提高沉管全斷面預(yù)制幾何尺寸精度

湯 健

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 引言

近年來，沉管隧道技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到內(nèi)河道路交通建設(shè)中，港珠澳大橋建成通車意味著我國已經(jīng)初步掌握了沉管隧道的水下安裝技術(shù)，但是還未達(dá)到成熟［1，2］。根據(jù)以往的文獻(xiàn)研究，目前對(duì)沉管隧道研究較多的是水下接頭安裝技術(shù)、防水技術(shù)、和控裂技術(shù)，防水技術(shù)和控裂技術(shù)已經(jīng)趨于成熟［3，4］，研究者普遍認(rèn)為當(dāng)前沉管水下對(duì)接安裝的精度問題仍需要進(jìn)一步探討，沉管本身的尺寸精度在預(yù)制過程中需要進(jìn)一步提高［5，6］。同時(shí)為了滿足沉放、抗浮等要求，需要嚴(yán)格控制干弦高度和抗浮安全系數(shù)，對(duì)沉管預(yù)制的幾何尺寸精度提出了更高的要求。本文以車陂隧道沉管預(yù)制工程為例，進(jìn)一步探討影響沉管預(yù)制幾何尺寸精度的因素，并提出合理的優(yōu)化措施。

1 工程概況

車陂路-新滘東路隧道工程（黃埔大道至新港東路）位于廣州天河區(qū)和海珠區(qū)，項(xiàng)目施工范圍里程區(qū)間為K2+266～K4+330.941，全長約2070 m。其中沉管段全長492 m，隧道沉管段橫截面設(shè)計(jì)寬度30.40 m，高度8.70 m，截面面積264.48 m2，共計(jì)4 個(gè)長管節(jié)和1 個(gè)短管節(jié)，管節(jié)由南向北管段編號(hào)為E1、E2-1+E2-2（短管節(jié)）、E3、E4；其中E1、E3、E4預(yù)制長度均為123 m；E2-2 為短管節(jié)，長度3.5 m，E2-1 長度為117 m，E2-2 和E3 在干塢內(nèi)預(yù)先拉合，形成一體進(jìn)行浮運(yùn)沉放；最終接頭設(shè)置在E2-1 和E2-2 之間，長度2.5 m 為水中接頭。沉管預(yù)制完成后浮運(yùn)到安裝位置沉放至水下進(jìn)行對(duì)接安裝，目前水下安裝技術(shù)還不夠成熟［7］，存在諸多困難，需要通過提高沉管預(yù)制的幾何尺寸精度降低安裝難度，提高一次安裝成功概率。

2 隧道沉管的幾何尺寸控制難度分析

2.1 沉管幾何尺寸精度要求

沉管預(yù)制的幾何尺寸精度直接決定著沉管的實(shí)際重量是否能夠順利起浮安裝［8］，由于車陂隧道沉管浮運(yùn)的設(shè)計(jì)干舷值較小［8］，若暫不考慮混凝土容重這一影響因素，則預(yù)制過程中的沉管幾何尺寸精度尤為重要。沉管主要由底板、側(cè)墻、中隔墻和頂板組成，由全斷面模板一次澆筑成型，每一部分通過鋼筋綁扎成形，并帶有大量的預(yù)埋件和電氣設(shè)備，每一個(gè)部位都對(duì)安裝精度有嚴(yán)格的要求，決定著整個(gè)沉管的尺寸精度。沉管標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)尺寸及各部位誤差精度范圍如表1所示。

2.2 現(xiàn)狀調(diào)查分析

2.2.1 現(xiàn)狀調(diào)查

表1 沉管幾何尺寸Tab.1 Immersed Tube Geometry

調(diào)查一：沉管預(yù)制的幾何尺寸精度的情況調(diào)查。本研究以已經(jīng)完成預(yù)制的兩段管節(jié)為研究對(duì)象，分別對(duì)沉管的管段寬度、管段高度、管段長度、頂板厚度、底板厚度、側(cè)墻厚度、中墻厚度、內(nèi)單孔凈寬、內(nèi)單孔凈高、墻身平整度和墻身垂直度每個(gè)項(xiàng)目選取50個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行測量，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、歸納和總結(jié)。

調(diào)查二：同類施工情況調(diào)查。為掌握同類項(xiàng)目開挖施工中發(fā)生問題的特征，通過文獻(xiàn)搜索、資料查找對(duì)整個(gè)行業(yè)的沉管預(yù)制進(jìn)行了研究，通過分析得出，同類項(xiàng)目合格率為95%［9，10］。

2.2.2 調(diào)查統(tǒng)計(jì)

小組成員對(duì)已經(jīng)預(yù)制成功的兩段管節(jié)進(jìn)行測量，對(duì)每個(gè)項(xiàng)目選取50個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行測量，統(tǒng)計(jì)誤差較大的點(diǎn)數(shù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 沉管預(yù)制幾何尺寸影響因素調(diào)查表Tab.2 A Survey of the Factors Affecting the Dimensions of Immersed Pipe Prefabrication

從表2 可以看出，目前沉管預(yù)制的各個(gè)部位精度控制不夠高，還需要進(jìn)一步提高精度。

2.2.3 調(diào)查結(jié)論

由表2數(shù)據(jù)可以得出本工程沉管預(yù)制的幾何尺寸精度為90.4%。通過表2還可以看出對(duì)尺寸的控制精度還不夠高，雖然都在誤差范圍之內(nèi)，但是誤差仍然會(huì)偏大，這對(duì)沉管的整個(gè)重量會(huì)造成一定的影響，對(duì)后期沉管的浮運(yùn)安裝會(huì)帶來一定的不確定性因素，因此需對(duì)造成此誤差因素進(jìn)行原因分析。

3 原因分析和要因確認(rèn)

3.1 原因分析

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，充分掌握沉管預(yù)制整個(gè)過程后詳細(xì)對(duì)影響沉管預(yù)制幾何尺寸精度的相關(guān)因素進(jìn)行了因果分析。影響因素包括人、機(jī)、料、法四個(gè)方面，詳細(xì)分析如下：

⑴人的因素：對(duì)工人的技術(shù)交底不清晰，工人素質(zhì)底、技術(shù)能力不足、責(zé)任心不強(qiáng)，在澆筑過程中未嚴(yán)格按照澆筑標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，出現(xiàn)振搗不足、漏振和過振的現(xiàn)象，監(jiān)管人員監(jiān)管的力度不夠，質(zhì)量意識(shí)淡薄。

⑵機(jī)械的因素：模板尺寸和調(diào)整精度決定著沉管預(yù)制的尺寸精度。模板分為大腔內(nèi)模、外模和端模，內(nèi)模絲桿調(diào)整不到位、螺母缺失或者螺絲松動(dòng)會(huì)引起模板錯(cuò)位而發(fā)生偏移，導(dǎo)致內(nèi)凈空縮小，外模拼裝和調(diào)整會(huì)引起側(cè)墻尺寸發(fā)生變化，端模加固不到位會(huì)引起脹模而使沉管尺寸變大擴(kuò)大誤差范圍；從模板材質(zhì)上分析，模板剛度不足易發(fā)生形變引起沉管尺寸發(fā)生變化。

⑶材料的因素：沉管結(jié)構(gòu)主體由大量鋼筋通過綁扎、搭接和焊接而成，在鋼筋綁扎過程中鋼筋排距過大或過小、焊接不標(biāo)準(zhǔn)、套筒連接不到位等因素也會(huì)影響到沉管的整體尺寸。

⑷方法的因素：本項(xiàng)目沉管預(yù)制采用全段面預(yù)制方法，整體澆筑一次完成，因此對(duì)于澆筑速度有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。但是在澆筑過程中對(duì)時(shí)間的把控難免會(huì)出現(xiàn)問題，澆筑速度過快易造成局部脹模，外模絲桿受力較大易造成外側(cè)模變形，澆筑速度過慢則會(huì)由于局部初凝而造成冷縫，從而影響沉管尺寸精度。

3.2 要因確認(rèn)

逐條分析了影響沉管預(yù)制幾何尺寸的影響因素，并運(yùn)用現(xiàn)場調(diào)查分析法確定了主要原因，并進(jìn)行了分析論證，如表3所示。

4 隧道沉管的幾何尺寸控制措施

4.1 對(duì)工人進(jìn)行深入技能培訓(xùn)

在新人進(jìn)場之前要進(jìn)行詳細(xì)的施工技術(shù)交底教育培訓(xùn)，并做培訓(xùn)考核，保證每個(gè)工人都熟知自己的分項(xiàng)工作內(nèi)容和具體操作流程，考核不合格的工人要進(jìn)行二次新人進(jìn)場培訓(xùn)直至考核合格為止。其次，在每次澆筑之前會(huì)臨時(shí)抽調(diào)一部分新人進(jìn)場，對(duì)于這部分新人由原來的集中培訓(xùn)改為專項(xiàng)培訓(xùn)，比如振搗工培訓(xùn)、布料工培訓(xùn)、模板工培訓(xùn)、養(yǎng)護(hù)工培訓(xùn)等，對(duì)不同工種分開單獨(dú)培訓(xùn)，不僅能夠提高培訓(xùn)效果，還能節(jié)省大量的時(shí)間，防止集體培訓(xùn)內(nèi)容過多而達(dá)不到預(yù)期的效果。最后，須要對(duì)工人進(jìn)行定期的技能培訓(xùn)和考核，不斷提高工人的技能和質(zhì)量意識(shí)，從根本上提升沉管預(yù)制的幾何尺寸精度。

4.2 加強(qiáng)抽檢頻率

表3 末端因素分析論證表Tab.3 End Factor Analysis Demonstration Table

加強(qiáng)監(jiān)督和抽檢頻率也是有效提高沉管預(yù)制幾何尺寸精度的一個(gè)有效措施。在質(zhì)量管理方面，抽檢頻率的高低對(duì)工程質(zhì)量有著重要的影響，因此對(duì)于工程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須加強(qiáng)管控。對(duì)于沉管預(yù)制環(huán)節(jié)繁多，大致可分為12個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以從預(yù)制的每一個(gè)驗(yàn)收節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)管控，比如鋼筋綁扎環(huán)節(jié)，對(duì)鋼筋尺寸的精度要求要高，綁扎的尺寸要求也要嚴(yán)格，抽檢頻率可以按照驗(yàn)收節(jié)點(diǎn)的重要性程度進(jìn)行增加，從而嚴(yán)格控制每一個(gè)環(huán)節(jié)，盡量將誤差降到最低，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的不足之處并提出糾正措施，嚴(yán)格控制整個(gè)施工流程工序，嚴(yán)格把控生產(chǎn)過程中每一個(gè)細(xì)節(jié)之處，減小誤差，不斷提高整體預(yù)制精度。具體抽檢頻率如表4所示。

4.3 加強(qiáng)模板復(fù)測

在沉管預(yù)制過程中，測量部門對(duì)于沉管預(yù)制幾何尺寸精度也起著重要的作用。在沉管開始預(yù)制之前要對(duì)沉管位置進(jìn)行精確的放點(diǎn)定位，在生產(chǎn)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要進(jìn)行測量定位，尤其是模板調(diào)整環(huán)節(jié)要進(jìn)行多次復(fù)測，模板調(diào)整是否到位直接關(guān)系到沉管的幾何尺寸，因此在模板調(diào)整過程中要加強(qiáng)復(fù)測，對(duì)點(diǎn)位測量，大腔內(nèi)模撐開要合適，撐開太多或太少都會(huì)影響側(cè)墻和中隔墻的厚度，從而影響內(nèi)凈寬，端模在加固過程中也要加固到位，否則也會(huì)影響到沉管的尺寸。多次多點(diǎn)位復(fù)測能夠使沉管的幾何尺寸更加精確，將誤差降到最小。表5 描述了對(duì)各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的測量以及復(fù)測次數(shù)調(diào)整。

4.4 控制澆筑速度

在沉管澆筑過程中由于模板承受力有限，因此在澆筑過程中控制好澆筑速度也能有效防止因脹模而產(chǎn)生的沉管精度問題。澆筑速度過慢會(huì)導(dǎo)致部分面層初凝較快而產(chǎn)生冷縫，澆筑速度過快易使側(cè)模和端模受力較大而出現(xiàn)脹模，根據(jù)C40 混凝土的特性，控制澆筑速度也是有效控制沉管預(yù)制精度的方式之一。在澆筑過程中控制好速度，尤其對(duì)于側(cè)墻和中墻澆筑過程十分重要，側(cè)墻和中墻須同時(shí)分層澆筑并保證中墻澆筑高度差始終保持0.5～1 m（中墻高于側(cè)墻），防止由于墻體澆筑高度差過大而使模板變形或者絲桿受力達(dá)到最大限度，因此必須保證端模和側(cè)模受力均勻且在承受范圍內(nèi)，從而提高沉管預(yù)制的幾何尺寸精度，具體調(diào)整數(shù)據(jù)如表6所示。

5 總結(jié)

由于沉管在預(yù)制過程中是分節(jié)段進(jìn)行預(yù)制，因此對(duì)于各個(gè)節(jié)段的幾何尺寸精度控制要求極高，也是沉管整體浮運(yùn)和順利安裝的重要因素。本文以車陂隧道項(xiàng)目的干塢沉管全斷面預(yù)制過程為例，對(duì)沉管預(yù)制的幾何尺寸精度進(jìn)行了研究，分析沉管預(yù)制幾何尺寸精度的影響因素，并通過具體的措施進(jìn)行控制，減小誤差，提高沉管預(yù)制的幾何尺寸精度。本工程目前沉管預(yù)制幾何尺寸精度已經(jīng)提高到了98%，滿足創(chuàng)國家優(yōu)質(zhì)工程的要求。

表5 模板復(fù)測頻率調(diào)整Tab.5 Template Retest Frequency Adjustment

表6 沉管澆筑速度調(diào)整Tab.6 Adjustment of Pouring Speed of Immersed Pipe