鋼殼沉管管內(nèi)舾裝件拆除工藝

馬得森，王偉，鎖旭宏，陳一尤，管澤旭

（1.中交一航局華南工程有限公司，廣東 廣州 511400；2.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461；3.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

深中通道沉管隧道為世界首例采用雙向八車道鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)的海底隧道，為實現(xiàn)沉管隧道的超長距離浮運及安裝，鋼殼進行一次舾裝[1]，鋼殼首尾采用鋼梁加鋼封門的形式進行密封，標準管節(jié)內(nèi)安裝6個水箱，沉管安裝完成后，需對舾裝件進行拆除，拆除中對鋼殼表面防腐涂層的防護以及對接端GINA止水帶[2]的防護顯得尤為重要。

1 工程概況

深中通道是連接廣東省中山市和深圳市的大型跨海通道，沉管隧道為鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)，是整個項目的關(guān)鍵控制性工程，主體工程全長約24.0 km，其中沉管段長5 035 m，標準管節(jié)長165 m、寬46 m、高10.6 m，總重約8萬t，采用兩孔一管廊的橫斷面結(jié)構(gòu)布置，最大安裝水深40 m，是目前世界上技術(shù)難度最大的工程之一[3]，舾裝件拆除過程中有以下特點：

1）管內(nèi)作業(yè)空間受限，作業(yè)空間僅為7.6 m，大型起重設備無法作業(yè)，采用叉車+電動葫蘆的組合方式進行舾裝件拆除；

2）針對沉管鋼殼結(jié)構(gòu)的特殊性，拆除過程主要是在沉管對接端進行施工作業(yè)，GINA止水帶作為對接端現(xiàn)僅有的一道防水措施，應對其進行防護，保證防水性能；

3）為滿足鋼殼結(jié)構(gòu)使用100 a年限要求，在鋼殼表面涂刷防腐涂層，在舾裝件拆除過程中，特別是鋼梁、鋼封門、水箱等大型構(gòu)件拆除時保護涂層不被剮蹭。

2 舾裝件拆除

2.1 防護措施

2.1.1 GINA止水帶保護準備措施

管節(jié)接頭是鋼殼沉管隧道的重要部位，同時也是薄弱部位，其結(jié)構(gòu)強度和剛度相對于鋼殼而言都顯得更加脆弱，柔性接頭的防水一般采用“GINA止水帶+OMEGA橡膠止水帶”雙層組合方式[4]，但實際上接頭防水主要還是依靠布置在結(jié)構(gòu)斷面外側(cè)的GINA止水帶，GINA止水帶能很好地適應管段變形，具有良好的止水效果，其缺點是出現(xiàn)問題后無法修復和替換，在對接端頭進行舾裝件拆除時要著重加強GINA止水帶的防護[5]。

采取的措施為：底面采用2 mm鋼板+防火布措施，兩側(cè)折彎40 mm，單件長1 200 mm，寬350 mm，折彎處用U形橡膠密封條封邊，防止破壞油漆，在兩管節(jié)底部止水帶螺栓中間鋪滿，用來防護底面GINA止水帶，側(cè)墻用5塊1 500 mm×350 mm×0.75 mm鐵板懸掛在OMEGA止水帶螺栓上保護側(cè)墻止水帶不受損壞。

2.1.2 鋼殼防護準備措施

鋼殼混凝土沉管管內(nèi)鋼殼（車道孔內(nèi)底板頂上表面有壓艙混凝土，采取50μm環(huán)氧富鋅底漆防腐措施）防腐采用“重涂裝+定期維護”雙重防腐措施，車道孔表面的側(cè)墻及頂板涂裝了50μm環(huán)氧富鋅底漆，施工過程中著重防護鋼殼表面的防腐涂裝[6]，通過施工過程中質(zhì)量控制，達到不傷害鋼殼表面防腐涂層的目的。

2.2 結(jié)合腔鋼封門及鋼梁拆除

管內(nèi)舾裝件拆除的時機，保留至少3道端封門，施工過程中，大量舾裝件需要在管節(jié)內(nèi)部受限空間內(nèi)進行拆除工作，特別是端封門拆除作業(yè)，管內(nèi)對接端空間狹窄，作業(yè)范圍有限。管內(nèi)舾裝件，尤其是端封門鋼梁及鋼封門，自重均在5 t左右，受作業(yè)空間限制，管內(nèi)無法使用大型起重設備。拆除順序為：密封鋼板、預緊拉條→鋼封門→外側(cè)牛腿→鋼梁。

2.2.1 吊點工裝制作、安裝

如圖1所示，吊點工裝是為滿足鋼梁及鋼封門拆除吊裝而制作的專門工裝件，同時防止鋼構(gòu)件砸傷損壞GINA止水帶和鋼殼表面防腐涂層。吊點工裝采用20 mm鋼板作為吊點，30 mm鋼板作為底板，底板開螺栓孔，用12.9級M30高強螺栓將吊點安裝在OMEGA止水帶預留螺栓孔上。每套工裝用2根螺栓，可承受拉力343.44 kN，滿足使用要求。

圖1 吊點工裝Fig.1 Lifting point tooling

2.2.2 密封鋼板切割

密封鋼板分為密封貼板和圓弧貼板兩種，兩者均采用6 mm鋼板，密封貼板寬度為100 mm，分布在相鄰端封門對接縫位置，而圓弧貼板寬度為140 mm沿沉管內(nèi)側(cè)邊線環(huán)形布置，使用等離子切割機沿中心線進行切割，密封鋼板切割過程中會掉落火星，現(xiàn)場結(jié)合腔內(nèi)采用防火布隔絕GINA止水帶及對接端鋼殼表面，防止火星燒傷GINA止水帶及對接端鋼殼表面防腐涂層。

預緊拉條由雙頭螺桿和槽鋼組成，雙頭螺桿為M20×1 200和M20×280兩種，槽鋼長度為700 mm、370 mm和350 mm三種，槽鋼是焊接在鋼梁上，采用電動扳手拆卸拉條，嚴禁亂拋螺桿，造成鋼殼表面防腐涂層破壞。

2.2.3 外側(cè)牛腿拆除

外側(cè)牛腿拆除時需要沿著鋼殼表面切除，動火作業(yè)距離鋼殼表面較近，容易損傷鋼殼表面防腐涂層，外側(cè)牛腿高30 cm，單片重量較重，高處作業(yè)時難以操作，可將其分2次進行切割。

第一次在距離鋼殼表面15 cm的位置，對切割面要求不高，距離鋼殼表面防腐涂層較遠，考慮經(jīng)濟因素，采用氣割。氣割是指利用氣體火焰將被切割的金屬預熱到燃點，使其在純氧氣流中劇烈燃燒，形成熔渣并放出大量的熱，在高壓氧的吹力作用下，將氧化熔渣吹掉，所放出的熱量又進一步預熱下一層金屬，使其達到熔點。

第二次沿著外側(cè)牛腿底邊，采用等離子切割機進行切割。等離子切割機切割速度快、精度高、切割口小、整齊、無掉渣現(xiàn)象，在傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進了切割用的控制方式，避免了二次修整加工，減少了高溫影響的時間，降低了對防腐涂層的損傷。

2.2.4 端封門拆除

1）方法一：叉車+葫蘆

①如圖2所示，E n-1側(cè)鋼封門拆除時，將吊點工裝與端封門吊點連接葫蘆緩慢拉緊，使端封門與管節(jié)底部脫離一定距離，以便端封門拆除時傾斜，然后緩慢松開上部手拉葫蘆，使端封門向另一側(cè)管節(jié)鋼封門傾斜，直至鋼封門上部靠在另一側(cè)鋼封門上。

圖2 鋼封門、鋼梁拆除Fig.2 Demolition of steel seal door and steel beam

于鋼梁是工廠加工的成品構(gòu)件，左右對稱布置，鋼梁根據(jù)長度不同分為4種類型。單根鋼梁最大長度為7.5 m，最大重量為5.4 t。在鋼梁牛腿吊點安裝10 t手拉葫蘆，葫蘆下端掛在鋼梁自帶的吊點上，收緊手拉葫蘆將鋼梁吊離地面，將鋼梁底部調(diào)節(jié)螺栓切除，通過收放手拉葫蘆，將鋼梁從行車道吊裝至結(jié)合腔內(nèi)。

將鋼梁吊點連接手拉葫蘆，拉緊鋼梁下部鋼絲繩并緩慢松開結(jié)合腔內(nèi)手拉葫蘆，將鋼梁放平并進入行車道內(nèi)，放置在叉車上進行轉(zhuǎn)運。鋼梁拆除時，應從行車道中間開始往兩側(cè)進行拆除，中廊道鋼梁最后拆除。

③如圖3所示，中廊道鋼梁拆除時，通過手拉葫蘆將制作的吊梁工裝安裝在吊點工裝上，吊梁全長8 m，每隔1.26 m焊接1個吊點，與OMEGA止水帶螺栓孔對應，吊梁上安裝2個5 t單軌行車，可以在吊梁上左右移動，吊梁安裝在中廊道位置，用于拆除中廊道鋼封門及鋼梁。

圖3 中廊道鋼梁拆除Fig.3 Demolition of middle corridor steel beam

2）方法二：卷揚機+葫蘆+倒鏈

①鋼封門在拆除前，在管節(jié)頂部外側(cè)牛腿上開孔安裝定滑輪，并將卷揚機、倒鏈、手拉葫蘆及配重塊等安裝到位。管節(jié)頂部通過卷揚機和定滑輪的縮放，將鋼封門拆除放倒，同時根據(jù)E n管節(jié)固定在鋼封門上的鉸鏈移動已拆除的鋼封門，使其緊貼E n管節(jié)鋼封門。

于鋼梁是工廠加工的成品構(gòu)件，左右對稱布置，采用10 t加長倒鏈進行拆除，叉車、平板車在沉管內(nèi)進行材料轉(zhuǎn)運。如圖4所示，將卷揚機、配重、加長倒鏈及葫蘆安裝到位，并通過滑輪將卷揚機與鋼梁拉緊使之受力，再拆除管節(jié)頂板外側(cè)牛腿與鋼梁連接固定葫蘆。

圖4 鋼封門、鋼梁拆除Fig.4 Demolition of steel seal door and steel beam

通過卷揚機、倒鏈及手拉葫蘆收緊、釋放，完成鋼梁旋轉(zhuǎn)、放倒直至拆除。鋼梁下端葫蘆的作用是保證鋼梁在拆除過程中不與端封門發(fā)生干涉，確保鋼梁有足夠的空間位置。

方法一是采用叉車+葫蘆拆除，叉車在鋼梁尾端可提供較為可靠的推力及穩(wěn)定性，但對駕駛員操作技術(shù)有較高的要求；方法二是采用卷揚機+葫蘆+倒鏈拆除，卷揚機鋼絲繩在鋼梁放倒過程中只能提供拉力，鋼梁放倒過程中穩(wěn)定性不可控，可能會發(fā)生側(cè)翻等風險，造成鋼殼表面防腐涂層破壞及鋼構(gòu)件損壞[7]。根據(jù)現(xiàn)場試驗及風險評估，端封門拆除采用方法一：叉車+手拉葫蘆。

2.3 水箱拆除

壓載水箱是鋼殼沉管的重要舾裝結(jié)構(gòu)，每個標準管節(jié)共有6個水箱，用于調(diào)節(jié)沉管在塢內(nèi)橫移、出運及沉放安裝過程中的負浮力及姿態(tài)，當回填滿足抗浮系數(shù)要求時，可進行水箱舾裝件拆除[8]。水箱舾裝件的鋼立柱、上橫梁、斜拉桿均與鋼殼表面預埋件采用高強螺栓連接，采用電動扳手拆卸高強螺栓，避免墻體鋼殼表面防腐涂層破壞。壓載水箱拆除施工流程為：

1.論文中的病理照片、電泳圖及化學結(jié)構(gòu)式圖等要求以“插入”→“圖片”方式插入word文檔，不要使用復制粘貼。病理照片必須加標尺或放大倍數(shù)，并以箭頭指示典型病變位置。除照片外，其他圖盡量不用彩色。

1）防水布拆除

防水布完全脫離掛鉤，再從水箱拐角一端進行防水布拆除、打包及整理工作以及對拉鋼絲繩的拆除。

2）下橫梁拆除

下橫梁長度為18.3 m，重量為416.7 kg，安裝高度為2 m，采用叉車對下橫梁提供一定的抬升力，人工配合拆除。

3）斜拉桿、上橫梁拆除

4）鋼立柱及木板擋墻的拆除

鋼立柱的拆除采用從內(nèi)側(cè)到外側(cè)的拆除順序，采用工裝、吊帶及卸扣將鋼立柱固定，并用電動扳手將鋼立柱的預埋件螺栓去除，再將鋼立柱吊離地面，平放在管內(nèi)，立柱下方鋪設篷布墊方木，由平板車倒運至臨時堆場，木板擋墻采用叉車拆除，拆除后用打包機打捆，并用叉車倒運至臨時堆場。

5）壓載水管系可分為行車道和中管廊兩部分拆除工作。在行車道位置壓載水管路因空間方便，可與壓載泵一起直接采用設備和人工輔助的方法拆除；而中管廊位置由于空間位置限制，無法采用借用設備進行拆除，只能通過工裝和人工的方法拆除，當壓載水管拆卸完畢后，采用平板車進行材料轉(zhuǎn)運。

3 鋼殼沉管舾裝件拆除特點

3.1 拆除作業(yè)空間受限特點

舾裝件拆除在沉管安裝完成后進行，作業(yè)環(huán)境均在沉管內(nèi)，沉管行車道作業(yè)面高7.6 m、寬18.3 m，中廊道高7.7 m、寬4.8 m，作業(yè)空間受限，無法像一次舾裝安裝時采用大型起重設備，拆除作業(yè)難度大，根據(jù)現(xiàn)場多次試驗及風險評估，采用叉車+電動葫蘆的組合方式，可快速安全地拆除舾裝件。

3.2 GINA止水帶保護特點

GINA止水帶作為沉管對接端最重要的防水屏障，其最大缺點是不可更換，在施工過程中要加強防護，在對接端拆除時對GINA止水帶要著重防護，采用2 mm鋼板工裝+防火布措施。2 mm鋼板工裝是為了防止掉落物件對止水帶損壞，防火布的作用是防止在動火作業(yè)時，掉落的火星燒傷止水帶。

3.3 鋼殼防腐涂層保護特點

鋼殼表面防腐涂層是保護鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)的屏障，在行車道和中廊道四周均涂有防腐涂層，舾裝件拆除作業(yè)過程中，采取措施進行鋼殼防腐涂層的保護。在舾裝件拆除時，鋼殼底板鋪設防火布，防止火星破壞防腐涂層；在鋼殼底板堆放材料、工具、設備時，在材料下墊方木及篷布，防止搬運材料及物品剮蹭防腐涂層。經(jīng)過現(xiàn)場實際操作檢驗，防腐涂層保護完好，無破壞情況。

4 結(jié)語

鋼殼沉管舾裝件拆除施工按照既定方案實施，在受限空間進行大型舾裝件拆除，對GINA止水帶及鋼殼表面防腐涂層采取有效的防護措施，效果良好，在保障安全的前提下，高效地完成了舾裝件拆除施工，為一次舾裝件的周轉(zhuǎn)提供了可靠保障，為后期類似工程提供經(jīng)驗和借鑒。