大型沉管頂推滑板選型與優(yōu)化

王李，劉然，范卓凡

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

大型沉管頂推滑板選型與優(yōu)化

王李，劉然，范卓凡

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

頂推施工法工藝成熟，廣泛應(yīng)用于橋梁工程中，而預(yù)制沉管頂推工藝不同于傳統(tǒng)的頂推施工法，多點(diǎn)支撐同步頂推的施工工藝，對頂推的同步性、設(shè)備的要求更高，尤其是頂推滑板的選型，直接關(guān)系到頂推施工中沉管的安全與質(zhì)量。通過多次對頂推滑板進(jìn)行選型與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證了港珠澳大橋沉管頂推施工的安全及工效。

頂推法；預(yù)制沉管；滑板；選型；優(yōu)化

0 引言

伴隨著20世紀(jì)初預(yù)應(yīng)力混凝土及高強(qiáng)度鋼材的相繼出現(xiàn)，近代橋梁施工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。1959年，由前聯(lián)邦德國的萊昂哈特博士和包爾教授首次將頂推技術(shù)運(yùn)用于奧地利阿格爾橋梁的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁上。由于頂推施工具有噪音小、占用場地少、使用設(shè)備簡單即可完成重型構(gòu)件的移動(dòng)和安裝等優(yōu)點(diǎn)，因而在世界各國得到了廣泛運(yùn)用和迅速發(fā)展。而后，根據(jù)施工需要，頂推分為單點(diǎn)頂推和多點(diǎn)頂推，單點(diǎn)頂推對頂推力要求大，多點(diǎn)頂推對頂推同步性要求高。不管是單點(diǎn)頂推還是多點(diǎn)頂推，近年來隨著施工大型化、裝配化的趨勢，頂推技術(shù)的應(yīng)用必將越來越廣泛。

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程海底沉管隧道總長度為5 664 m，由33個(gè)管節(jié)組成，其中直線段管節(jié)28個(gè)，曲線段管節(jié)5個(gè)，曲率半徑5 500 m。單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長180 m，由8個(gè)長22.5 m的節(jié)段組成。管節(jié)采用兩孔一管廊截面形式，寬37.95 m，高11.40m。在管節(jié)下方設(shè)置4條滑移軌道，分別位于2個(gè)側(cè)墻和2個(gè)中隔墻下方，滑移軌道上設(shè)置支撐千斤頂，在頂推過程中支撐節(jié)段重量[1-3]。

節(jié)段頂推采取分散連續(xù)頂推方法：在1號節(jié)段下方設(shè)置24個(gè)支撐千斤頂和8對頂推千斤頂，當(dāng)1號節(jié)段混凝土達(dá)到頂推強(qiáng)度要求后，向淺塢方向頂推22.5 m，下一節(jié)段匹配預(yù)制（即2號節(jié)段）；2號節(jié)段則配置同樣的支撐和頂推裝置，連同1號節(jié)段向前頂推22.5m；以此類推，完成管節(jié)8個(gè)節(jié)段的澆筑；最后整體向前頂推至淺塢區(qū)。

2 頂推滑移參數(shù)

沉管預(yù)制頂推滑移系統(tǒng)包括滑道和滑板?；罏殇摶旖M合結(jié)構(gòu)，管節(jié)重量通過支撐千斤頂、鋼筋混凝土梁傳遞到地基；水平頂推力則通過頂推千斤頂作用于鋼滑道上，鋼滑道表面貼有3塊3mm厚不銹鋼板?；鍨楦叻肿硬牧?，安裝于支撐千斤頂?shù)装宓酌?。頂推時(shí)滑板在不銹鋼板上滑動(dòng)，如圖1。滑板與滑道間是面接觸的形式，能夠保證滑移面和滑道之間的接觸壓強(qiáng)相對較小，提高頂推施工的穩(wěn)定性和安全性?；宀牧系倪x取是頂推系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一，摩擦系數(shù)太大會(huì)導(dǎo)致頂推力過大，頂推千斤頂和滑道相應(yīng)增大，造成不必要的浪費(fèi)。

圖1 頂推滑移接觸面細(xì)部圖Fig.1 Detailsof push sliding contact sur face

滑板與不銹鋼接觸面必須保證滑動(dòng)時(shí)摩擦力小于設(shè)計(jì)最大摩擦力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，滑板和不銹鋼間的摩擦系數(shù)為：

1）最大靜摩擦系數(shù)：7%（考慮2%的安全儲(chǔ)備）。

2）滑動(dòng)摩擦系數(shù)：3%～5%。

即最大摩擦系數(shù)為7%。

管節(jié)總重量為：85 325×8=682 600 kN。

所需頂推力為：0.07×682 600=47 782 kN。

單個(gè)管節(jié)下方頂推千斤頂能夠提供的頂推力為：6 333×8=50 664 kN。

所需頂推力47 782 kN<千斤頂所能提供的頂推力50 664 kN，能夠滿足管節(jié)的頂推要求。

3 頂推滑板選型

3.1 頂推滑板材料比選

對于頂推滑板的選型，其必須滿足良好的彈性和抗沖擊性、摩擦系數(shù)低、承載能力大、耐磨性好、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定。港珠澳大橋島隧工程預(yù)制沉管頂推施工滑板從材料上，主要對MGC材料、聚四氟乙烯材料（PTFE）兩種進(jìn)行比選，通過調(diào)研論證、試驗(yàn)分析及現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合分析對比后選擇聚四氟乙烯材料（PTFE），頂推滑板材料綜合對比表見表1，兩種材料頂推滑板圖見圖2。

表1 頂推滑板材料綜合對比表Table1 Integrated comparison chartof push slide m aterials

圖2 兩種材料頂推滑板圖Fig.2 Twom aterialsof push slide

3.2 頂推滑板尺寸選型

根據(jù)支撐千斤頂及滑移不銹鋼板軌道的尺寸及要求，同時(shí)考慮到頂推滑板的延展性和成本，最終確定頂推滑板的尺寸為長100 cm，寬16 cm，中間設(shè)置3個(gè)螺栓孔，使用尼龍螺栓將滑板固定在支撐千斤頂?shù)撞?。同時(shí)由于滑板與不銹鋼軌道間需通過潤滑油降低兩者間摩擦系數(shù)，因此在滑板上留有油槽?；宄叽缫妶D3。

圖3 滑板尺寸圖Fig.3 Slide size chart

4 頂推滑板優(yōu)化

4.1 頂推滑板厚度的優(yōu)化

施工方案中對頂推滑板的厚度擬定為15mm，現(xiàn)場實(shí)際使用中效果不太理想，其原因在于聚四氟乙烯材料硬度較軟，頂推滑板在進(jìn)行近300 m距離的頂推移動(dòng)中為克服摩擦系數(shù)及沉管自身重力，將不斷地變薄及被拉伸（圖4），導(dǎo)致滑板厚度不符合頂推條件。另外，為增大頂推滑板與支撐千斤頂?shù)撞磕Σ料禂?shù)，防止頂推滑板從支撐千斤頂下部滑出，支撐千斤頂?shù)酌嬖黾恿思s2 mm高的焊點(diǎn)。

圖4 滑板拉伸圖Fig.4 Tensile figureof push slide

為保證頂推過程中支撐千斤頂?shù)撞坎粫?huì)由于頂推滑板變薄而刮傷不銹鋼滑軌，同時(shí)充分考慮頂推至最終位置時(shí)頂推滑板的拉伸量，因此對頂推滑板厚度增加2～17 mm。

4.2 頂推滑板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

頂推過程由于滑板長期承壓變薄，潤滑油無法進(jìn)入滑板與不銹鋼滑軌間，導(dǎo)致頂推摩擦系數(shù)增大、滑板被拉伸，從而增大了沉管頂推移動(dòng)過程中的換板次數(shù)。為此，對頂推滑板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1）對頂推滑板底部增加油孔，便于潤滑油的儲(chǔ)存。

2）增大原油槽深度至2mm，便于潤滑油進(jìn)入。

優(yōu)化后的滑板，通過現(xiàn)場頂推施工的檢驗(yàn)，較前期的滑板潤滑油能夠進(jìn)入滑板與不銹鋼滑軌之間，因而摩阻系數(shù)顯著減小，同時(shí)頂推滑板的拉伸現(xiàn)象也大大降低，優(yōu)化后頂推滑板見圖5。

圖5 優(yōu)化后頂推滑板圖Fig.5 The optim ized push slide

5 結(jié)語

沉管頂推施工中，根據(jù)頂推滑板的使用情況，對頂推滑板有針對性地進(jìn)行改造與優(yōu)化，從而提高了頂推滑板的使用性能，確保了預(yù)制沉管在頂推過程中的安全、質(zhì)量和工效，為以后類似施工提供了借鑒。

[1]陳偉彬，劉遠(yuǎn)林，李海峰.超大型沉管頂推技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（7）：100-104. CHENWei-bin,LIU Yuan-lin,LIHai-feng.Pushing technology of super large immersed tube[J].China Harbour Engineering,2015, 35(7):100-104.

[2]尹海卿.港珠澳大橋島隧工程設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2014，34（1）：60-66. YINHai-qing.Key technologies app lied in design and construction of artificial islands and immersed tunnel of Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge(HZMB)Project[J].Tunnel Construction,2014,34 (1):60-66.

[3]戴書學(xué)，游川.節(jié)段式預(yù)制沉管頂推系統(tǒng)比選與優(yōu)化[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（7）：4-7. DAIShu-xue,YOUChuan.Comparison and optimization for pushing system ofsectionalprefabricated immersed tube[J].China Harbour Engineering,2015,35(7):4-7.

Selection and optim ization of push p late in large-scale immersed tube

WANG Li,LIURan,FAN Zhuo-fan
（China Communications2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401121,China）

The pushing construction technology is mature,and widely used in bridge engineering.However,the pushing technology for prefabricated immersed tube is different from the traditional pushing construction method,it is a construction technology of themulti point supporting synchronous pushing,and the synchronization push and equipment requirements are higher,especially for the selection of push plate,which is directly related to the safety and quality of construction to push the immersed tube.Through repeated selection and structure optimization of the push plate,we ensured the safety and efficiency for pushing construction of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge.

pushingmethod;prefabricated immersed tube;push plate;selection;optim ization

U655.4

B

2095-7874（2015）11-0049-03

10.7640/zggw js201511014

2015-10-12

王李（1989— ），男，四川資陽市人，助理工程師，土木工程專業(yè)。E-mail：315584312@qq.com