gòu)采取了優(yōu)化，調(diào)整等措施以保證鋼接頭高效高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)最終對(duì)接。

關(guān)鍵詞：隧道；連接鋼板；分塊懸掛；隔板改造

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）02-0071-02

Abstract： The final connection of the main bridge subsea tunnel of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge is to use the stop belt as the temporary water stop for the cross-harbour tunnel， and the permanent water stop depends on the steel joint connecting the final joint with the adjacent sinking pipe. The spot welding of steel joint is difficult， time used to build it is short， and quality requirement should be high. In order to ensure the tunnel finally through smoothly， we have adopted the optimization of steel joint structure， with， adjustment and other measures to ensure high efficiency and high quality of steel joints to achieve the final docking.

Keywords： tunnel； connecting steel plate； block suspension； partition board modification

1 概述

港珠澳大橋海底隧道由33節(jié)沉管管節(jié)和一個(gè)最終接頭組成，最終接頭與沉管管節(jié)的連接是在水下進(jìn)行。利用浮吊將最終接頭吊裝就位，其內(nèi)嵌液壓千斤頂系統(tǒng)啟動(dòng)，頂推小梁結(jié)構(gòu)向遠(yuǎn)離最終接頭本體的方向移動(dòng)，帶動(dòng)M止水帶張拉，移動(dòng)到一定距離后，頂推小梁端部的Gina止水帶抵達(dá)相鄰管節(jié)的鋼帽，Gina止水帶壓緊后，即實(shí)現(xiàn)管節(jié)內(nèi)外部的隔離，最后對(duì)管節(jié)內(nèi)部排水，形成可施焊的空間，鋼接頭的焊接就在該空間內(nèi)進(jìn)行，相關(guān)結(jié)構(gòu)關(guān)系參照?qǐng)D1。

鋼接頭由內(nèi)圈連接鋼板、外圈連接鋼板、小加勁、隔板體系組成，在隧道橫截面上，隔板是每隔一段距離布置一檔。連接鋼板均是工廠內(nèi)分塊制作，發(fā)運(yùn)至隧道安裝現(xiàn)場(chǎng)。鋼接頭焊接完成后，形成了永久的封閉內(nèi)部，灌注高流動(dòng)性混凝土，完成隧道的連接并實(shí)現(xiàn)最后的貫通。

連接鋼板的焊接存在大量仰焊作業(yè)，且作業(yè)空間受到限制，國(guó)內(nèi)外沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，存在如下難點(diǎn)：

（1）施工環(huán)境惡劣，焊接空間受限。鋼接頭的焊接是在Gina臨時(shí)止水的狀態(tài)下進(jìn)行，并且結(jié)合腔內(nèi)部環(huán)境潮濕，無自然通風(fēng)條件，最終接頭與鋼帽間的作業(yè)空間凈距僅1米。

（2）鋼接頭焊縫工作量大，焊接質(zhì)量要求高，對(duì)接焊縫必須全熔透焊接，100%通過UT/MT探傷檢測(cè)。

（3）鋼接頭焊接施工的周期必須盡量短。由于鋼接頭焊接完成之前，結(jié)合腔內(nèi)僅依靠油缸頂推GINA止水帶隔絕海水，風(fēng)險(xiǎn)太高。所以盡早完成結(jié)合腔內(nèi)鋼接頭連接鋼板的焊接工作是沉管工程能夠安全貫通的有效保障。

（4）往結(jié)合腔內(nèi)運(yùn)輸構(gòu)件的工作量很大，勞動(dòng)強(qiáng)度大且安全風(fēng)險(xiǎn)也高。

我們從以下幾個(gè)方面對(duì)鋼接頭連接鋼板做出調(diào)整，有效降低鋼接頭連接鋼板現(xiàn)場(chǎng)焊接的難度。

（1）優(yōu)化鋼接頭連接鋼板的劃分，減少現(xiàn)場(chǎng)焊接長(zhǎng)度，切實(shí)地降低現(xiàn)場(chǎng)焊接工作的難度。

（2）將部分鋼接頭的連接鋼板懸掛到最終接頭的結(jié)構(gòu)上（在工廠內(nèi)），以減少施工現(xiàn)場(chǎng)連接鋼板的搬運(yùn)量，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）對(duì)鋼接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行做局部改進(jìn)，以增強(qiáng)鋼接頭連接鋼板焊接過程中整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性。

2 鋼接頭連接鋼板分塊方案的優(yōu)化

鋼接頭的初步設(shè)計(jì)中內(nèi)外圈面板分塊較多，以鋼接頭頂墻某段區(qū)域?yàn)槔?，?.2米的長(zhǎng)度上（兩隔板凈距），內(nèi)外圈連接鋼板分塊如圖2上部分示圖。

鋼接頭外圈有6塊鋼板，它們之間通過T肋現(xiàn)場(chǎng)焊接連接；在隧道的縱向上，它們與相鄰管節(jié)的鋼帽以及最終接頭的鋼結(jié)構(gòu)焊接。鋼接頭的內(nèi)圈也有6塊鋼板，通過L肋現(xiàn)場(chǎng)連接；在隧道的長(zhǎng)度方向上，它們與相鄰管節(jié)的鋼帽以及最終接頭的鋼結(jié)構(gòu)焊接。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在2.2米長(zhǎng)的范圍內(nèi)，焊縫長(zhǎng)度就達(dá)到了約25米長(zhǎng)，整個(gè)鋼接頭的的焊縫長(zhǎng)度通過測(cè)算共計(jì)達(dá)4200米。

經(jīng)過初步評(píng)估，我們?cè)诒ＷC鋼結(jié)構(gòu)整個(gè)結(jié)構(gòu)受力性能不下降的前提下，采取以下方法對(duì)鋼接頭連接鋼板的分塊進(jìn)行重新劃分，以降低現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，同時(shí)保證焊接質(zhì)量更可控。

（1）鋼接頭的連接鋼板，隔板關(guān)鍵幾何定位尺寸，板厚材質(zhì)等保持不變；

（2）鋼接頭在隧道橫截面包括連接鋼板，隔板等上關(guān)鍵幾何定位尺寸保持不變；

（3）減少鋼接頭內(nèi)圈，外圈連接鋼板分塊，并且T肋，L肋均用扁鋼代替。

鋼接頭連接鋼板分塊經(jīng)過調(diào)整后，同樣以前述鋼接頭某段2.2米長(zhǎng)范圍內(nèi)的連接鋼板為例，其分塊情況如圖2 下部分示圖所示。

鋼接頭外圈有2塊鋼板，它們通過對(duì)接焊接連接；在隧道的縱向上，它們與相鄰管節(jié)的鋼帽以及最終接頭的鋼結(jié)構(gòu)焊接。endprint

鋼接頭內(nèi)圈僅有1塊鋼板，它與相鄰連接的鋼板直接對(duì)接焊接；在隧道的縱向上，它與相鄰管節(jié)的鋼帽以及最終接頭的鋼結(jié)構(gòu)焊接。經(jīng)測(cè)算，在2.2米長(zhǎng)的范圍內(nèi)，其焊縫長(zhǎng)度約為12米長(zhǎng)（同樣未考慮隔板的焊接），與連接鋼板分塊調(diào)整前相比，焊縫長(zhǎng)度減少50%以上，整個(gè)項(xiàng)目的焊縫長(zhǎng)度減少到2000米。

3 鋼接頭連接鋼板懸掛

在工廠內(nèi)將部分連接鋼板組件懸掛到最終接頭結(jié)構(gòu)上，以此來減少現(xiàn)場(chǎng)鋼接頭連接鋼板搬運(yùn)，安裝的工作量。

在最終接頭鋼結(jié)構(gòu)的傾斜面上焊接耳板，連接鋼板組件上同樣焊接相配套的耳板組合件，并利用銷軸連接耳板和耳板組合件。鋼接頭內(nèi)圈連接鋼板與外圈連接鋼板同樣處理，其區(qū)別僅是吊耳焊接位置不同。通過該方法處理了頂墻以及側(cè)墻部分連接鋼板組件，最終懸掛到最終接頭上的連接鋼板約占連接鋼板總量的25%，這也就大大減少了相應(yīng)連接鋼板現(xiàn)場(chǎng)的搬運(yùn)及安裝。

4 鋼接頭部分隔板改造

在對(duì)鋼接頭連接鋼板施焊前，頂推小梁的臨時(shí)支撐管是要拆除的。拆除臨時(shí)支撐的同時(shí)，頂推小梁所受外力將會(huì)發(fā)生變化，這就可能導(dǎo)致頂推小梁發(fā)生不可控的位移，止水橡膠就可能受到破壞，其帶來的后果就是結(jié)合腔內(nèi)止水失效，這對(duì)整個(gè)沉管隧道來說，是災(zāi)難性的。為了確保這一情況不會(huì)發(fā)生，我們?cè)陧斖菩×轰摴懿鸪埃瑢?duì)結(jié)構(gòu)先行加固。在狹小的空間內(nèi)，如新增結(jié)構(gòu)加固，將會(huì)增加焊接難度，使焊接質(zhì)量變得更難以控制，最可靠的方案就是對(duì)已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

鋼接頭結(jié)構(gòu)是由連接鋼板與隔板組成，對(duì)部分隔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將隔板改成純“工”字型結(jié)構(gòu)（去除原先的小加勁板），其上翼緣板為外圈連接鋼板，腹板為隔板，下翼緣板為內(nèi)圈連接鋼板，并在上翼緣頂部增設(shè)墊板。

對(duì)于整圈鋼接頭來說，我們改造的隔板涉及到頂墻區(qū)域四處，側(cè)墻區(qū)域兩處，底墻區(qū)域七處，改造的隔板結(jié)構(gòu)在臨時(shí)撐管拆除（或部分拆除）前先行焊接，加固頂推小梁，從而避免結(jié)合腔止水失效的情況發(fā)。

5 結(jié)束語

通過鋼接頭連接鋼板分塊的優(yōu)化，連接鋼板的懸掛以及隔板結(jié)構(gòu)的改造，降低了現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量和施工難度，提高現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的安全性，為隧道后續(xù)混凝土澆注和最終隧道的全線貫通鋪平道路。

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