沉管隧道接頭預埋件施工關鍵技術

葉桂瑩， 程曉明， 陳 嵐

(1.佛山市新城開發建設有限公司，廣東佛山528316； 2.西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031)

沉管隧道接頭預埋件施工關鍵技術

葉桂瑩1， 程曉明1， 陳 嵐2

(1.佛山市新城開發建設有限公司，廣東佛山528316； 2.西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031)

沉管隧道在施工過程中，管段的連接是關鍵工序之一，而管段接合構造復雜、體量大，為保證連接質量，必須嚴格控制接頭預埋件施工質量。文章以佛山市汾江路南延線公鐵合建沉管隧道施工為例，介紹了接頭預埋件的種類和設計施工原則，闡述了幾種大型接頭預埋件制作安裝施工技術。旨在通過把控時機、選擇工藝和檢驗措施等方面保障管段接頭的質量和安全。

沉管隧道； 管節接頭； 預埋件

隨著中國經濟和社會的快速發展，交通運輸也在大發展，建設跨江跨海的交通紐帶顯得尤為迫切。水下隧道因埋深淺，接線短，建造時具有占地少、干擾小等優點成為連接兩岸的主要形式之一，越來越受到工程界的青睞。考慮到水下施工環境條件，宜選擇接縫少，斷面利用率高的沉管法施工，據此，沉管預制管段的精度和防水都是施工控制的重中之重。而預埋件作為輔助沉管連接結構受力、安裝和止水[1]的構件，其制作安裝施工技術都需要嚴格控制。

1 工程概況

佛山市汾江路南延線沉管隧道項目是由4段預制管節接合而成，編號為E1(115 m)、E2(115 m)、E3(105 m)和E4(110 m)，其中E4被分為E4-1(4 m)和E4-2(106 m)兩段，全長為445 m。E3和E4-1在干塢內拉合整體沉放，其余管段在干塢內預制完成后分段沉放連接。沉管包括公路地鐵兩部分。公路段為三孔三跨箱型斷面，中間設電纜廊道；地鐵標準段為兩孔兩跨箱型斷面，是典型的非對稱結構[2]。管段標準斷面尺寸見圖1。預制管節混凝土約60 000 m3，鋼筋約14 500 t，其余用于接頭結構和施工輔助的鋼結構約3 500 t。

2 接頭預埋件

2.1 接頭預埋件分類

本工程根據沉管接頭預埋件的功能主要分為四大類[1]：結構壓接(端鋼殼、端封門、垂直水平剪切鍵)、接頭防水(GINA止水帶、預埋鋼板)、適應變形(OMEGA止水帶)、安裝輔助(定位梁預埋件、拉合裝置預埋件、導向桿預埋件等)。

2.2 接頭設計原則

管段連接質量直接關系到沉管隧道的成敗，接頭設計、布置選型應考慮以下幾個方面[3]：

(1)模擬施工條件，根據沉管管段內力、變形量計算結果，綜合考慮溫度應力、抗震設防要求以及施工難易程度，選擇合適的接頭形式。

(2)可靠的水密性是接頭連接的安全保障，止水帶的選型便是接頭防水工作的首要問題。根據接頭所在位置的水位壓力和止水帶壓縮量，選擇滿足要求的型號。除了在正確的位置設置足量且合適的止水帶外，還應考慮其他部位滲漏的可能，并制定相應的防水方案。

(3)在滿足強度、變形的條件下，接頭的類型、構件的品種、部件的類別宜少，設計宜簡，各部件作用明確，做到各司其職。

(4)接頭應盡量分散布置，避開受力較大的關鍵部位，減輕應力集中的不良影響。接頭除了滿足構造要求之外，還需保證適當的強度、剛度。

(5)為各部件營造良好的施工條件是保證施工質量的前提，留置足夠的施工空間；為隨時監測隧道運營情況和發生災害時及時檢修，預留正確和足夠的工作空間，在設計尺寸時均應該納入考慮。

(6)通過接頭部件的正確選型和施工工藝的合理選擇，控制接頭造價。

3 大型預埋件安裝

3.1 端鋼殼

端鋼殼位于沉管兩端，用于安裝接合沉管的止水帶，以承受管段接合時止水帶壓縮帶來的巨大水壓。為保證管段接頭的完全水密性以及保留沉放后坡度變化的彈性，對端鋼殼的精密制作和精確安裝都提出了較高的要求[4]，其構造如圖2所示。

根據圖紙構件的形狀尺寸，在考慮構件加工制作的誤差時，也要考慮到由于施工方式和裝配需要帶來的變形損失，通過精確計算后再進行放樣，放樣時做到最大限度使用原材料，確認無誤后進行切割；對切割完成之后的端鋼殼采用分段焊接的方法，焊接過程中，先梁板后鋼筋，通過調整施焊的程序，控制工件的變形。應注意以下事項：

(1)端鋼殼在安裝前，通過支承拱架和半成品上的控制線確定構件位置，按照基準線固定各構件，必要時設置臨時支撐。

(2)安裝時通過設置楔塊和調節螺栓進行微調，復查各控制參數，使誤差控制在規范規定的范圍內，對頂螺栓加緊后，使用間斷跳焊的方式施焊連接。

(3)在初步調坡之后，對端鋼殼進行灌漿施工，灌漿過程中監控混凝土灌注量，保證其密實度。

(4)待混凝土澆筑完成，通過調節螺栓精確調坡，在混凝土變形穩定后，安裝端鋼殼面板，安裝時保證面板的橫向、豎向垂直度均小于3 mm。

(5)在管段安裝完成后，對其進行全面量測，確保加工精度和安裝精度在每延米0.5 mm以內，整體的不平度小于3 mm。

(6)確保安裝精后，對鋼結構表面進行徹底清理，及時對管段進行防銹、防腐處理。

3.2 端封門

端封門作為密封管段的臨時結構[5]，它包含鋼面板、H型鋼立柱、鋼牛腿、枕梁等傳力構件和止水鋼板、預埋鋼板等水密構造(圖3)。所示端封門復雜的結構和重要的功能，都說明其施工的復雜性及檢驗的重要性。

面板吊裝時采取有效的固定措施防止發生不可恢復的翹曲變形，焊接時采用分段對接焊的方法，精準控制構件的位置和選擇恰當的焊接工藝，把控變形和誤差。安裝完成后需進行焊接強度和水密性檢測：保證焊縫強度不低于面板強度，滿足3.0 kg/m2的水密性要求。

3.3 剪切鍵預埋件

剪切鍵作為接頭的重要部件，幾乎承擔全部剪力，限制相鄰管段的相互錯動，施工中被用作對接支撐點，運營中作為結構構件承擔各種荷載組合。剪切鍵能夠保障接頭的水密性，同時防止止水帶因承受剪力產生過大的變形，其細部構造如圖4所示。一般分為水平和垂直兩種剪切鍵[6]：水平剪切鍵通常設置于端頭頂部和底部，主要承受水平地震力，限制由地震作用產生的水平位移；垂直剪切鍵通常設置于邊墻和隔墻上，主要承受豎向剪切力，限制由地震作用和管段沉降產生的豎向位移。仔細復查剪切鍵的尺寸，對其進行防腐防銹處理，施工時避免擾動以防止振搗混凝土產生的沖擊；在與管段鋼筋沖突時，適當移動鋼筋。混凝土初凝前應復核預埋位置，如出現偏差，需進行調整。

3.4 止水帶

3.4.1 GINA止水帶

GINA止水帶是保障管段接頭密封、安全、防水重要構件，是接頭止水的第一道防線，類似于壓縮彈簧，通過壓縮變形達到水力壓接的效果。

因其需安裝至管節兩端面，需對安裝面進行結構處理。一端面安制固定結構，采用螺栓壓板夾緊翼緣的方式，并設置緩沖擋塊，另一端面安制承壓結構[6](圖5)。

在止水帶分塊運送到現場接駁完成后，在安裝前需進行壓縮和水密試驗，確保檢驗質量后，安裝于管段主體，其安裝流程為：

(1)準備工作包括腳手架鋪設、吊具準備，采用吊機配合吊梁的方式起吊止水帶，并通過人手操作調整位置，避免出現拖拉現象。

(2)為保證止水帶的順利安裝，需對接口處的壓塊、抗剪塊及鋼面板進行試裝，確認尺寸無誤后，編號拆下。

(3)起吊止水帶滑進設定的臨時定位銷，檢查準確無誤后，拆除保護木塊和麻繩，使止水帶滑入接口。

(4)GINA帶就位后，將拆下的壓塊逐件裝回，豎邊由下往上，橫邊由中點、折角開始向中間對稱上緊螺栓。

(5)為避免浮運時造成止水帶損傷，需安裝GINA帶保護罩。保護罩使用現場配裝的方式，除銹上紅丹二度后方可安裝。

3.4.2 OMEGA止水帶

OMEGA帶由高強度合金鋼彎制而成，通過錨固螺栓安裝在端鋼殼上連接相鄰兩管段，它主要承受管段變形應力，作為保證接頭防水的第二道防線，也兼具保護GINA帶的作用。

確保鋼端殼的制作和預埋質量是保證OMEGA帶水密效果的前提，在對止水帶和壓板進行全面檢查和清理后，通過預設的吊裝設備將止水帶運至接頭處開始安裝作業[7]：頂部安裝時，從轉角部分開始，以二分法的順序安裝：轉角、1/2、1/4、1/8、1/16(圖6)。

豎邊按同樣的方法從上往下安裝OMEGA止水帶。OMEGA帶材質具有較大的彈性，螺栓采用電動扳手初擰、液壓扳手終擰的施擰方法。為保證止水帶的耐久性，需對其采用硫化處理，硫化后需對其質量進行檢驗。在安裝完成后，需進行整體水密試驗，做到無滲漏、無可見異常變形、無異常響聲即為檢驗合格。

4 安裝精度控制

接頭預埋件體量大、類型多，為保證管段的連接質量，在安裝過程中把握時機，輔以可靠的設備，采用先進的施工技術，有效地控制安裝精度和質量：

(1)明確安裝流程，在綁扎鋼筋時在預埋件安裝部位預留足夠的施工位置和工作空間。當預埋件與鋼筋沖突時，微調鋼筋保證預埋件安裝精度。

(2)通過測量定位架對預埋件進行安裝定位，定位架上標明控制中心線和高程。根據預埋件大小和安裝位置設計固定架，固定架桿件可利用主體結構作為支撐點，通過微調螺栓控制偏差。

(3)根據預埋件的使用要求和工作性能，選擇恰當的焊接工藝。通過選定適當的焊條和焊劑型號和焊縫形式，保證預埋件焊接質量。

(4)復檢是預埋件施工的一個重要環節，復核預埋件的規格型號、位置高程，通過水密試驗檢驗安裝質量，確保預埋件達到使用要求。

(5)重視預埋件的保護工作，進行涂料防腐防銹處理，并按需要為預埋件作上標識。

5 結論

佛山市汾江路南延線隧道工程沉管管節在現場一次性預制完成，有效避免了管段接頭預埋件的運輸損失，通過不斷優化施工技術方案和質量檢驗體系，保證了接頭預埋件的安裝質量和工作效能，為沉管隧道工程的順利完工打下了堅實的基礎。

[1] 李凱凱,李譽文,馮偉. 預制沉管大型預埋件精確安裝技術[J]. 中國港灣建設,2015(11):98-101.

[2] 周華貴,邢永輝,王麗. 淺談佛山市汾江路南延線工程沉管隧道特點及關鍵技術[J]. 現代隧道技術,2012(5):85-90.

[3] 唐英,管敏鑫,萬曉燕. 沉管隧道接頭的理論分析及研究[J]. 中國鐵道科學,2002(1):69-74.

[4] 周仲賀. 沉管隧道管段預制施工技術[J]. 現代隧道技術,2008(S1):427-430.

[5] 陳正杰. 港珠澳大橋沉管隧道端封門鋼梁牛腿預埋件承載試驗研究[J]. 地下工程與隧道,2014(3):1-3.

[6] 陳韶章.沉管隧道設計與施工[M].北京:科學出版社,2002.

[7] 周建民,唐永波,魏杰. 管節接頭OMEGA止水帶安裝工藝[J]. 中國港灣建設,2016(7):105-107.

葉桂瑩(1978～)，男，本科，現從事道路與橋梁施工技術管理工作。

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[定稿日期]2017-04-20