超大型沉管頂推施工中存在的問題及解決方法

李 磊

（中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東廣州 510290）

0 引言

港珠澳大橋工程規(guī)模龐大，不少區(qū)域使用了海底沉管隧道的架構(gòu)方式，全段總長5664 m，內(nèi)含有管節(jié)數(shù)量33個，單管節(jié)長度180 m（可細化為8個等長的節(jié)段），總質(zhì)量7.2萬t左右。管節(jié)下方布置了4條滑移軌道，并配備了千斤頂裝置，以此起到支撐沉管重量的作用。

1 主要施工工藝

1.1 工藝流程

節(jié)段頂推施工工藝流程：頂推系統(tǒng)及滑移軌道設(shè)計→滑移軌道梁安裝→1#支撐千斤頂系統(tǒng)就位→1#節(jié)段受力體系轉(zhuǎn)換→1#節(jié)段頂推系統(tǒng)就位→向前頂推22.5 m→2#支撐千斤頂系統(tǒng)就位→2#節(jié)段受力體系轉(zhuǎn)換→2#節(jié)段頂推系統(tǒng)就位→向前頂推22.5 m（以此類推）→8#節(jié)段頂推系統(tǒng)就位→向前頂推130 m至淺塢→千斤頂置換→千斤頂回收[1]。

1.2 頂推滑移軌道及滑移面

在沉管腹部正下方布放頂推滑移軌道，在4條軌道的共同作用下，避免變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。從滑移鋼軌的結(jié)構(gòu)考慮，可拆分為2大部分。

（1）水平鋼板與不銹鋼板。前者規(guī)格為寬740 mm，厚度35 mm，在此基礎(chǔ)上布放3條不銹鋼條，三者厚度一致且均為3 mm，通過角焊縫的方式完成連接。在千斤頂?shù)撞坎荚O(shè)PTFE（Poly Tetra Fluoro Ethylene，聚四氟乙烯）板，二者之間的接觸面即為滑移面。

（2）側(cè)向鋼板：數(shù)量為兩塊，二者高均為185 mm、寬度45 mm，鋼板之間呈連續(xù)垂直的關(guān)系，采用熔透焊的方式完成二者的緊固連接；為給頂推千斤頂搭建反力作用平臺，需要在側(cè)向鋼板上開槽[2]。

1.3 管節(jié)支撐及頂推系統(tǒng)設(shè)備布置

1.3.1 管節(jié)支撐及頂推系統(tǒng)

在管節(jié)正下方位置布設(shè)4條滑軌，以此起到支撐作用，將24個支撐千斤頂平均分配至4條滑軌上。以節(jié)段端頭為基準，1#、6#千斤頂與其間距均為1.875 m，其余千斤頂之間的距離保持在3.75 m不變。共需配備2個頂推裝置，1個位于首端1#、2#千斤頂之間，1個位于尾端5#、6#千斤頂之間，中間2個千斤頂之間無需配備。在配備頂推千斤頂?shù)耐瑫r，應(yīng)在頂部布置1個厚度為50 mm的鋼構(gòu)頂板，可以起到支撐混凝土的作用。

上述已經(jīng)提到了兩端支撐千斤頂?shù)奈恢?，此時可將頂推千斤頂?shù)那岸斯潭ㄔ谶B接梁上，并通過焊接的方式實現(xiàn)梁與連接頂板的穩(wěn)定連接；此外，千斤頂?shù)牧硪欢藨?yīng)與頂推支架相連接。在完成上述布放內(nèi)容后，便可實現(xiàn)頂推力的轉(zhuǎn)移，將其轉(zhuǎn)移至滑移鋼軌的側(cè)板凹槽。從凹槽規(guī)格來看，縱向間距為750 mm[3]。

1.3.2 管節(jié)導向系統(tǒng)

在管節(jié)下方的首尾兩端分別安裝一個導向裝置。在進行滑動時，前端處于穩(wěn)定狀態(tài)，尾端的導向裝置位置時刻發(fā)生變化，頻繁轉(zhuǎn)移至完成澆筑的節(jié)段上，直至最后一節(jié)段施工完成則停止。導向裝置可以對滑軌起控制作用，內(nèi)部配備了液壓起重器，起到支撐滑道滑板的作用。在進行滑動的過程中，在液壓起重器的調(diào)控下，管節(jié)可以進行橫向移動（圖1）。

圖1 導向系統(tǒng)平面布置

以導向裝置所表現(xiàn)的壓力值為參考標準，分析其變化范圍可得知管節(jié)是否存在偏移現(xiàn)象，而后以測量結(jié)果為基準做以適度調(diào)整。若壓力大于預(yù)設(shè)范圍，此時依托于檢測所得的糾偏值，可以通過導向千斤頂將水平力作用于管節(jié)上，此時管節(jié)將會發(fā)生微小的轉(zhuǎn)動，確保沉管姿態(tài)的準確性。減小導向裝置壓力值，使其處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，此時便完成了管節(jié)軸線糾偏。

2 管節(jié)頂推

2.1 管節(jié)頂推施工

工程中采用了分散連續(xù)頂推的方式，顯著提升了節(jié)段頂推施工的效率。單個節(jié)段作業(yè)過程中，應(yīng)當在其下部配備適量支撐與頂推千斤頂。從作業(yè)流程角度分析，當1#階段的混凝土強度達到預(yù)定水平后，便可以進行頂推操作，當行程達到22.5 m后便可停止，此時意味著節(jié)段已經(jīng)處于淺塢中。參照上述方法，可以完成后續(xù)各節(jié)段的頂推，而后可以展開后續(xù)的舾裝作業(yè)[4]。

2.1.1 頂推前進

在頂推千斤頂?shù)淖饔孟拢?jié)段會表現(xiàn)出前移的狀態(tài)，基于滑移鋼軌反向槽距離為75 cm的特性，以此可知在完成一次75 cm行程頂推后，前端千斤頂后部將位于下一個反力槽中，整個環(huán)節(jié)共需要進行30次頂推，總行程為22.5 m。2#節(jié)段進行預(yù)制，當滿足頂推條件后，便可進行受力轉(zhuǎn)換。在頂推系統(tǒng)的作用下，1#、2#節(jié)段將共同頂推，當行程達到22.5 m后，需要將2#節(jié)段移出澆筑坑。

伴隨著8#節(jié)段的澆筑完成，此時需要對所有節(jié)段展開頂推作業(yè)，當行程達到130 m左右時整體便被移動至淺塢區(qū)，而后便于舾裝、出塢等工序的展開。

2.1.2 管節(jié)駐停

在對某一新節(jié)段進行澆筑的過程中，前面的所有節(jié)段均處于駐停狀態(tài)，待該階段完成澆筑后便一同向前頂推。于駐停階段而言，應(yīng)穩(wěn)定支撐千斤頂?shù)膲毫ΓǔＲ?0%左右為宜。

2.1.3 淺塢區(qū)受力體系轉(zhuǎn)換

在完成所有管節(jié)的淺塢頂推作業(yè)后，基于保護支撐系統(tǒng)不受海水侵蝕的目的，需要圍繞各個管節(jié)進行轉(zhuǎn)換處理，在完成轉(zhuǎn)換后支撐與頂推系統(tǒng)將被卸壓。

3 施工過程中存在的主要問題及解決問題方法探討

3.1 滑移軌道對滑板使用壽命的影響

應(yīng)對滑移軌道與混凝土梁之間的區(qū)域進行填充處理，其材料以高強環(huán)氧灰漿為佳。伴隨著灌漿密實程度的不斷變化，其對應(yīng)的滑移沉降也不盡相同，此外調(diào)節(jié)器的作用有限，因此在本工程中滑移梁接頭位置可能形成17 mm的沉降，在單側(cè)滑移的影響下接頭處容易出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象，并顯著提升PTFE（Poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯）滑板的受損程度。如果稍有不慎，支撐千斤頂?shù)牟讳P鋼板將會被整個鏟起，影響頂推的質(zhì)量。此外，PTFE滑板是一種稀缺的材料，造價高昂，對工程成本的控制將造成不利影響[5]。

在大型沉管頂推作業(yè)時，應(yīng)當確?；屏壕哂幸欢ǖ闹圃炫c安裝精度。在對滑移梁不銹鋼板進行焊接時，應(yīng)確保鋼梁表面具有高度的平整性，并需要時常進行清潔處理。在完成焊接作業(yè)后，應(yīng)對焊處進行拋光。若粗糙度較大，在經(jīng)過千斤頂?shù)亩啻文雺汉螅讳P鋼極容易出現(xiàn)大量凸點，摩阻因數(shù)將超出合理范圍。

同時還應(yīng)注意，本工程在進行滑移梁設(shè)計時并沒有采用搭接式的接頭方案，因此在很大程度上提升了滑移梁沉降控制的難度。在類似工程的施工作業(yè)中，應(yīng)以搭接式或坡口式為佳，此時若出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象時可以降低控制難度，并顯著延長PTFE滑板的耐用壽命。如果滑移軌道彼此間的高度差過大，將會顯著降低頂推力的穩(wěn)定程度，進而給頂推同步作業(yè)帶來負面影響。

3.2 滑板的清潔對頂推摩阻的影響

滑移梁的不銹鋼板在與PTFE滑板接觸過程中會出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象，在本工程中將其對應(yīng)的摩阻系數(shù)限定在7%范圍內(nèi)。如果摩阻因數(shù)值過大，此時將影響頂推設(shè)備的作業(yè)性能，削弱其頂推力。因此需要將摩擦因數(shù)降低至合理水平，具體可采取的方式有更換摩擦副以及對現(xiàn)有摩擦副進行潤滑處理。在本工程中，所使用的摩擦副材料為不銹鋼板以及PTFE材料，在進行科學的清潔與潤滑處理后，通過模擬實驗可知二者間的摩阻因數(shù)普遍在4%范圍內(nèi)，最低值達到了3%，因此符合頂推力要求。由此可知，無論是滑移梁的拋光還是PTFE滑板的防污，二者均是降低摩阻因數(shù)的有效手段，在本工程中可以使用帆布遮蓋滑移梁的方法可以確?；屏旱恼麧嵭?，同時在頂推作業(yè)前應(yīng)當對滑移梁進行拋光處理，而后還需加以清潔并均勻涂抹適量潤滑油。在完成上述操作后，摩阻因數(shù)可達到5.5%水平。

4 結(jié)束語

工程中由于混凝土預(yù)制構(gòu)件規(guī)模較大，出運時通常會出現(xiàn)構(gòu)架變形以及開裂等現(xiàn)象，基于頂推系統(tǒng)顯著的效率，能夠在很大程度上避免上述現(xiàn)象，達到流水線生產(chǎn)的效果，提升沉管頂推作業(yè)水平，為大型工程的開展帶來更多可能。