沉管管節(jié)端鋼殼制造及安裝工藝

向劍，劉經(jīng)國，蘇懷平

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

近年來，隨著沉管隧道技術(shù)的發(fā)展，預(yù)制沉管尺寸根據(jù)功能需求趨于更大型方向發(fā)展，管節(jié)接頭防水預(yù)埋件——端鋼殼則趨于超重、超大、精度要求更高的方向發(fā)展。在管節(jié)預(yù)制中，端鋼殼安裝精度要求很高，施工中，受焊接變形以及安裝后受混凝土澆筑過程中側(cè)壓力影響，整體精度控制難度較大。

1 工程概況

港珠澳大橋海底沉管隧道總長度為5 664 m，由33個管節(jié)組成，單個標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長180 m，寬3 795 cm，高1 140 cm。

港珠澳大橋沉管采用在工廠預(yù)制工藝，即先在隧道以外的預(yù)制廠預(yù)制沉管管節(jié)，管節(jié)兩端密封，拖運至隧道位置，然后沉放管節(jié)。沉放完畢后，進(jìn)行管節(jié)水下連接，然后覆蓋回填[1]。港珠澳大橋管節(jié)接頭采用柔性設(shè)計，由壓縮后的橡膠止水帶（GINA）止水及適應(yīng)接頭變形。

2 設(shè)計

2.1 功能

1）作為GINA橡膠止水帶和OMEGA止水帶安裝的基礎(chǔ)面。

2）由端鋼殼面板與管節(jié)縱軸線間角度的變化來擬合隧道縱坡的變化。

3）在管節(jié)沉放水力壓接過程中，將由自由端整個斷面上承受的強(qiáng)大水壓力通過端鋼殼傳遞到相鄰管節(jié)上[2]。

2.2 形式

早期國外的一些沉管隧道中，端鋼殼是做成U型構(gòu)件整體預(yù)埋。這種形式的端鋼殼剛度較大，安裝時粗調(diào)和混凝土澆筑過程中精調(diào)較難，端鋼殼成型質(zhì)量難以保障。

近期，在國內(nèi)外類似沉管預(yù)制端鋼殼施工中，通常采用二次施工法，即先安裝端面預(yù)埋件基座鋼板（大多采用H型鋼），在混凝土澆筑完成后，再焊接預(yù)埋件面板，然后在面板和基座之間灌漿填充，分階段調(diào)整控制達(dá)到安裝精度要求，如圖1所示。由于GINA的接觸面鋼板是在管節(jié)成型后再安裝的，這種形式的端鋼殼精度控制較好，但鋼板間的焊接產(chǎn)生的較大熱量可能損傷已成型的混凝土，造成質(zhì)量缺陷，且額外增加了二次安裝鋼板和注漿的時間。

圖1 常用端鋼殼形式Fig.1 The common bulkhead form

港珠澳大橋沉管隧道采用工廠法施工，在流水線上標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，管節(jié)預(yù)制完成后頂推至淺塢區(qū)進(jìn)行一次舾裝作業(yè)，一次舾裝完成后再橫移至深塢區(qū)。在港珠澳大橋沉管隧道設(shè)計中，綜合考慮端鋼殼調(diào)位、作業(yè)時間及端鋼殼成型質(zhì)量，將端鋼殼設(shè)計成L型，如圖2所示，這種端鋼殼剛度較小，在混凝土澆筑期間通過專用調(diào)位系統(tǒng)精調(diào)后一次成型，避免了在舾裝區(qū)進(jìn)行二次安裝帶來的工期壓力。

圖2 端鋼殼構(gòu)造圖Fig.2 Thebulkhead structure

3 安裝精度要求

沉管隧道管節(jié)接頭止水依靠止水帶與端鋼殼擠壓密貼實現(xiàn)，因此對端鋼殼安裝平面度、平整度等提出更高要求，具體要求見表1。

表1 端鋼殼幾何及平整度要求Table 1 The geometric and flatnessrequirementsof bulkhead

4 加工及安裝

4.1 安裝工藝及方法

1） L型端鋼殼由2塊垂直的鋼板焊接而成，較厚鋼板之間焊接將產(chǎn)生較大的熱量，為了保證加工質(zhì)量，端鋼殼在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加工廠加工成長約7 m的小塊，主要工序為：配料、切割、坡口加工、半成品焊接、變形控制及矯正[3]。

2）端鋼殼安裝前，在臨時胎具上將小塊端鋼殼焊接成6大塊（圖3），盡量縮短現(xiàn)場作業(yè)時間。焊接時須注意焊縫收縮引起的變形，采取預(yù)設(shè)反變形量保證焊縫處平整度。

圖3 鋼端殼焊接分塊圖Fig.3 Divide the welding areasof bulkhead

3）大塊端鋼殼安裝后，通過測量系統(tǒng)控制端鋼殼的成型尺寸及斷面平整度，將各大塊端鋼殼焊接為一個整體。

4） 端鋼殼與端模固定，在測量儀器的配合下，利用端模上的調(diào)節(jié)螺桿及固定、限位螺栓進(jìn)行斷面平整度精確調(diào)整，調(diào)整到位后方可澆筑混凝土。

5） 混凝土澆筑過程中，監(jiān)控端鋼殼位移變化，及時利用調(diào)節(jié)螺桿及固定、限位螺栓調(diào)整因混凝土擠壓引起的鋼端殼位置變化。

4.2 精調(diào)方法

端鋼殼的精調(diào)主要通過固定限位設(shè)施——端模上設(shè)置的精調(diào)構(gòu)件來實現(xiàn)，具體操作原理如下：

1）端鋼殼通過固定螺栓與端模固定后通過支撐螺桿上蝶形螺母可進(jìn)行平面和傾斜度調(diào)整，見圖4。主要進(jìn)行整個平面度較大范圍粗調(diào)、精調(diào)。

圖4 端鋼殼精調(diào)構(gòu)件示意圖Fig.4 Sketch of theaccurateadjustment components of bulkhead

2）通過限位螺栓的頂撐與固定螺栓的拉緊可實現(xiàn)端鋼殼微量調(diào)整，同時也可彌補(bǔ)由于端模變形導(dǎo)致的端模與端鋼殼無法密貼所造成的變形空隙，主要進(jìn)行局部精調(diào)以及密貼限位。

3）端鋼殼安裝調(diào)整到位后，在混凝土澆筑過程中，利用全站儀全程監(jiān)控端鋼殼位置變化情況，通過支撐螺桿以及固定螺栓與限位螺栓的配合，可實現(xiàn)對端鋼殼平面度位置的有效控制。

4.3 測量

端鋼殼在安裝前，需測定已安裝管節(jié)對接端端鋼殼的實際位置和實際傾斜度，計算待安裝管節(jié)對接端端鋼殼的空間姿態(tài)（主要是傾斜度），在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行端鋼殼安裝測量。

端鋼殼在安裝調(diào)整過程中，采用高精度全站儀結(jié)合平整度、橫向傾斜度、豎向傾斜度和特征點理論坐標(biāo)進(jìn)行安裝測量的精密定位。

在混凝土澆筑過程中需要跟蹤測量、動態(tài)調(diào)整，以不大于每澆筑50 cm高度時間間隔監(jiān)測調(diào)校1次，對混凝土澆筑引起的變形及時調(diào)整，以確保端鋼殼安裝精度。

在管節(jié)預(yù)應(yīng)力張拉完成后，測定空間姿態(tài)，并進(jìn)行三維模擬，評定其安裝精度，確定后續(xù)端鋼殼安裝參數(shù)[4]。

5 結(jié)語

港珠澳大橋沉管隧道端鋼殼安裝施工重點在于安裝精度控制，精度調(diào)整利用端模的固定限位構(gòu)件來實現(xiàn)，使其在施工階段（尤其混凝土澆筑階段）具備調(diào)節(jié)變形的能力，滿足一次成型的高精度要求，可為類似工程提供借鑒、參考。

[1] 陸明.沉管隧道管段接頭等部位的防水防腐設(shè)計[J].中國建筑防水，2002（4）：27-29.LU Ming.Waterproofing for pile connections of sunk pipe tunnel and some relevant waterproofing and anti-corrosion design[J].China Building Waterproofing，2002（4）：27-29.

[2]蔡岳峰.上海外環(huán)沉管隧道設(shè)計（十）——外環(huán)隧道端鋼殼設(shè)計[J].地下工程與隧道，2005（4）：17-20.CAI Yue-feng.Design of Shanghai outer ring immersed tuunel（10）：Design of steel shell at element end[J].Underground Engineeringand Tunnels，2005（4）：17-20.

[3] 張薇，郭井龍.淺談沉管隧道施工中鋼端殼的制作安裝[J].河南科技，2010（8）：37-38.ZHANG Wei，GUO Jing-long.Manufacture and installation of bulkhead in immersed tunnel construction[J].Henan Science&Technology，2010（8）：37-38.

[4] 何元甲，劉旭麟.港珠澳大橋沉管預(yù)制端鋼殼安裝測量技術(shù)[J].科技致富向?qū)В?013（20）：254-255.HE Yuan-jia，LIU Xu-lin.Installation and measuring techniques for the bulkhead of prefabricated immersed tunnel of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].Guide of Sci-tech Magazine，2013（20）：254-255.