淺談沉管法隧道接頭處理

孟民強(qiáng)

摘要：本文論述的沉管法隧道接頭位置有：GINA帶、Ω帶、PC鋼拉索、剪切鍵、橡膠支座等部件，每套部件都非常關(guān)鍵，各自具有獨(dú)立的功能，接頭處理施工就是把這些部件安裝到各自的特定位置。GINA帶、Ω帶雙保險(xiǎn)沉管接頭不漏水。在接頭的水平方向、垂直方向和軸線方向都以柔性處理，并承載著水平、垂直和軸線三個(gè)方向的力。

關(guān)鍵詞：Ω帶；PC拉索；剪切鍵；橡膠支座

1概述

接頭設(shè)計(jì)和處理技術(shù)是沉管法隧道的關(guān)鍵技術(shù)之一。隧道的管段與管段、管段與暗埋段之間存在接頭，接頭的設(shè)計(jì)應(yīng)能承受溫度變化、地震力以及其他作用。接頭形式有剛性和柔性兩大類：剛性接頭具有與其連接管段相似的斷面剛度和強(qiáng)度；柔性接頭允許在3個(gè)主軸方向上有相對(duì)位移，其結(jié)構(gòu)型式有多種，理論上就抗震設(shè)計(jì)或適應(yīng)不均勻的沉降的要求而言，采用柔性接頭是有利的，柔性連接必須在接頭承受拉力和剪力的同時(shí)，仍能保證其可靠的水密性。

柔性接頭的構(gòu)造主要有鋼索型和鋼板型兩種，廣州珠江隧道采用Ω型鋼板作為縱向限位裝置，以使柔性接頭的軸向位移不超出GINA帶和Ω帶在保持水密性時(shí)的最大允許位移量。鋼索型僅對(duì)地震產(chǎn)生的軸向拉力起一個(gè)限位作用，其柔性比鋼板型好，廣州侖頭和大學(xué)城隧道、上海外環(huán)隧道等工程中為保證管段間接頭設(shè)計(jì)的技術(shù)可靠、性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)合理、滿足沉管隧道對(duì)接頭構(gòu)造的特殊要求都采用了鋼拉索構(gòu)造形式。

2施工工藝

接頭處理施工是沉管隧道建設(shè)中一個(gè)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)工程，采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)方案是安全生產(chǎn)和工程質(zhì)量的唯一保障。沉管接頭各部件位置見圖1

廣州侖頭隧道的管段與管段、管段與暗埋段之間采用柔性接頭形式，由GINA帶和Ω帶形成兩道止水防線，GINA帶同時(shí)又是實(shí)現(xiàn)管段水力壓接的關(guān)鍵部件；采用PC拉索限位裝置，其不僅能保證接頭的柔性，還能防止接頭在地震工況下發(fā)生過大的軸向變位；接頭蓋板上方設(shè)置水平剪切鍵以承受地震所引起的水平剪切力；中隔墻和外側(cè)墻上設(shè)置垂直剪切鍵以承受地震及管段不均勻沉降所引起的垂直剪切力，且在剪切鍵之間設(shè)置了橡膠支座以允許管段發(fā)生輕微的轉(zhuǎn)動(dòng)和位移。

2.1Ω橡膠止水帶安裝和試漏

Ω帶安裝前，沉管接頭止水靠GINA帶來完成，GINA帶是在沉管沉放對(duì)接前就安裝在管段鋼端殼上面，鋼端殼采用400 mm×500 mm的H型鋼與鋼面板焊接而成，作為安裝GINA帶和Ω帶的基礎(chǔ)。安裝前必須保證管段端鋼殼的面板不平整度<3 mm，每延米內(nèi)不平整度<1 mm，垂直和水平誤差不允許超過3 mm。管段對(duì)接進(jìn)行水壓接時(shí)靠GINA帶達(dá)到接頭止水。接頭處理施工首先安裝Ω帶，見圖2。

2.1.1Ω帶安裝

首先測(cè)定接頭兩側(cè)端部鋼面板間距離D值，為管段對(duì)接后里程偏差；測(cè)定接頭兩側(cè)H型鋼錯(cuò)位差，是管段對(duì)接后高程偏差和軸線偏差。將Ω帶運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)取出平放展開，讓其自由恢復(fù)消除運(yùn)輸、儲(chǔ)存造成的變形和內(nèi)應(yīng)力。

根據(jù)Ω帶上的位置標(biāo)記，作出對(duì)應(yīng)于管段上的記號(hào)，各中點(diǎn)及轉(zhuǎn)角位置標(biāo)記為安裝控制點(diǎn)。工藝流程：頂中點(diǎn) → 頂角位 → 側(cè)墻上角 → 側(cè)墻中點(diǎn) → 側(cè)墻下角 → 底部角位 → 底中部 → Ω帶熱接 → 控制點(diǎn)間區(qū)域安裝。

2.1.2Ω帶試漏

試漏以水為介質(zhì)，試壓過程中專人觀察壓力表、操作高壓水泵、控制進(jìn)排水截止閥；試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)工作壓力的1.5倍，穩(wěn)壓24小時(shí)且壓力降不大于0.02 MPa并無滲漏即可，反之找出原因處理后重新試漏。

2.2PC鋼拉索連接安裝及防腐蝕處理

整根鋼拉索幾乎沒有抗彎剛度，如此便實(shí)現(xiàn)了鋼拉索只提供單一的受拉約束條件而不對(duì)管段接頭造成其它附加約束的功能要求，見圖3。

PC拉索負(fù)責(zé)接頭兩管段的軸向限位，防止地震災(zāi)害帶來的破壞使管段在接頭位置脫開，主要由一對(duì)索和連接套筒組成，索的主體由12根φ15.24、抗拉強(qiáng)度f(wàn)ptk=1860MPa的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線構(gòu)成，索體的兩端為固定端錨環(huán)和P錨擠壓頭，兩側(cè)索體通過中間的一對(duì)定位套環(huán)（分左右旋）實(shí)現(xiàn)和連接套筒的連接。

2.2.1PC拉索連接安裝

拆除接頭拉索組對(duì)應(yīng)封板后整體拉出PC拉索，安裝連接套筒至轉(zhuǎn)動(dòng)阻力有明顯增大時(shí)停止，確保定位套環(huán)兩端露出長(zhǎng)度基本相等，安裝張拉千斤頂并開啟，鋼絞線調(diào)直后收緊連接套筒，張力50KN滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.2PC拉索防腐蝕處理

外層保護(hù)套安裝后，在拉索空腔內(nèi)注滿防銹油脂。

2.3剪切鍵的制作及安裝

管段接頭剪切鍵按類型分水平剪切鍵和垂直剪切鍵。水平剪切鍵主要承受地震所引起的水平剪切力，橫跨兩條管段；垂直剪切鍵主要承受管段不均勻沉降及地震所產(chǎn)生的垂直剪切力，有鋼垂直剪切鍵和砼垂直剪切鍵之分，在接頭中隔墻設(shè)置砼剪切鍵，在接頭外側(cè)邊墻設(shè)置鋼剪切鍵。剪切鍵之間設(shè)置橡膠支座以允許管段發(fā)生輕微的轉(zhuǎn)動(dòng)和位移，橡膠支座應(yīng)盡可能的在管段沉降趨于穩(wěn)定后再安裝，以使剪切鍵中的初始鎖定載荷最小。各種剪切鍵位置分布見圖1。

2.3.1砼水平剪切鍵制作

該鍵為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置在管段接頭蓋板上方，覆蓋寬度為5 100 mm，厚度為500 mm，以相鄰兩節(jié)管段接口為中心，兩側(cè)均勻分布。見圖1的A—A剖面可清楚看到水平剪切鍵俯視結(jié)構(gòu)形狀成鋸齒形錯(cuò)位。在寬度100 mm的間隙縫填充高密度低發(fā)泡聚乙烯板，安裝板式橡膠支座，其承載力不小于500 kN，規(guī)格為300 mm×200 mm×100 mm，一個(gè)接頭8個(gè)。

2.3.2砼下垂直剪切鍵澆筑及連接件、橡膠支座安裝

管段中隔墻的砼上、中垂直剪切鍵作為管段臨時(shí)支承系統(tǒng)之一的鼻托，其在管段預(yù)制時(shí)一同澆注，即A端制作上剪切鍵并預(yù)埋下剪切鍵的接駁器，B端制作中剪切鍵。砼下剪切鍵在接頭處理時(shí)制作，見下剪切鍵澆筑完成，進(jìn)行鋼連接件安裝，考慮到沉放誤差及相鄰管段基礎(chǔ)沉降不同等因素，連接件的制作應(yīng)等待管段完全穩(wěn)定，實(shí)測(cè)上、中剪切鍵間距，扣除橡膠支座厚度后確定其高度再進(jìn)行加工安裝。四氟板式（A1型）橡膠支座安裝，平面尺寸310 mm×650mm×100mm，橡膠支座承載力不應(yīng)小于3500KN。

2.3.3外側(cè)墻鋼垂直剪切鍵及橡膠支座安裝

鋼垂直剪切鍵安裝在管段的外側(cè)邊墻，管段預(yù)制時(shí)在邊墻上制作剪切鍵預(yù)埋件，管段A端制作上、下剪切鍵預(yù)埋件，管段B端制作中剪切鍵預(yù)埋件。接頭處理時(shí)再將剪切鍵構(gòu)件配對(duì)安裝上去。

安裝布置見圖1B—B剖面：在剪切鍵安裝位置上方設(shè)置吊裝工具，單件重約963.12 kg，一側(cè)的3只鋼剪切鍵按自下而上順序吊裝，用扭力扳手將每個(gè)螺栓的預(yù)拉力加至45 kN，采用扭角法。安裝后焊鋼板。管段沉降穩(wěn)定安裝四氟板式（A2型）橡膠支座，尺寸220 mm×600 mm，橡膠支座承載力不應(yīng)小于28 00 kN。

3 結(jié)束語(yǔ)

管段接頭是沉管隧道的心臟，各部件的施工須按照設(shè)計(jì)要求做到完美，并以穩(wěn)妥可靠的技術(shù)方案和高效率的設(shè)備來保證。在接頭處理施工中，針對(duì)各部件的性能不同、特性不同、作用不同，采用合理施工技術(shù)，抓住技術(shù)關(guān)鍵，精心管理，精心施工，使工程以高標(biāo)準(zhǔn)、低成本的一流施工水平取得成功。

參考文獻(xiàn)

[1] 起重吊裝技術(shù)手冊(cè)

[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（軟件版）R2.0

[3] 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 GB 50205—2001

[4] 鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程JGJ18-2003

[5] 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50204-2002