新型預應力管道接頭連接件性能試驗

張文森，劉榮崗，黃海斌

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

新型預應力管道接頭連接件性能試驗

張文森，劉榮崗，黃海斌*

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

沉管預制生產過程中由于各種原因，節段預應力管道在匹配對接中可能產生一定的間隙、位移及錯位，在連接處容易出現滲水漏漿。通過對接頭材料工藝的優化并通過模擬試驗驗證，闡述節段接頭連接件在不同間隙情況下的密封性和連接件埋入混凝土后的無黏結性，能夠滿足沉管預應力管道水密性等技術要求，為連接件在沉管預制中的應用提供了技術支持。

預應力管道；節段接頭；連接件；沉管；水密性

0 引言

沉管隧道的預制管節首先要滿足水密性要求，每個管節是由數個節段組成，通過縱向預應力筋使各個節段連接為一個整體，管節節段接頭處預應力管道連接件所采用的材料與連接工藝直接影響預應力管道的水密性。本文根據工程實際情況對預應力管道節段接頭的連接件材料進行了模擬試驗。

1 工程簡介

港珠澳大橋海底沉管隧道長5 664 m，分33個管節，其中標準管節長180 m，由8個長度為22.5 m的節段組成。沉管預制采用工廠法匹配澆筑施工，每次1個節段澆筑完成后，通過節段接頭連接件將管節上預埋的60個預應力管道進行匹配連接，在確保每個預應力管道接縫處緊貼平順后，再進行混凝土澆筑。8個節段預制完成后將管節頂推到淺塢區，進行預應力筋穿束張拉及壓漿工作，使8個節段連接成為一個管節，最后經過壓水試驗觀察節段接頭水密性質量[1]。管節節段接頭連接示意圖見圖1。

圖1 管節節段接頭連接示意圖Fig.1 Pipe segment jointconnection diagram

2 預應力管道節段接頭施工質量要求

1）每個節段有60個預應力管道需要對接，一個管節需要匹配對接420次，如預應力管道節段接頭連接件在安裝過程中管控不嚴，實際位置與設計位置存在一定偏差，當偏差超限時，就會導致前后節段管道匹配存在過大的角度和錯位，出現預應力管道不順直，直接影響預應力筋的穿束。

2）如果已澆筑的管節端面混凝土不平整，部分預應力管道存在內陷，在預應力管道對接過程中，連接件的密封圈和卡環容易發生擠壓變形或者破壞，造成前后節段對接后連接件與預應力管道內存在一定縫隙，影響預應力管道結構水密性。

3）沉管在預制完成后的頂推過程中，由于頂推千斤頂存在不同步和各軌道之間高程有差異，容易引起節段接縫處出現不同程度的拉開或錯位，需要節段接頭處波紋管本身能與混凝土之間有一定的無黏結性來縮小前后節段波紋管接頭之間的縫隙距離，以保障整個預應力管道的密封性。

4）預應力管道節段接頭連接的質量直接影響預應力管道真空輔助壓漿施工質量，如果接頭不密封，預應力管道抽真空就達不到要求，同時也容易出現接頭處漏漿，造成預應力管道壓漿不飽滿，在后期進行壓水試驗中就會出現滲水現象，將直接影響整個沉管結構的水密性功能。

3 節段接頭波紋管連接件技術要求

為克服施工中節段接頭連接件存在的一些問題，根據設計要求，預應力管道在節段接頭兩側各3 m長的波紋管接頭連接件與混凝土之間需無黏結作用。為確保預應力筋的順利穿束、節段管道之間的水密性以及防止深海環境下預應力筋遭受侵蝕，節段接頭處預應力波紋管匹配施工時必須保證接頭的連續性和密封性。為此，采用由VSL國際有限公司設計的節段接頭連接件（三件套）[2]，其由2個3 m長的外壁套管、設有密封O形圈的內接管三部分組成，如圖2。

圖2 節段接頭波紋管連接件示意圖Fig.2 Segment joint corrugated pipe fittings

預應力管道節段接頭連接件是特殊定制產品，需滿足以下技術要求[3]：

1）外管外表光滑，與混凝土的握裹力應盡量小，以滿足無黏結要求，在節段接頭張開量<6 mm前提下，預應力筋的應力增量≤195 MPa。

2）應選用耐久性材料，在工作環境下設計使用壽命不小于120 a。外管環向剛度、抗沖擊性、抗局部橫向荷載及外管不圓度不低于JT/T 529—2004《預應力混凝土橋梁用塑料波紋管》的要求，并且保證混凝土澆筑過程中少變形，前后匹配對接存在3°轉角時需滿足內管穿管要求。

3） 對于內、外管應使用原始粒狀原料，嚴禁使用粉狀和再造粒狀顆粒原料；內、外管間隙充填可壓縮材料，使正常情況下節段接頭處能適應不小于4mm的剪切變形。

4）內、外管接口處錯臺應不影響鋼絞線穿束，連接配合應滿足0.6MPa的水密性要求。

4 模擬試驗驗證

為了確定節段接頭連接件是否滿足設計要求，為施工提供技術支持，重點對節段接頭連接件的水密性和無黏結性兩項指標進行了模擬試驗。

4.1 水密性試驗

驗證預應力管道連接件接縫間隙從4 mm到極限最大間隙16mm時的密封性。

將接頭管1和接頭管2分別預埋在2個混凝土墩塊中，接頭管內安裝有內接管（圖3），完全模擬管節預應力管道接頭部位，并使用密封蓋帽將接頭管1和接頭管2兩端密封，在澆筑的混凝土墩塊中形成管道內部的密封環境。

圖3 水密性試驗的連接件樣品Fig.3 W ater tightness testof p ipe fitting joint sam p les

給試驗連接件內部施加0.6 MPa水壓，通過檢測兩件混凝土墩塊接縫處是否漏水，驗證接縫連接件的水密性。同時，試驗模擬管節接縫位置從完全貼緊狀態，至逐漸拉開不同距離間隙的工況下連接件的密封性。按照設計要求，間隙從4 mm逐漸加大到設計理論最大值6～8mm，并繼續逐漸加大至極限16 mm（圖4）。

圖4 水密性試驗的2組混凝土試塊Fig.4 Two groupsof concrete specimensofwater tightness test

試驗塊1使用不纏繞遇水膨脹密封帶的內接管，僅使用經過老化試驗后的O形密封圈。試驗塊2使用纏繞遇水膨脹密封帶的內接管，同時使用經過老化試驗后的O形密封圈，與試驗塊1進行對比。

試驗結果：在間隙分別為4 mm、6 mm、8 mm、10mm、12 mm、14 mm、16 mm的情況下，觀察接縫處在1 min、10 min、30 min、1 h的滲水情況，未見漏水。

為進一步驗證連接件在施工或使用過程中可能發生的橫向或縱向位移所帶來的影響，在完成最后極限間隙16 mm水密性試驗后，將1個混凝土墩塊整體墊高4 mm，然后在0.6 MPa的水壓下保壓試驗24 h，觀察連接件接縫處也未見漏水。

4.2 無黏結性試驗

將連接器接頭管1和接頭管2分別預埋在2個混凝土墩臺內，并通過張拉千斤頂和張拉錨具對安裝在接頭管內的鋼絞線（已壓漿）進行拉拔作用，鋼絞線的拉拔力通過管內的握裹漿體傳遞給接頭管1和接頭管2（圖5）。由于聚丙烯接頭管光滑外壁與混凝土的無黏結作用，當接頭管1和接頭管2受到一定拉拔力后，即與混凝土接觸面產生位移。

圖5 無黏結性試驗的2組混凝土試件Fig.5 Two groupsof concrete specimen of unbonded test

為了試驗不同潤滑條件下的拉拔力，進行2組試驗：試件1為接頭管1表面涂抹低黏度潤滑油，試件2為接頭管2表面涂抹低黏度潤滑油。

試驗結果：當千斤頂加壓到3 MPa時，試件1的連接件與混凝土接觸面發生了0.05 mm的位移，繼續加壓到5MPa時，位移為5mm。試件2加壓到2 MPa時，位移為0.01 mm，加壓到3 MPa時，位移為0.08mm，繼續加壓到5 MPa時，位移為5mm。

5 結語

港珠澳大橋沉管采用節段匹配預制，節段與節段之間的預應力管道連接施工難免給預應力結構防水帶來一定風險，預應力管道接頭的施工質量關系到后續壓漿施工。本次預應力管道連接件水密性、黏結性試驗結果證明了連接件在高水壓作用下的水密性，并且與混凝土本體無黏結，試驗的成功為后續沉管預應力施工提供了有力的技術支持。

[1]中交公路規劃設計院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設計：管節接頭、節段接頭施工圖[R].2012. CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel projectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:construction drawing of socket joint and segment joint[R]. 2012.

[2]VSL香港公司.VSL專利節段接縫連接器水密性試驗和無黏結拉拔試驗方案[R].2013. VSL Hongkong Ltd.VSL proprietary segment joint coupler water seal testand unbounded behaviour pull-out testscheme[R].2013.

[3]中交公路規劃設計院有限公司.港珠澳大橋島隧工程沉管隧道節段接頭波紋管連接件技術要求[R].2013. CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Technical requirements of immersed tube tunnel segment joint corrugated pipe fittings of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island&tunnelproject[R].2013.

Perform ance test of new prestressed pipe joint connector

ZHANGWen-sen,LIURong-gang,HUANGHai-bin*
（No.2 Eng.Co.,Ltd.of CCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510300,China）

Because of various reasons during the prefabrication of immersed tubes,there would be some gaps,displacement and dislocation between segmentalprestressed pipesduring docking process,therefore,it'svery easy to have leakage and water seepage situation at the junctions.Through optimization of jointmaterial technique and simulation tests verification,the section joint connectors＇sealabilities in differentgaps and its non-adhensiveness after embedded in concrete canmeet the technical requirementsof immersed tube tunnel prestressed duct,and provide technical support for jointsused for immersed tube tunnel. Keywords：prestressed pipe;section joint;connector;immersed tube;water tightness

U459.5；TU394

A

2095-7874（2015）11-0039-03

10.7640/zggw js201511011

2015-10-19

張文森（1983— ），男，福建三明市人，工程師，土工工程專業。*通訊作者：黃海斌，E-mail：404192082@qq.com