大型沉管端鋼殼施工工藝比選

張文森，黃文慧

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

1 工程概況

端鋼殼安裝在沉管管節(jié)的2個(gè)端頭，與管節(jié)混凝土澆筑為整體，其施工方法有一次整體澆筑的一次成型和分段施工的二次成型，一次成型適用于工法廠管節(jié)預(yù)制，二次成型適用于管節(jié)干塢法預(yù)制。本文闡述的一次成型端鋼殼施工工藝主要借鑒港珠澳大橋島隧工程，二次成型施工工藝主要參考洲頭咀隧道工程。

港珠澳大橋海底沉管隧道全長5.664 km，由33個(gè)管節(jié)組成，共34個(gè)管節(jié)接頭，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長180 m，寬37.95m，高11.4m，采用兩孔一管廊截面形式，端鋼殼采用一次性整體澆筑形式，有兩種類型：A型（共34套）、B型（共32套），端鋼殼尺寸為650 mm×280 mm的L形截面，主要由端部面板（24 mm×620 mm）、翼緣板（30 mm×280 mm）、加勁板及連接焊釘（φ25 mm）組成，端鋼殼斷面圖如圖1所示。

圖1 一次成型端鋼殼斷面圖Fig.1 Section ofone-stepmolding steelshell

洲頭咀隧道工程沉管段全長340 m，預(yù)制混凝土沉管數(shù)量為5節(jié)，各管節(jié)水平投影長度分別為85 m、85 m、79.5 m、3.5 m、85 m，寬 31.4 m，高9.68m，端鋼殼共10個(gè)，采用在干塢預(yù)制的方法。二次成型端鋼殼斷面圖如圖2所示。

圖2 二次成型端鋼殼斷面圖Fig.2 Section of two-stepmolding steelshell

2 一次成型端鋼殼施工工藝

一次成型端鋼殼是指管節(jié)端鋼殼采用整體式設(shè)計(jì)，在管節(jié)混凝土澆筑時(shí)安裝就位并調(diào)整到設(shè)計(jì)要求的精度，管節(jié)預(yù)制完成后即可使用，無需進(jìn)行面板安裝、灌漿及防腐等二次施工[1-2]。施工工藝流程：端鋼殼制作→端鋼殼拼裝→端鋼殼安裝固定→端鋼殼調(diào)整→端鋼殼防腐。

2.1 端鋼殼制作

為提高端鋼殼的加工制作精度，單個(gè)端鋼殼由專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)制作廠家分14塊在工廠內(nèi)制作，如圖3所示。為方便制作過程的變形控制，端鋼殼所有材料均使用數(shù)控下料，采用專業(yè)工裝拼裝固定后再進(jìn)行分段焊接成型?？紤]到沉管預(yù)制在島上施工，為保證端鋼殼對(duì)接接頭的焊接質(zhì)量及控制單塊構(gòu)件的變形，在考慮構(gòu)件裝車運(yùn)輸全體下，將部分較小的端鋼殼加工成型后對(duì)接成整體，減少后期現(xiàn)場拼裝、焊接的工作量。根據(jù)端鋼殼加工分塊的特點(diǎn)，到達(dá)預(yù)制廠時(shí)為10大塊。

2.2 端鋼殼拼裝

端鋼殼拼裝分為三部分，一是在工廠內(nèi)預(yù)拼裝，二是在預(yù)制廠拼裝場地拼裝，三是在預(yù)制廠廠房內(nèi)拼裝。預(yù)制廠拼裝場地拼裝指端鋼殼運(yùn)輸?shù)竭_(dá)預(yù)制廠后，為減少安裝對(duì)接的工作量，加快端鋼殼安裝進(jìn)度，在拼裝場地專用拼裝臺(tái)座上，提前將B1+B2、B3+B4、B9+B10對(duì)接成整體再運(yùn)輸至預(yù)制廠廠房內(nèi)，拼裝完成后，端鋼殼共分為7塊。

圖3 端鋼殼加工分段圖Fig.3 Steelshellprocessing section

預(yù)制廠廠房內(nèi)拼裝指在端鋼殼安裝前，提前將端鋼殼轉(zhuǎn)運(yùn)至廠房內(nèi)，將（B1+B2+B3+B4）、（B7+B8+B9+B10+B11+B12）在廠房內(nèi)進(jìn)行拼裝、焊接、調(diào)整平整度，提前對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行焊縫檢測，以減少在鋼筋籠上的對(duì)接工作量，拼裝完成后，端鋼殼共分為4塊，分別為底板1塊、墻體2塊、頂板1塊。

2.3 端鋼殼安裝固定

頂板鋼筋綁扎完成后，為便于端鋼殼安裝，提前將鋼筋籠向前頂推1 m，在測量放樣出端鋼殼定位基準(zhǔn)線后開始安裝。端鋼殼安裝采用先底板、后側(cè)墻、再頂板的安裝順序，對(duì)底板端鋼殼與墻體端鋼殼接頭進(jìn)行對(duì)接、焊接及打磨。頂板端鋼殼安裝前，提前對(duì)底板與墻體接頭平整度及焊縫進(jìn)行檢測，再根據(jù)測量臺(tái)架上的放樣點(diǎn)，安裝頂板端鋼殼，并固定于鋼筋籠上，隨鋼筋籠一起頂推至澆筑坑，如圖4所示。

圖4 端鋼殼與鋼筋籠一起頂推Fig.4 The steelshellpushesw ith steelcage

2.4 端鋼殼調(diào)整

端鋼殼調(diào)整共分為3個(gè)階段：體系轉(zhuǎn)換后、模板安裝后、混凝土澆筑過程中。

鋼筋籠頂推至澆筑坑，完成體系轉(zhuǎn)換后，通過全站儀測量，按底板、側(cè)墻、頂板的順序，采用手拉葫蘆將端鋼殼整體初調(diào)至基準(zhǔn)線。

端鋼殼初調(diào)到位，安裝模板端模系統(tǒng)，通過端鋼殼與端模支撐系統(tǒng)上的定位螺栓對(duì)端鋼殼進(jìn)行精調(diào)，并調(diào)節(jié)端模支架的支撐螺栓，使支撐與端鋼殼緊貼、固定。仔細(xì)檢查各支撐螺栓的預(yù)緊狀況，然后再次對(duì)端鋼殼進(jìn)行全面復(fù)測，確認(rèn)平整度滿足要求后，用角鋼將端鋼殼與鋼筋籠進(jìn)行焊接加固。

在管節(jié)混凝土澆筑過程中，對(duì)端鋼殼進(jìn)行全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測[3-4]，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過調(diào)節(jié)支撐螺栓對(duì)端鋼殼的平整度進(jìn)行微調(diào)，確保端鋼殼質(zhì)量。

2.5 端鋼殼防腐處理

端鋼殼除在鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)進(jìn)行防腐處理外，在管節(jié)頂推到淺塢，完成預(yù)應(yīng)力施工后，對(duì)所有焊接位置及表面重新進(jìn)行防腐處理，端鋼殼防腐按永久鋼結(jié)構(gòu)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，采用熱浸鋅70μm重度防腐涂裝，并在底板內(nèi)側(cè)鋼結(jié)構(gòu)上附加犧牲陽極保護(hù)，外側(cè)設(shè)置5 mm預(yù)留腐蝕厚度。

3 二次成型端鋼殼施工工藝

二次成型端鋼殼指在管節(jié)混凝土澆筑時(shí)先安裝端鋼殼主體結(jié)構(gòu)，等管節(jié)預(yù)制完成后再整體安裝端鋼殼面板，最后需在端鋼殼主體與面板之間灌注高強(qiáng)砂漿。端鋼殼的現(xiàn)場安裝分3次進(jìn)行：第一次在澆筑混凝土底板前安裝下段，第二次在澆筑上層結(jié)構(gòu)前安裝上段，第三次是待混凝土充分固化后安裝端鋼殼面板。二次成型端鋼殼施工工藝流程為：端鋼殼制作→端鋼殼下段工字鋼安裝→端鋼殼上段工字鋼安裝→端鋼殼面板安裝→端鋼殼防腐→端鋼殼注漿。

3.1 二次成型端鋼殼制作

二次成型端鋼殼工字鋼及鋼面板分開加工制作，考慮到端鋼殼整體尺寸、加工誤差、運(yùn)輸便利、現(xiàn)場拼裝和精度控制等因素，將工字鋼分9段加工，鋼面板按設(shè)計(jì)圖紙分塊加工制作。

3.2 二次成型端鋼殼下段工字鋼安裝

在進(jìn)行端鋼殼下段工字鋼安裝前，先進(jìn)行測量放線，再將端鋼殼下段工字鋼吊至安裝位置，以中心線、半寬/全寬輪廓線定位，直立面用線錘吊點(diǎn)定位和照對(duì)邊墻上的斜度線進(jìn)行粗安裝。粗安裝完成后，安裝支撐臺(tái)架。支撐臺(tái)架除了支撐端鋼殼外，同時(shí)提供安裝端鋼殼的操作平臺(tái)，并能夾緊端鋼殼半成品部件，使半成品固定在正確的位置上，安裝支撐架還要抵抗?jié)仓炷習(xí)r的側(cè)向推力。

支撐臺(tái)架安裝完成后，將直立面與支撐臺(tái)架和沉管側(cè)板固定，下梁的下翼緣固定于沉管底板和現(xiàn)場預(yù)埋件上，上翼緣按照現(xiàn)場預(yù)埋件的間隔固定于短柱上，固定完成后，進(jìn)行端鋼殼下段工字鋼的精調(diào)和沉管底板混凝土的澆筑。

3.3 二次成型端鋼殼上段工字鋼安裝

底板混凝土澆筑完成后，開始安裝端鋼殼上段工字鋼，首先在支撐臺(tái)架上標(biāo)注端鋼殼安裝線，復(fù)核其半寬、全寬、高度、對(duì)角尺寸的正確性，將兩側(cè)的端鋼殼根據(jù)傾斜度進(jìn)行固定，然后將上面水平兩段安裝固定在支架上，用測量儀整體測量端鋼殼的平整度和傾斜度，再焊接必要的定位馬板和準(zhǔn)備必要的定位工具固定整個(gè)端鋼殼。

整個(gè)端鋼殼固定后，先將兩側(cè)的拼縫焊接好，再依次焊接剩余的3個(gè)接頭，待UT探傷檢驗(yàn)合格后進(jìn)行側(cè)墻和頂板混凝土澆筑。

3.4 二次成型端鋼殼面板安裝

待側(cè)墻和頂板混凝土澆筑完成后，即可開始進(jìn)行端鋼殼面板的安裝。首先用測量儀檢查端鋼殼在澆筑混凝土后的變形情況，用測量儀定出止水板的安裝線，將安裝線用洋沖孔打在端鋼殼的上下翼緣上；其次在端鋼殼H鋼的下翼緣焊接2個(gè)卡碼，用吊碼將止水板吊入卡碼中，在端鋼殼H鋼的上翼緣再焊接2個(gè)卡碼卡住止水板，卸下吊卡，用卡碼和鐵楔固定好并點(diǎn)焊；最后采取從中間向兩邊、從下而上進(jìn)行的安裝順序，將已焊好螺栓并開好焊接坡口的止水板吊裝定位，頂緊于定位板上，并隨時(shí)檢查與安裝線的對(duì)應(yīng)，每延米間用鋼直尺檢查平整度。定位焊應(yīng)牢固，無缺陷，焊接前將焊縫周圍清潔干凈，先焊接頭隔板處的塞焊，再從中間向兩邊逐段焊接。

第一塊止水板焊完后，測量其變形情況，確認(rèn)施工方式能達(dá)到要求后再裝焊其它鋼面板，過程中邊裝焊邊測量，保證精度要求。

3.5 二次成型端鋼殼防腐

端鋼殼制作安裝完成后，進(jìn)行防銹、防腐蝕處理，防腐涂層包括端鋼殼面板施工完成以后所有的外露表面，首先進(jìn)行一道底漆施工，采用702環(huán)氧富鋅底漆（20μm厚），再進(jìn)行2道防銹漆施工，采用846環(huán)氧瀝青厚漿型防銹漆（250 μm 厚）。

3.6 二次成型端鋼殼注漿

在端鋼殼面板姿態(tài)和平整度復(fù)測滿足要求的情況下，進(jìn)行端鋼殼注漿，端鋼殼注漿采用M40水泥砂漿，將端鋼殼腹板和面板之間的空腔填充，灌注壓力控制在0.3～0.5 MPa。水泥砂漿灌注從下至上，從中間至兩邊，分步對(duì)稱緩慢均勻進(jìn)行。每一隔腔的灌注應(yīng)待其相應(yīng)的排氣孔持續(xù)流出水泥漿5 s后方可封閉排氣孔，封孔后持續(xù)加壓灌注10～20 s后封閉灌注孔。注漿完成后，及時(shí)將注漿孔及排氣孔封焊，并將焊疤打磨平整。

4 工藝比選

通過以上一次成型和二次成型的工藝分析可知，一次成型端鋼殼存在施工費(fèi)用低、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)，適用于工廠化、流水施工管節(jié)預(yù)制；二次成型施工工序繁雜，施工工期較長，施工費(fèi)用較高，適用于分段施工的干塢預(yù)制。以下從施工方法、施工成本、施工工期、質(zhì)量控制和安全保證等方面進(jìn)行對(duì)比分析，詳見表1所示。

表1 一次成型與二次成型端鋼殼施工工藝對(duì)比Table1 Contrastofone-stepmolding and two-stepmolding steelshellconstruction technologies

5 結(jié)語

本文通過對(duì)兩種典型沉管預(yù)制法端鋼殼施工工藝的介紹，總結(jié)、分析了兩種端鋼殼的特點(diǎn)和適用范圍。從分析可知，兩種端鋼殼施工工藝均可行，各具優(yōu)劣，但比較而言，一次成型端鋼殼施工工藝作為端鋼殼施工的一種新型工藝，適應(yīng)性強(qiáng)，工期短，成本低，對(duì)于管節(jié)預(yù)制數(shù)量多的沉管施工更具優(yōu)勢，可為今后工廠化管節(jié)預(yù)制及其他類似工程提供參考。

[1] 向劍，劉經(jīng)國，蘇懷平.沉管管節(jié)端鋼殼制造及安裝工藝[J].中國港灣建設(shè)，2014（8）：54-56.XIANG Jian,LIU Jing-guo,SU Huai-ping.Manufacture and installation technology for the bulkhead of immersed tube elements[J].ChinaHarbour Engineering,2014(8):54-56.

[2] 梁艷.淺談沉管隧道端鋼殼設(shè)計(jì)[J].安徽建筑，2008（4）：132-133.LIANG Yan.On the design of steel shell at immersed tunnel[J].AnhuiArchitecture,2008(4):132-133.

[3] 劉凱，陳霞.沉管隧道鋼端殼安裝精度控制[J].隧道建設(shè)，2012（1）：99-102.LIU Kai,CHEN Xia.Control of installation accuracy of steel end shells in construction of immersed tunnels[J].Tunnel Construction,2012(1):99-102.

[4] 李惠明，梁杰忠，董政.沉管預(yù)制混凝土施工工藝比選[J].中國港灣建設(shè)，2013（4）：57-62.LIHui-ming,LIANG Jie-zhong,DONG Zheng.Comparison and selection of technologies for prefabrication of immersed tube sectionsin factory[J].China Harbour Engineering,2013(4):57-62.