深埋沉管防水體系施工技術

黃 濤，戴書學，李譽文

深埋沉管防水體系施工技術

黃 濤，戴書學*，李譽文

（中交第二航務工程局第二工程有限公司，重慶401121）

對于大型海底沉管隧道，無論從設計還是施工而言，防水施工都是至關重要的環(huán)節(jié)，也是施工控制的重點和難點。港珠澳大橋沉管隧道最大水下深度達46m，混凝土結構為自防水體系，接頭部位采用多層防水措施。文章從設計和施工角度介紹了項目的防水體系相關技術，以期為類似項目提供借鑒。

港珠澳大橋；沉管隧道；防水體系；施工技術

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程隧道總長6 704m，其中鋼筋混凝土預制沉管段長5 664m，最大水下深度達46 m，設計使用年限120 a，對沉管防水體系設計和施工提出了非常高的要求。

2 沉管防水體系設計

沉管防水體系設計包括沉管結構防水和接頭防水，沉管結構的防水體系主要分為外包鋼殼防水[1]、外包防水涂層防水和混凝土自防水。

2.1 沉管結構防水

港珠澳大橋島隧工程預制沉管采用海工高性能混凝土結構自防水體系，混凝土28 d強度為C45，56 d強度為C50，抗?jié)B等級P12，抗氯離子滲透系數28 d齡期≤6.5×10-12m2/s、56 d齡期≤4.5×10-12m2/s。

2.2 接頭防水

2.2.1 管節(jié)接頭

管節(jié)接頭防水體系主要包括GINA止水帶和OMEGA止水帶2道防水結構，結構形式見圖1。

GINA止水帶材質是天然橡膠，考慮到隧道縱向水壓不同，設計采用同一尺寸斷面、不同硬度的橡膠實現(xiàn)各管節(jié)GINA止水帶壓縮量較為接近的目標，所有GINA止水帶的壓縮量基本控制在121～159 mm。同時供應商進行了地震工況GINA止水帶動荷載試驗，通過表面檢查和試驗前后止水帶的尺寸對比得出結論:地震工況未對GINA止水帶受壓特性帶來不利影響。

OMEGA止水帶材質是丁苯橡膠，根據管節(jié)接頭OMEGA止水帶的室內抗水壓試驗可知在接頭張開20 mm工況下止水帶可承受0.9 MPa水壓，最大變形量為-100～90 mm。

2.2.2 節(jié)段接頭

節(jié)段接頭為半剛性結構[2]，鋼筋在此處完全斷開，通過混凝土剪力鍵和預應力束控制接頭的剪切位移和張開量。節(jié)段接頭防水體系主要包括中埋式可注漿止水帶、OMEGA止水帶和聚脲防水涂層3道防水結構[3]，結構形式見圖2。

圖2 節(jié)段接頭防水結構圖Fig.2 Waterp roofing configuration at jointsbetween tunnelsegments

根據分析計算，為最大程度發(fā)揮止水帶功效，中埋式可注漿止水帶布置于受壓區(qū)或受壓區(qū)邊緣。中埋式可注漿止水帶材質為丁苯橡膠和鋼片，總寬度為50 cm，包括止水帶和注漿管兩部分，結構形式見圖2。由供應商進行了短期抗水壓和200次循環(huán)抗水壓試驗，試驗結果表明:短期抗水壓能力為在接頭張開90 mm工況下止水帶可承受0.9 MPa水壓；循環(huán)抗水壓能力為在接頭張開45 mm工況下止水帶可承受0.5MPa水壓，接頭張開31mm工況下可承受0.75MPa水壓。

節(jié)段接頭OMEGA止水帶與管節(jié)接頭OMEGA止水帶材質和斷面形式基本相同，只是尺寸相對較小，根據室內抗水壓試驗可知在接頭張開60 mm工況下止水帶可承受0.9MPa水壓，最大變形量為-40～60mm。

節(jié)段接縫兩側各1.2 m范圍內噴涂聚脲防水涂料以增強接頭防水能力，接縫兩側各0.15m范圍內厚度為4mm，其余區(qū)域厚度為2mm。為滿足接頭柔性要求，在接縫處粘貼16 cm寬隔離膜。

3 防水體系施工

防水體系施工是貫穿整個沉管預制的系統(tǒng)工程，幾乎所有工序都與其相關，所以嚴格做好各道工序質量控制非常重要。以下簡要介紹各工序與防水密切相關的施工內容及控制要點。

3.1 鋼筋安裝

中埋式止水帶安裝于節(jié)段端面，受其影響箍筋斷開為上下兩部分。該部分鋼筋安裝對節(jié)段接頭防水具有一定影響，施工中要求嚴格按設計位置安裝，保證止水帶上下鋼筋間距均勻。止水帶后方增設抵抗注漿壓力的豎向鋼筋安裝要到位并與箍筋綁扎固定，間距均勻。受預應力孔道影響，部分止水帶周邊鋼筋間距需要避讓，要求調整后的鋼筋間距不大于30 cm。

3.2 混凝土配制與澆筑

優(yōu)良的混凝土生產和澆筑品質是混凝土結構自防水成功的關鍵，需從原材料選擇與配合比設計、混凝土溫度控制、澆筑和振搗工藝、養(yǎng)護等環(huán)節(jié)加強控制。

3.2.1 原材料選擇與配合比設計

選用低水化熱水泥，混凝土采用雙摻技術，通過摻加粉煤灰、礦粉減少水泥用量，采用優(yōu)質外加劑降低水膠比，降低產生溫度裂縫的風險，提高混凝土抗?jié)B透能力和耐久性。攪拌站設置貯量滿足1.5個節(jié)段混凝土澆筑的砂石料倉，提前將砂石料轉運進料倉，減小含水量波動以保證混凝土生產質量的穩(wěn)定。

3.2.2 混凝土溫控

沉管一次澆筑方量約3 400 m3，底板、頂板和側墻厚度均為1.5m，屬大體積混凝土，混凝土溫控對控裂至關重要[4]。在分析各種混凝土溫度影響的基礎上，采用計算機模擬計算分析，提出沉管混凝土溫控目標為:入模溫度≤25℃、結構內部最高溫度≤70℃、內表溫差≤25℃、表面與環(huán)境溫差≤15℃、養(yǎng)護水與混凝土表面溫差≤15℃。為保證溫控目標的實現(xiàn)，主要采取以下措施。

1）降低材料溫度:設置粉料中間倉，溫度過高的新進粉料可在中間倉貯存降溫；砂石料倉、攪拌站粉料罐設置噴霧裝置，夏季采用噴霧降溫；砂石料輸送帶、計量倉封裝，計量倉設置冷風機。

2）摻加冰屑、低溫水:每2臺攪拌站配備1臺制冰機，制冰機可同時制備冰屑和低溫攪拌用水，水溫度控制在10℃以內。根據環(huán)境氣溫，摻冰量為20～60 kg/m3。

3）運輸、泵送溫升控制:混凝土運輸罐車罐體外包夾芯篷布，泵管外包泡沫管，夏季施工時灑水保持外包材料濕潤，減小混凝土溫升。

4）在底板、下倒角、上倒角等部位埋設測溫元件監(jiān)測混凝土內部溫度，及時提供溫度監(jiān)測數據，用于指導混凝土入模溫度控制、模板拆除等。

3.2.3 澆筑和振搗工藝

沉管節(jié)段混凝土全斷面一次澆筑成型，避免施工縫可能帶來的滲水風險?；炷敛捎帽盟腿雮}，布料時嚴格控制分層厚度在30 cm左右，同時掌握好分層間隔時間，要求既能保證各層振搗充分，又避免間隔時間過長導致冷縫。

采用振搗棒進行混凝土振搗，針對端部鋼筋密集區(qū)、下倒角、止水帶周邊等特殊部位，采用多項輔助措施保證振搗質量。

為保證振搗棒順利到達需振搗部位，在端部鋼筋密集區(qū)增設振搗棒導向裝置，由導向筒和封頭組成，有效減少鋼筋密度過大帶來的卡棒現(xiàn)象，同時加強鋼筋密集區(qū)域的振搗，保證混凝土成品質量。沉管下倒角振搗時采用角鋼導向。

通過振搗棒振搗效果對比試驗，引進進口高頻振搗棒進行止水帶周邊混凝土二次振搗。進口高頻振搗棒具有重量輕、排氣泡效果好等優(yōu)點，但振搗時間長、效率相對較低，在特殊部位使用具有較好的效果。

為解決夏季施工墻體內氣溫高、空氣質量差的問題，采用大型空調向墻體模板內送冷風，改善作業(yè)條件，促進了振搗質量提高。

3.2.4 養(yǎng)護

設置養(yǎng)護棚和自動噴淋設施，根據沉管不同部位的具體情況采取不同的養(yǎng)護方式保證養(yǎng)護效果滿足要求。頂板頂面采用覆蓋蓄水養(yǎng)護，側墻外側面采用自動噴淋養(yǎng)護，端面和底面采用涂刷養(yǎng)護劑養(yǎng)護，管內采用噴霧養(yǎng)護。

3.3 止水帶施工

止水帶施工根據止水帶種類分為中埋式可注漿止水帶安裝與注漿、OMEGA止水帶[5]安裝、GINA止水帶安裝。

3.3.1 中埋式可注漿止水帶安裝與注漿

中埋式可注漿止水帶在首批端模就位后安裝，采用桁吊或汽車吊吊起止水帶卷盤，人工展開并安裝就位，然后在頂板處硫化對接成環(huán)形整體。中埋式止水帶安裝施工主要注意以下幾點。

1）止水帶展開時人員數量要足夠，分布均勻，減少止水帶與鋼筋籠擦掛，避免止水帶損傷。

2）止水帶安裝要居中，中部突起與端模上的限位鋼條貼緊。通過止水帶上設置的小孔用鐵絲將止水帶固定在鋼筋籠上，并向上拉起使止水帶上翹角度符合設計要求，鐵絲布置間距不大于1.5m。

3）端模安裝和拆除時要注意對止水帶的保護，不得強行野蠻作業(yè)，避免止水帶損壞。

4）固定注漿管的螺帽要擰緊，鋼管與止水帶接觸位置要仔細涂抹密封膠以免水泥漿進入管內造成堵管。底板注漿管用細鐵絲固定在鋼筋籠上，其余部位的注漿管PVC杯要頂緊模板。

5）混凝土澆筑前要逐個仔細檢查注漿管密封和固定情況。

6）拆模后要及時拆除注漿管內定位螺桿，并做好管口保護，防止異物進入。

7）為保證中埋式可注漿止水帶注漿效果，經設計優(yōu)化在原止水帶內側增加了一圈可注漿橡膠條，同時將注漿管數量由24根增加為34根。

注漿材料為環(huán)氧樹脂漿液，采用電動攪拌注漿泵施工，注漿壓力控制在0.5～1MPa。注漿順序由底板中部向兩側進行，最終于頂板中部結束。首先在底板1號注漿管進行注漿，至其兩側的2、3號注漿管出漿后暫停注漿，封閉1號注漿管后從2、3號注漿管進行注漿，以此類推直至34號注漿管出漿，最后通過34號注漿管注漿，注漿壓力達到0.6MPa且持壓5 min后即可結束注漿。

3.3.2 GINA止水帶安裝

管節(jié)預應力施工完成后，進行端鋼殼空間姿態(tài)測量，并用專業(yè)軟件擬合平面方程進行偏差計算、評估，經設計確認合格后即可進行GINA止水帶安裝。GINA止水帶安裝前將端鋼殼表面和壓板螺栓孔清理干凈，焊接接頭處進行重度防腐補涂，驗收合格后才能進行安裝。

GINA止水帶采用專用吊具起吊，吊點處采用專用保護墊避免止水帶鼻尖損傷。吊裝就位后安裝止水帶壓板并壓緊，最后在沉管頂部安裝GINA止水帶保護罩。

3.3.3 OMEGA止水帶安裝

節(jié)段接頭OMEGA止水帶安裝在預應力孔道壓漿完成后進行，由人工展開，安裝時注意各轉角點與預埋件相應位置對準，在底板區(qū)硫化對接成環(huán)形整體。止水帶安裝重點控制固定螺栓扭矩、預埋件表面清理、預埋件重度防腐補涂等工作。

管節(jié)接頭OMEGA止水帶安裝在沉管安裝到位、沉降基本穩(wěn)定后進行，施工方法和控制重點與節(jié)段接頭OMEGA止水帶基本相同。

OMEGA止水帶安裝完成后，安裝預埋件犧牲陽極塊，最后安裝保護鋼板防止止水帶受損。

3.4 接頭全斷面注漿

全斷面注漿管安裝于節(jié)段接頭OMEGA止水帶預埋件角點處和端鋼殼后方，由塑料管引出至沉管內腔。注漿管為外包雙層無紡布的螺旋鋼絲管，無紡布外包有保護尼龍網，可以阻止水泥漿進入管內，環(huán)氧漿液則可由管內滲透出到管外填充鋼混結合面間的微細間隙。

全斷面注漿管在各預埋件安裝就位后安裝，注漿管安裝后附近不得有焊接、切割等作業(yè)，以免燒毀注漿管。

接頭全斷面注漿順序與中埋式可注漿止水帶注漿相同，注漿時從注漿管的一端開始，至另一端出漿后封閉出漿管，加壓至0.8 MPa后持壓5 min即可結束注漿。

3.5 聚脲噴涂

聚脲噴涂工藝成熟，國內外應用也很多。需要注意的是，珠海每年2—6月濕度很大，冬季則因季風期而風力較大，聚脲施工必須選擇氣候條件較好的時間施工以保證施工質量滿足要求。實際施工時采取盡早施工的辦法以增加施工時間選擇，在沉管頂推出養(yǎng)護區(qū)后即安排基層打磨、底涂施工等可提前施工的項目。接頭水密性試驗完成并驗收合格后，將底涂表面清理干凈并均勻噴涂1層專用底漆，在24 h內完成聚脲噴涂作業(yè)。

3.6 接頭水密性檢測

用自動水密試驗機[6]進行接頭水密性檢測，該設備水壓力控制精度為0.01MPa，可根據設定自動控制壓力和持壓時間。根據管節(jié)所處不同位置，管節(jié)接頭水密性試驗的水壓力為0.28～0.51MPa。

管節(jié)接頭和節(jié)段接頭水密性檢測方法相同，通過設于底板的注水孔向OMEGA止水帶與預埋件間的空腔灌水，分級加壓至設計壓力，持壓2 h后檢查水密情況。合格后通過底板排水孔將水排出。

4 結語

管節(jié)防水是沉管隧道設計施工的關鍵，其施工貫穿整個沉管預制全過程，施工過程中必須嚴格執(zhí)行設計要求和施工方案，加強過程質量控制和檢驗，保證防水體系的效果達到設計目標。

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Construction technology of waterproof systeMfor deep buried tunnel sections

HUANGTao,DAIShu-xue*,LIYu-wen
（No.2Engineering Co.,Ltd.ofCCCCSecond HarborEngineering Co.,Ltd.,Chongqing401121,China）

For large undersea immersed tunnels,regardlessofdesign or construction,waterproofing is the critical link and also importantand difficult to control.ThemaximuMwater depth of HZMB immersed tunnels is46Mand the concrete structure isof self-waterproofing systeMwithmulti-layerwaterproofing joints.This paper describes froMthe design and construction pointof view the waterproofing systeMand related technologies,with a view to provide reference for siMilar projects.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;immersed tunnel;waterproof system;construction

U655.4；U455.46

B

2095-7874（2016）07-0059-04

10.7640/zggw js201607017

2016-05-26

黃濤（1973—），男，重慶永川人，高級工程師，主要從事工程項目管理工作。

*通訊作者:戴書學，E-mail:1678805319@qq.com