沉管管節端鋼殼制造及安裝工藝

向劍，劉經國，蘇懷平

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

近年來，隨著沉管隧道技術的發展，預制沉管尺寸根據功能需求趨于更大型方向發展，管節接頭防水預埋件——端鋼殼則趨于超重、超大、精度要求更高的方向發展。在管節預制中，端鋼殼安裝精度要求很高，施工中，受焊接變形以及安裝后受混凝土澆筑過程中側壓力影響，整體精度控制難度較大。

1 工程概況

港珠澳大橋海底沉管隧道總長度為5 664 m，由33個管節組成，單個標準管節長180 m，寬3 795 cm，高1 140 cm。

港珠澳大橋沉管采用在工廠預制工藝，即先在隧道以外的預制廠預制沉管管節，管節兩端密封，拖運至隧道位置，然后沉放管節。沉放完畢后，進行管節水下連接，然后覆蓋回填[1]。港珠澳大橋管節接頭采用柔性設計，由壓縮后的橡膠止水帶（GINA）止水及適應接頭變形。

2 設計

2.1 功能

1）作為GINA橡膠止水帶和OMEGA止水帶安裝的基礎面。

2）由端鋼殼面板與管節縱軸線間角度的變化來擬合隧道縱坡的變化。

3）在管節沉放水力壓接過程中，將由自由端整個斷面上承受的強大水壓力通過端鋼殼傳遞到相鄰管節上[2]。

2.2 形式

早期國外的一些沉管隧道中，端鋼殼是做成U型構件整體預埋。這種形式的端鋼殼剛度較大，安裝時粗調和混凝土澆筑過程中精調較難，端鋼殼成型質量難以保障。

近期，在國內外類似沉管預制端鋼殼施工中，通常采用二次施工法，即先安裝端面預埋件基座鋼板（大多采用H型鋼），在混凝土澆筑完成后，再焊接預埋件面板，然后在面板和基座之間灌漿填充，分階段調整控制達到安裝精度要求，如圖1所示。由于GINA的接觸面鋼板是在管節成型后再安裝的，這種形式的端鋼殼精度控制較好，但鋼板間的焊接產生的較大熱量可能損傷已成型的混凝土，造成質量缺陷，且額外增加了二次安裝鋼板和注漿的時間。

圖1 常用端鋼殼形式Fig.1 The common bulkhead form

港珠澳大橋沉管隧道采用工廠法施工，在流水線上標準化預制，管節預制完成后頂推至淺塢區進行一次舾裝作業，一次舾裝完成后再橫移至深塢區。在港珠澳大橋沉管隧道設計中，綜合考慮端鋼殼調位、作業時間及端鋼殼成型質量，將端鋼殼設計成L型，如圖2所示，這種端鋼殼剛度較小，在混凝土澆筑期間通過專用調位系統精調后一次成型，避免了在舾裝區進行二次安裝帶來的工期壓力。

圖2 端鋼殼構造圖Fig.2 Thebulkhead structure

3 安裝精度要求

沉管隧道管節接頭止水依靠止水帶與端鋼殼擠壓密貼實現，因此對端鋼殼安裝平面度、平整度等提出更高要求，具體要求見表1。

表1 端鋼殼幾何及平整度要求Table 1 The geometric and flatnessrequirementsof bulkhead

4 加工及安裝

4.1 安裝工藝及方法

1） L型端鋼殼由2塊垂直的鋼板焊接而成，較厚鋼板之間焊接將產生較大的熱量，為了保證加工質量，端鋼殼在專業鋼結構加工廠加工成長約7 m的小塊，主要工序為：配料、切割、坡口加工、半成品焊接、變形控制及矯正[3]。

2）端鋼殼安裝前，在臨時胎具上將小塊端鋼殼焊接成6大塊（圖3），盡量縮短現場作業時間。焊接時須注意焊縫收縮引起的變形，采取預設反變形量保證焊縫處平整度。

圖3 鋼端殼焊接分塊圖Fig.3 Divide the welding areasof bulkhead

3）大塊端鋼殼安裝后，通過測量系統控制端鋼殼的成型尺寸及斷面平整度，將各大塊端鋼殼焊接為一個整體。

4） 端鋼殼與端模固定，在測量儀器的配合下，利用端模上的調節螺桿及固定、限位螺栓進行斷面平整度精確調整，調整到位后方可澆筑混凝土。

5） 混凝土澆筑過程中，監控端鋼殼位移變化，及時利用調節螺桿及固定、限位螺栓調整因混凝土擠壓引起的鋼端殼位置變化。

4.2 精調方法

端鋼殼的精調主要通過固定限位設施——端模上設置的精調構件來實現，具體操作原理如下：

1）端鋼殼通過固定螺栓與端模固定后通過支撐螺桿上蝶形螺母可進行平面和傾斜度調整，見圖4。主要進行整個平面度較大范圍粗調、精調。

圖4 端鋼殼精調構件示意圖Fig.4 Sketch of theaccurateadjustment components of bulkhead

2）通過限位螺栓的頂撐與固定螺栓的拉緊可實現端鋼殼微量調整，同時也可彌補由于端模變形導致的端模與端鋼殼無法密貼所造成的變形空隙，主要進行局部精調以及密貼限位。

3）端鋼殼安裝調整到位后，在混凝土澆筑過程中，利用全站儀全程監控端鋼殼位置變化情況，通過支撐螺桿以及固定螺栓與限位螺栓的配合，可實現對端鋼殼平面度位置的有效控制。

4.3 測量

端鋼殼在安裝前，需測定已安裝管節對接端端鋼殼的實際位置和實際傾斜度，計算待安裝管節對接端端鋼殼的空間姿態（主要是傾斜度），在此基礎上才能進行端鋼殼安裝測量。

端鋼殼在安裝調整過程中，采用高精度全站儀結合平整度、橫向傾斜度、豎向傾斜度和特征點理論坐標進行安裝測量的精密定位。

在混凝土澆筑過程中需要跟蹤測量、動態調整，以不大于每澆筑50 cm高度時間間隔監測調校1次，對混凝土澆筑引起的變形及時調整，以確保端鋼殼安裝精度。

在管節預應力張拉完成后，測定空間姿態，并進行三維模擬，評定其安裝精度，確定后續端鋼殼安裝參數[4]。

5 結語

港珠澳大橋沉管隧道端鋼殼安裝施工重點在于安裝精度控制，精度調整利用端模的固定限位構件來實現，使其在施工階段（尤其混凝土澆筑階段）具備調節變形的能力，滿足一次成型的高精度要求，可為類似工程提供借鑒、參考。

[1] 陸明.沉管隧道管段接頭等部位的防水防腐設計[J].中國建筑防水，2002（4）：27-29.LU Ming.Waterproofing for pile connections of sunk pipe tunnel and some relevant waterproofing and anti-corrosion design[J].China Building Waterproofing，2002（4）：27-29.

[2]蔡岳峰.上海外環沉管隧道設計（十）——外環隧道端鋼殼設計[J].地下工程與隧道，2005（4）：17-20.CAI Yue-feng.Design of Shanghai outer ring immersed tuunel（10）：Design of steel shell at element end[J].Underground Engineeringand Tunnels，2005（4）：17-20.

[3] 張薇，郭井龍.淺談沉管隧道施工中鋼端殼的制作安裝[J].河南科技，2010（8）：37-38.ZHANG Wei，GUO Jing-long.Manufacture and installation of bulkhead in immersed tunnel construction[J].Henan Science&Technology，2010（8）：37-38.

[4] 何元甲，劉旭麟.港珠澳大橋沉管預制端鋼殼安裝測量技術[J].科技致富向導，2013（20）：254-255.HE Yuan-jia，LIU Xu-lin.Installation and measuring techniques for the bulkhead of prefabricated immersed tunnel of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].Guide of Sci-tech Magazine，2013（20）：254-255.