外海沉管隧道壓艙混凝土施工技術(shù)

張端，朱寶華，孫建強(qiáng)

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

外海沉管隧道壓艙混凝土施工技術(shù)

張端，朱寶華，孫建強(qiáng)

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

港珠澳大橋島隧工程沉管隧道管節(jié)沉放完成后，為保證其抗浮安全，需適時(shí)在沉管行車道內(nèi)澆筑壓艙混凝土。澆筑過(guò)程與管節(jié)內(nèi)的壓艙水箱排水及管頂回填配合進(jìn)行，以保證抗浮安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。鑒于苛刻的施工環(huán)境及質(zhì)量要求，澆筑工藝較常規(guī)工藝復(fù)雜，澆筑難度較大。針對(duì)沉管隧道壓艙混凝土澆筑施工，對(duì)混凝土倒運(yùn)、分塊澆筑方式、殘余混凝土清理等施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

沉管隧道；壓艙混凝土；混凝土倒運(yùn)；混凝土清理

1 工程概況

港珠澳大橋主體工程島隧工程位于珠江口伶仃洋海域，通過(guò)設(shè)置東、西人工島以實(shí)現(xiàn)橋隧轉(zhuǎn)換。沉管沉放總體分4個(gè)階段實(shí)施，第一階段：由西人工島島頭E1管節(jié)向東人工島方向逐節(jié)沉放至E10管節(jié)；第二階段：繼續(xù)依次沉放E11—E15管節(jié)；第三階段：繼續(xù)依次沉放E16—E28管節(jié)；第四階段：由東人工島島頭E33管節(jié)向西人工島方向沉放E29-1管節(jié)，最后E30（含E29-2）管節(jié)。

為保證沉管在起浮、系泊和沉放時(shí)的干舷高度及抗浮安全，通過(guò)在沉管南北行車道內(nèi)設(shè)置壓艙水箱和澆筑壓艙混凝土進(jìn)行壓重控制。其中壓艙水箱在沉管浮運(yùn)前已安裝就位，并發(fā)揮功能效用，壓艙混凝土在后一節(jié)沉管沉放完畢后進(jìn)行澆筑，以確保沉管抗浮安全滿足設(shè)計(jì)要求。

2 壓艙混凝土施工技術(shù)

E n管節(jié)壓艙混凝土施工需要滿足以下條件：

1）E（n+1）管節(jié)沉放完成。

2）E n管節(jié)鎖定回填、一般回填、護(hù)面層回填完成。

3）E n管節(jié)壓艙水箱已拆除。

4）E n與E（n-1）之間的鋼封門(mén)已拆除。

2.1 混凝土運(yùn)輸技術(shù)

因西人工島隧道暗埋段施工周期長(zhǎng)，為保證后續(xù)沉管壓艙混凝土順利澆筑，需采取切實(shí)有效的混凝土運(yùn)輸技術(shù)。

2.1.1 預(yù)留施工孔洞

在西人工島隧道暗埋段頂板處預(yù)留施工孔洞?？锥闯叽?5 m×16.85m，位于CW3-1中管廊頂板正中位置。通過(guò)該孔洞，可向隧道內(nèi)吊放混凝土罐車、車載泵等機(jī)械設(shè)備，并向隧道內(nèi)供應(yīng)混凝土、模板等施工材料。待沉管壓艙混凝土澆筑完成后，對(duì)預(yù)留施工孔洞做封孔施工。預(yù)留施工孔洞平面位置如圖1所示。

圖1 預(yù)留施工孔洞平面位置示意圖Fig.1 The planeposition diagram of thehole reserved for construction

2.1.2 孔洞周圍設(shè)施

1）鋼棧橋

為便于進(jìn)行沉管隧道內(nèi)壓艙混凝土澆筑，西小島基坑北側(cè)采用貝雷梁和型鋼搭建1座鋼棧橋，鋼棧橋?qū)?m，兩跨布置（圖1），以滿足混凝土罐車及80 t履帶吊行走安全。

2）鋼管溜槽

預(yù)留孔洞位置配置鋼管溜槽進(jìn)行混凝土接力倒運(yùn)。鋼管溜槽采用直徑50 cm鋼管制成，呈45°布設(shè)（圖2）。鋼管溜槽為活動(dòng)式設(shè)計(jì)，在CW3-1頂板設(shè)置固定支架，溜槽底部設(shè)置鋼絲繩吊點(diǎn)。進(jìn)行壓艙混凝土澆筑時(shí)，通過(guò)鋼絲繩調(diào)整溜槽坡度。未進(jìn)行施工時(shí)，解掉鋼絲繩，使溜槽處于垂直狀態(tài)，避免對(duì)其他工序造成干擾。

圖2 混凝土倒運(yùn)示意圖Fig.2 The schematic diagram of concrete reversed transport

3）鋼立柱

由于沉管壓艙混凝土澆筑周期較長(zhǎng)，為避免CW3-1預(yù)留孔洞位置頂板在重復(fù)動(dòng)荷載作用下受到損壞，在該處頂板與底板間加設(shè)鋼立柱進(jìn)行支撐（圖2）。鋼立柱為直徑0.72m壁厚12 mm的鋼管樁，在CW3-1頂板施工前安裝就位。

2.1.3 混凝土倒運(yùn)技術(shù)

壓艙混凝土澆筑前，在CW3-1頂板采用80 t履帶吊向北側(cè)行車道內(nèi)吊放混凝土罐車。拌合站拌制的混凝土通過(guò)島上的混凝土罐車，經(jīng)由島上施工道路及鋼棧橋，通過(guò)預(yù)留施工孔洞向隧道內(nèi)罐車倒運(yùn)混凝土，如圖2所示。

2.2 壓艙混凝土泵管布置

沉管隧道南側(cè)行車道作為施工人行通道，施工人員出入頻繁。為保證隧道內(nèi)施工安全，混凝土泵車及罐車統(tǒng)一走北側(cè)行車道。

為實(shí)現(xiàn)壓艙混凝土順利澆筑，在南北行車道布置1套泵管?；炷翝仓?，車載泵駐位于北側(cè)行車道靠近澆筑區(qū)域位置。澆筑北側(cè)混凝土?xí)r，北側(cè)泵管直接與車載泵相連接。澆筑南側(cè)混凝土?xí)r，南側(cè)行車道泵管在節(jié)段接頭處穿過(guò)中墻預(yù)留孔洞與車載泵相連。該節(jié)段壓艙混凝土澆筑完成后，泵管向下一節(jié)段倒運(yùn)并安裝，從而保證流水施工。

2.3 壓艙混凝土臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)

為便于壓艙混凝土澆筑厚度及表面平整度控制，在待澆筑壓艙混凝土分塊中心線處搭設(shè)1.2m寬支架，支架本身作為泵管架設(shè)的平臺(tái)，其縱向連接桿作為壓艙混凝土頂部刮杠的軌道。與此同時(shí)，在側(cè)模上安裝高程控制定位桿，確保壓艙混凝土頂標(biāo)高滿足要求。同時(shí)，在支架與側(cè)模上搭設(shè)跳板，以便于振搗施工。定位桿隨壓艙混凝土澆筑逐步拔除。壓艙混凝土臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)布置如圖3所示。

圖3 壓艙混凝土澆筑臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)布置Fig.3 The tem porary working p latform of ballast concrete pouring

2.4 壓艙混凝土澆筑

為保證混凝土質(zhì)量，澆筑時(shí)通過(guò)多次數(shù)、多方向轉(zhuǎn)換彎頭的方式均勻布料，并嚴(yán)格控制混凝土分層厚度。在混凝土澆筑過(guò)程中通過(guò)增加踏板數(shù)量增大施工人員的工作面，并加強(qiáng)混凝土振搗[1]。壓艙混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑照片如圖4所示。

2.5 混凝土溫度控制措施

在拌合站粉料罐頂部設(shè)置環(huán)形水管，水管按照每10°劃分一段，每段設(shè)置1個(gè)噴嘴。通過(guò)水份的蒸發(fā)過(guò)程吸收熱量，從而降低粉料倉(cāng)溫度。

圖4 壓艙混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.4 The scene photo ofballast concrete pouring

砂、石進(jìn)場(chǎng)后，儲(chǔ)存在拌合站邊的堆料倉(cāng)中，在骨料表面覆蓋1層土工布，并在土工布上覆蓋1層反光布，對(duì)骨料進(jìn)行保溫。每座混凝土拌合站配備1套ILG405S（4℃）Y混凝土專用冷水機(jī)組進(jìn)行攪拌用水制冷，并配備1座冷藏箱，儲(chǔ)存冰塊，與制冷機(jī)配合使用，制冷溫度由28℃降至4℃以下[2-3]。

3 殘余混凝土清理

3.1 隧道內(nèi)泵車及罐車清洗

壓艙混凝土澆筑完成后，泵車和罐車的清理工作需在隧道內(nèi)進(jìn)行。因隧道內(nèi)空間狹小，且淡水倒運(yùn)困難，故清洗操作難度極大。為此，在隧道入口處設(shè)置泵車罐車循環(huán)清洗裝置。

泵車罐車循環(huán)清洗裝置由1～3號(hào)水池組成，并配有高壓水槍。其中1號(hào)、2號(hào)水池為沉淀池，3號(hào)水池為蓄水池。1～3號(hào)水池的布置形式如圖5所示。

圖5 1～3號(hào)水池布置示意圖Fig.5 1～3 tank layout

泵車在1號(hào)池處清洗，罐車在2號(hào)池處清洗，清洗用水均來(lái)自于3號(hào)池，清洗后的混凝土等雜質(zhì)分別沉淀在1號(hào)和2號(hào)池。

待混凝土等雜質(zhì)沉淀后，將1號(hào)和2號(hào)池上方的清水導(dǎo)入3號(hào)池，并將1號(hào)池、2號(hào)池內(nèi)混凝土等雜質(zhì)清理倒運(yùn)出隧道。

該清洗裝置可實(shí)現(xiàn)淡水的循環(huán)利用，減少淡水的用量，較好地解決了向管內(nèi)倒運(yùn)淡水困難的問(wèn)題，且可降低施工成本。

3.2 隧道內(nèi)殘余混凝土清理

沉管隧道內(nèi)殘余的混凝土較難集中向隧道外倒運(yùn)。為此，特采用鋼模板拼裝成鋼槽搜集殘余混凝土。

在混凝土澆筑期間，將鋼槽擺放于容易溢出混凝土的位置，并在混凝土溢出后及時(shí)裝入鋼槽中，保證施工場(chǎng)地的清潔。每隔一段時(shí)間用振搗棒對(duì)鋼槽內(nèi)的混凝土進(jìn)行振搗，使混凝土形成整體塊體。

待鋼槽內(nèi)的混凝土硬化后，拆除模板，將里面的混凝土塊體取出，并倒運(yùn)至沉管隧道外作為配重塊。鋼模板經(jīng)清理后重新組裝，并重新用于搜集殘余混凝土等雜質(zhì)。

該方式操作簡(jiǎn)便，極大改善了傳統(tǒng)施工過(guò)程中使用噸袋倒運(yùn)殘余混凝土?xí)r混凝土散落的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

港珠澳大橋沉管隧道空間狹小，安全防護(hù)措施要求高，施工難度大。通過(guò)不斷改進(jìn)施工工藝與技術(shù)，加強(qiáng)質(zhì)量要求，規(guī)范過(guò)程控制，克服空間狹小的障礙，使得壓艙混凝土順利澆筑，質(zhì)量滿足要求，同時(shí)極大提高了施工效率，節(jié)省了人力物力，為以后類似工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]GB 50496—2009，大體積混凝土施工規(guī)范[S]. GB 50496—2009,Code forconstruction ofmass concrete[S].

[2]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋大體積混凝土耐久性質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)程[S].2013. Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Technology standards for thequality controlofmass concrete durability of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S].2013.

[3]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋大體積混凝土施工期裂縫控制技術(shù)規(guī)程[S].2013. Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Standards for anticracking technology in mass concrete construction of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S].2013.

Construction technology of ballast concrete in offshore imm ersed tunnel

ZHANGDuan,ZHUBao-hua,SUN Jian-qiang
（No.1 Eng.Co.,Ltd.of CCCCFirstHarbor EngineeringCo.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

After the immersed tube sinking in the immersed tunnel of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island&tunnel project,in order to ensure the safety of anti floating,itshould be timely pouring ballastconcrete in the immersed tube roadway. The pouring process cooperated with the ballast tank pressure drainage and the back fill on the top of pipe in pipe section,to ensure that the safety factor of anti buoyancy tomeet the design requirements.In view of the harsh construction environment and quality requirements,pouring process ismore complex than conventional process,the pouring ismore difficult.Aiming at the ballast concrete pouring construction of immersed tube tunnel,we introduced in detail the construction technologies of concrete reversed transport,sub block casting,and residual concrete cleaning.

immersed tunnel;ballast concrete;concrete reshipment;concrete cleaning

U655.4；U455.46

B

2095-7874（2015）11-0081-04

10.7640/zggw js201511022

2015-10-12

張端（1990— ），男，遼寧葫蘆島人，助理工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。E-mail：491773075@qq.com