干塢工程塢口區(qū)止水施工關(guān)鍵技術(shù)

劉忠鵬 ，張赫然 ，蒲紅家

（1.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083；2.中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300461；3.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；4.天津市水下隧道建設(shè)與運(yùn)維技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300461）

1 工程概述

大連灣海底隧道建設(shè)工程干塢子項(xiàng)工程位于大連市甘井子區(qū)，其中干塢預(yù)制場用于主線18 節(jié)沉管預(yù)制，其余為干塢附屬配套區(qū)。干塢塢口區(qū)東西方向總長205.91 m，占地面積約為4 200 m2，頂標(biāo)高+3.5 m，由2 個浮塢門沉箱、4 個塢門墩沉箱、3 個擋水壩沉箱、1 個東塢壁沉箱、4 個鋼閘門形成塢口止水體系[1]。塢口止水結(jié)構(gòu)形成后，現(xiàn)場進(jìn)行了圍堰灌水試驗(yàn)，滲流量完全滿足設(shè)計(jì)要求，止水效果良好，目前已正式投入使用。

2 塢口設(shè)計(jì)方案

每個塢室南側(cè)設(shè)置1 個塢口，塢口結(jié)構(gòu)由浮塢門、塢門墩、攔水壩和底板組成。塢口頂高程為+3.5 m，浮塢門下設(shè)底板，兩側(cè)為塢門墩，塢門墩兩側(cè)為攔水壩。浮塢門與塢門墩之間設(shè)置1 m縫隙，安裝鋼閘門[2-4]。

浮塢門采用重力式大沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱內(nèi)填2 m中粗砂，其余部分為海水。塢門墩沉箱內(nèi)回填開山石渣，塢門墩下方為混凝土基礎(chǔ)，與底板連成整體。塢門墩內(nèi)設(shè)置干塢灌水管道。

塢口之間、塢口與東、西護(hù)岸間均采用攔水壩沉箱連接，沉箱內(nèi)填開山石渣，塢口區(qū)立面圖如圖1 所示。塢口沉箱的下方設(shè)置鋼筋混凝土底板，底板下方外側(cè)設(shè)置1 組帷幕灌漿（3 排），孔間距為2.0 m，排距為0.75 m，帷幕灌漿孔位布置圖如圖2 所示。攔水壩沉箱與浮塢門沉箱中間設(shè)置企扣預(yù)埋止水帶（Z9-30），企口之間澆筑混凝土。浮塢門底板透空位置下方500 mm 厚素混凝土墊層處設(shè)置泄壓孔，泄壓孔直徑為100 mm，間距500 mm。

圖1 塢口區(qū)立面布置圖Fig.1 Elevation layout of dock entrance area

圖2 帷幕灌漿孔位布置圖（mm）Fig.2 Layout of curtain grouting hole(mm)

3 施工工藝方法

3.1 塢口基礎(chǔ)止水

塢口區(qū)位于大連灣海域，地貌屬海漫灘。為保證止水效果，設(shè)計(jì)要求基槽需開挖至中風(fēng)化白云巖。在實(shí)際開挖過程中發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域溶溝溶槽較為發(fā)育，局部超深處超過5 m。為了保證上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和整體止水質(zhì)量，對低于主體基礎(chǔ)底標(biāo)高的溶溝溶槽采用C20 素混凝土填充后，再進(jìn)行帷幕灌漿施工，以確保塢口結(jié)構(gòu)底部止水效果。

1）塢口基礎(chǔ)施工前清理場地障礙物，平整場地。采用挖掘機(jī)開挖基槽，基底溶溝溶槽人工清理，開挖至設(shè)計(jì)要求地層，驗(yàn)收合格后進(jìn)入下道工序。

2）采用C20 素混凝土分層振搗填充至主體結(jié)構(gòu)底部，待混凝土強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行下道工序施工。

3）塢口基礎(chǔ)止水結(jié)構(gòu)采用3 排帷幕灌漿（見圖2），首灌排每10 個孔取1 個孔做為先導(dǎo)孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，施工帷幕鉆孔深度至滲透系數(shù)不大于3×10-5cm/s 的土層為灌漿深度[5]；總體采用自下至上分級多次加壓灌注，破碎帶采用自上至下方式灌注；其余孔深度以先導(dǎo)孔深度為參考進(jìn)行鉆孔和灌漿，灌漿結(jié)束封孔時，嚴(yán)格控制灌漿壓力和漿液的注入率，每次封孔后做好對孔口的保護(hù)，直至封孔結(jié)束；達(dá)到14 d 齡期后，對帷幕灌漿效果進(jìn)行驗(yàn)證，按帷幕灌漿孔總數(shù)的10%進(jìn)行抽查，結(jié)果顯示，檢查孔滲透系數(shù)均小于3×10-5cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 浮塢門沉箱止水

東、西塢塢口區(qū)各設(shè)置浮塢門沉箱1 座。浮塢門沉箱通過比選采用原位現(xiàn)澆工藝，即澆筑成型后直接形成止水體系（底部Ω 止水帶成壓縮狀態(tài)），浮塢門沉箱底部止水布置如圖3 所示。

圖3 浮塢門沉箱底部止水布置圖Fig.3 Water stop arrangement at the bottom of caisson of floating dock gate

具體工藝：在進(jìn)行現(xiàn)澆底部基礎(chǔ)施工時使兩條止水帶保持原狀并預(yù)留頂升廊道，一層沉箱澆筑成型后整體頂升（沉箱底部頂升如圖4 所示）、人工清理砂墊層及底模、沉箱回落，使沉箱底部與止水帶、橡膠支座充分緊密接觸，止水帶至設(shè)計(jì)壓縮量，達(dá)到止水要求；然后再澆筑第二、三層沉箱，整體成型[6]。

圖4 沉箱底部頂升Fig.4 Jacking at the bottom of caisson

1）底板止水體系施工：底板鋼筋綁扎時，埋設(shè)橡膠支座及止水帶預(yù)埋件并精確定位，底板混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)完成后，分別安裝上下兩層的加勁鋼板及中間的橡膠塊，橡膠塊與加勁鋼板之間采用耐海水粘結(jié)劑連接。采用吊車將Ω 止水帶移至安裝位置，人工采用螺栓連接固定。螺栓全部采用天然牛油防腐，并用靠尺和塞尺檢查止水帶安裝質(zhì)量，全部合格。

2）上部止水體系施工：沉箱一、二、三層綁扎鋼筋時，埋設(shè)鋼閘門止水鋼板；支立模板并澆筑混凝土。沉箱支頂完成后，人工進(jìn)行沉箱底部清砂、拆除模板、牛皮紙及其他雜物等作業(yè)，并逐條對Ω 止水帶表面質(zhì)量進(jìn)行檢查（清砂完成后的沉箱底部Ω 止水帶及橡膠支座如圖5 所示）；沉箱回落后，壓縮至Ω 止水帶3 cm；經(jīng)過程中的各項(xiàng)檢查，Ω 止水帶工作性能良好，壓縮量、沉箱預(yù)埋止水鋼板面板平整度等各項(xiàng)檢測項(xiàng)目均完全滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 清砂完成后的沉箱底部Ω 止水帶及橡膠支座Fig.5 Ω water stop belt and rubber support at the bottom of the caisson after sand cleaning

3.3 其他常規(guī)沉箱止水

塢口區(qū)其他各類常規(guī)沉箱共8 座。其中西塢口區(qū)包括塢門墩沉箱2 個、擋水壩沉箱2 個；東塢口區(qū)包括塢門墩沉箱2 個、擋水壩沉箱1 個，塢壁沉箱1 個。常規(guī)沉箱間止水依托止水帶和企口素混凝土形成止水體系；沉箱止水帶在鋼筋綁扎后安裝，在模板安裝時，用夾子拉住模板外的止水帶與模板緊貼；沉箱混凝土澆筑過程中，采用土工布對高出沉箱部分的止水帶進(jìn)行包裹保護(hù)；沉箱企口塑性混凝土澆筑時，止水帶與塑性混凝土結(jié)合嚴(yán)密，確保無卷曲、錯位及不平整現(xiàn)象。

3.4 鋼閘門止水

塢口結(jié)構(gòu)設(shè)置4 座鋼閘門，主要功能為浮塢門與攔水壩沉箱間縫隙止水。針對單個鋼閘門體量較大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜等特點(diǎn)，為充分保證止水效果，鋼閘門制作過程中，重點(diǎn)控制止水面面板的垂直度及焊接質(zhì)量；鋼閘門安裝過程中，主要控制鋼閘門預(yù)緊壓縮量、鋼閘門與沉箱止水鋼板間緊固程度。

1）為確保鋼閘門在不同工況下的止水效果，首先加工1 座鋼閘門并進(jìn)行水密試驗(yàn)驗(yàn)證。

2）鋼閘門在加工場加工，逐個構(gòu)件下料，采用胎架整體組裝焊接；加工過程中嚴(yán)格控制下料尺寸及焊接精度，對所有焊縫進(jìn)行探傷，以保證焊接質(zhì)量。

3）對鋼閘門整體在涂裝前進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收，驗(yàn)證整體尺寸及平整度滿足設(shè)計(jì)要求。噴砂除銹，涂裝防腐油漆。

4）對止水帶、承壓墊按200 mm 間距打孔，焊接螺栓并確保螺栓垂直度。

5）安裝止水帶、承壓墊，并采用螺栓固定。采用靠尺及鋼板尺對止水帶平整度進(jìn)行檢查，均滿足要求。

6）分3 種不同工況進(jìn)行鋼閘門水密試驗(yàn)。

工況一：塢內(nèi)外側(cè)均無海水，拆除臨時圍堰過程中，塢外側(cè)逐漸注滿海水過程中，觀察鋼閘門是否有漏水滲水現(xiàn)象。

工況二：塢內(nèi)外側(cè)均有海水，排出塢內(nèi)一側(cè)海水過程中，觀察鋼閘門是否有漏水滲水現(xiàn)象。

工況三：塢門沉箱安裝，存在最大偏差錯位3 cm 時，塢內(nèi)外無（有）海水，單側(cè)灌（排）水止水試驗(yàn)。

在特制的水箱內(nèi)將鋼閘門安裝并預(yù)緊后，在一側(cè)進(jìn)行灌水，進(jìn)行試驗(yàn)觀測，并對止水帶密封情況進(jìn)行檢查，結(jié)果顯示能夠達(dá)到止水效果，本次試驗(yàn)為后續(xù)3 座鋼閘門加工機(jī)安裝提供了可靠依據(jù)。

7）在塢口浮塢門沉箱安裝就位后，對鋼閘門止水帶平整度以及外觀進(jìn)行安裝前的全面檢查，同時對攔水壩、浮塢門沉箱止水鋼板尺寸進(jìn)行復(fù)測，均滿足設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場采用25 t 汽車吊，將鋼閘門吊運(yùn)至安裝位置；精調(diào)到位后，預(yù)緊鋼絲繩，當(dāng)緊張器預(yù)緊力達(dá)到100 kN 后，緊固螺栓，將鋼閘門緊貼在止水鋼板面上。塢口鋼閘門安裝如圖6 所示。

圖6 塢口鋼閘門安裝Fig.6 Installation of steel gate at dock entrance

8）現(xiàn)場各項(xiàng)工作完成后，按2～3 m/d 速度進(jìn)行圍堰灌水試驗(yàn)，塢口灌水試驗(yàn)如圖7 所示，安排專職人員巡查塢內(nèi)止水情況，經(jīng)驗(yàn)證，塢口區(qū)止水效果良好。

圖7 塢口灌水試驗(yàn)Fig.7 Irrigation test at dock entrance

4 施工關(guān)鍵技術(shù)及效果

本項(xiàng)目作為PPP 項(xiàng)目，充分利用了“設(shè)計(jì)與施工聯(lián)動，施工優(yōu)化設(shè)計(jì)”的優(yōu)勢進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工工藝調(diào)整，在確保止水效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了效益最大化。

1）秉承裝配式理念，采用鋼閘門+大沉箱塢門組合止水體系。通過1∶1 鋼閘門原型試驗(yàn)，模擬止水體系止水效果，為設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)；止水體系中，止水鋼閘門、大沉箱、密集彈性點(diǎn)支座、Ω 形止水帶等聯(lián)合應(yīng)用，有效形成裝配式止水體系，便于塢門拆裝；塢門沉箱尺寸為41.15 m×22.55 m×16.5 m，共32 個大倉格，整體性好；塢門底板為減壓格柵式結(jié)構(gòu)[7-9]，有效降低滲透壓；底板限位裝置，精準(zhǔn)控制沉箱位置；塢門抽水自浮、絞移變位，使用方便。

2）浮塢門沉箱作為干塢塢室的口門結(jié)構(gòu)，在綜合考慮現(xiàn)場施工環(huán)境、施工工期、施工難度、成本等多方面因素后，通過比選最終采用塢口原位現(xiàn)澆施工工藝，大大縮短了工期，降低了施工成本，進(jìn)而確保沉管預(yù)制按期進(jìn)行。

3）原設(shè)計(jì)待首次沉箱起浮后，水下清理砂墊層及底模，施工困難，且施工期無法保證止水帶受力均勻，影響止水效果。經(jīng)優(yōu)化后，在沉箱底部基礎(chǔ)預(yù)留頂升廊道，當(dāng)完成沉箱一層現(xiàn)澆即進(jìn)行頂升，采用沉箱頂升設(shè)備即可施工，施工操作簡單，安全性好，并可以滿足一次性壓縮止水帶的設(shè)計(jì)要求。

4）鋼閘門止水體系應(yīng)用：制作1∶1 模型，在陸上應(yīng)用3 種工況模擬鋼閘門止水效果，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行工藝驗(yàn)證。通過調(diào)整預(yù)緊點(diǎn)的位置和預(yù)緊力來控制Ω 止水帶壓縮量，并確定了分階段安裝及預(yù)緊的施工方法，為保證鋼閘門止水效果奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5）在塢壁咬合樁與臨時圍堰鋼板樁銜接處、與塢口沉箱銜接處的止水結(jié)構(gòu)采用旋噴樁+壓密注漿的形式，對接縫進(jìn)行有效止水封堵。

5 結(jié)語

1）干塢正式投入使用后，干塢整體滲流量為3 600 m3/d，小于設(shè)計(jì)的4 000 m3/d 最大滲流量要求，止水效果良好。

2）目前東、西塢已預(yù)制、出運(yùn)兩批12 節(jié)沉管，干塢塢口區(qū)止水結(jié)構(gòu)運(yùn)行良好，該技術(shù)在海底隧道工程中得到了充分的驗(yàn)證并成功應(yīng)用，保證了工程的順利實(shí)施，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，具有推廣價值。