大跨度自穩式橫拉鋼閘門的應用

董政，王曉東，劉遠林

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

大跨度自穩式橫拉鋼閘門的應用

董政，王曉東，劉遠林

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

以港珠澳大橋島隧工程沉管隧道管節的工廠化制作為工程背景，對用于隔離廠房區與淺塢區的大跨度自穩式橫拉鋼閘門的啟閉施工工藝進行介紹，闡述用于支撐體系轉換的液壓升降系統和U形管水平姿態監測系統。實際工程中已成功實現13次鋼閘門啟閉過程，該工藝安全可靠，具有廣闊的推廣應用前景。

大跨度鋼閘門；體系轉換；液壓同步升降；連通器定律；水平姿態監測

0 引言

港珠澳大橋隧道工程的沉管采用工廠法預制方式，為國內首例。預制廠主要由工廠區、淺塢區及深塢區組成，工廠區及淺塢區布置通長的縱向頂推軌道，滿足沉管從工廠區向淺塢區的頂推滑移功能[1-3]。當管節灌水橫移期間，淺塢灌水至15 m標高，工廠區正常作業，需要一道止水結構將工廠區及淺塢區隔開。因此設計研發了大跨度自穩式橫拉鋼閘門，在深淺塢灌水期間起到攔水圍堰功能。

1 概述

港珠澳大橋沉管預制廠鋼閘門采用由工字鋼及鋼管組合而成的混合桁架結構形式，以三角鋼架為基本受力單元，內部設置鋼管系桿和斜撐，通過相互聯系的撐桿形成整體受力鋼架[4]，見圖1。鋼閘門總長約105m，高約13.5m，寬約14.6m，結構總重約800 t，為大跨度自穩式鋼閘門。

圖1 鋼閘門示意圖Fig.1 Steel gate layout

鋼閘門采用卷揚機牽引使其在滑移軌道上橫移實現啟閉，鋼閘門滑移軌道沿長度方向分為鋼閘門作業區和鋼閘門存放區，2臺卷揚機設置于存放區端部。

鋼閘門作業區和存放區平面示意圖見圖2。

圖2 鋼閘門作業區和存放區平面示意圖Fig.2 W ork zoneand storagearea layoutof steelgate

2 鋼閘門啟閉施工

鋼閘門啟閉施工主要包括卷揚機牽引操作、支撐體系轉換和波形止水帶的安裝。

2.1 卷揚機牽引操作

淺塢門開啟和關閉通過2臺75 t絞車牽引支撐在26個坦克輪上的淺塢鋼閘門在2條軌道上滑移來實現，鋼絲繩直徑為52 mm，采用機旁操作臺集中控制絞車。絞車放置于鋼閘門存放區的尾端，鋼絲繩纏繞示意圖如圖3，開啟或者關閉過程始終為1臺負責牽引，1臺負責溜尾。

圖3 絞車鋼絲繩纏繞示意圖Fig.3 Sketch ofwinch steelw ire rope

2.2 鋼閘門支撐體系轉換

鋼閘門移動通過底部安裝坦克輪實現，而為了實現閘門止水功能，運動到位后需要拆除坦克輪，安裝波形止水帶，這兩個階段的轉換叫體系轉換。鋼閘門關閉階段，鋼閘門需從坦克輪支撐體系轉換為滑移軌道支撐；而當鋼閘門開啟時，再從滑移軌道支撐體系轉換為坦克輪支撐。

鋼閘門的坦克輪支撐體系為2組坦克輪均勻分布在鋼閘門的滑移軌道方向，每組13個坦克輪。體系轉換采用液壓升降系統和U形管水平姿態監測系統相互配合來實現，保證鋼閘門體系轉換時的整體平穩抬升和下降。

1）鋼閘門體系轉換施工工藝流程

鋼閘門行走坦克輪高度190mm，在體系轉換過程中借助厚度為100mm和160 mm的鋼支墩，完成整個體系轉換施工（圖4）。

鋼閘門體系轉換循環流程圖見圖5。

圖4 鋼閘門安裝坦克輪示意圖Fig.4 Tank wheel installation layout of steelgate

2）液壓升降系統

液壓升降系統包括12個液壓千斤頂、1個總控液壓泵站和其他附屬液壓配件。

圖5 鋼閘門體系轉換循環流程圖Fig.5 The circular-flow diagram of steelgate support system transform ation

其工作原理是：通過集中控制系統控制液壓千斤頂的同步頂升、下降，實現長約105 m，總重約800 t的鋼閘門同步升降。

鋼閘門抬升或下降利用12個液壓千斤頂來實現，分2組（每組6個）在鋼閘門迎水側和背水側平均布置（間隔約18 m），12個千斤頂的控制采用總控液壓泵站實現。液壓千斤頂和液壓泵站的布置圖見圖6。

圖6 液壓千斤頂和液壓泵站布置示意圖Fig.6 Layou t of hydraulic jack and power pack

3）U形管水平姿態監測系統

鋼閘門體系轉換需保證整體相對平穩，各千斤頂受力均勻，否則會對鋼閘門的結構造成較大影響，同時也會影響液壓千斤頂受力不均，千斤頂易損壞，故需設置鋼閘門水平姿態檢測系統，實時檢測鋼閘門水平姿態，調節各千斤頂受力，以保證鋼閘門的平穩抬升或下降。

采用U形管水平姿態檢測系統，以細長水管為U形管，水為液體，一端為監測端，另一端為顯示端。監測端設置在各千斤頂位置處，布置圖如圖7，圖中1～為12個液壓千斤頂位置，為鋼閘門頂升千斤頂泵站位置，為U形管顯示面板位置。顯示端置于泵站處，在標有水平線的顯示面板上設置12根細長試管，與各監測端連接構成U形管水平姿態監測系統，顯示面板如圖8，編號與千斤頂編號、監測端編號相匹配。液壓總控泵站操作人員可以根據顯示面板的液位水平來調整各液壓千斤頂的流量，控制液壓千斤頂的升降，從而準確控制鋼閘門的平穩升降，確保鋼閘門體系轉換正常。

圖7 鋼閘門U形管監測端布置圖Fig.7 Steelgate U tubemonitor layout

圖8 鋼閘門U形管顯示面板實體圖Fig.8 Entity pictureof steelgate U tube disp lay panel

3 波形橡膠止水帶的安裝

鋼閘門體系轉換后，需進行波形橡膠止水帶的安裝來滿足閘門的止水功能。止水帶安裝在迎水面側，采用鋼壓板及螺栓固定方式，一端固定在鋼閘門上，另一端固定于軌道及側墻攔水壩沉箱上，保證15 m水頭壓力下不滲漏[5]。波形止水帶如圖9所示。

圖9 止水帶安裝示意圖Fig.9 Water-stop belt installation

4 結語

大跨度自穩式橫拉鋼閘門有效地解決了工廠法沉管預制中廠房區和淺塢區的隔離，具有操作簡單、安全可靠等優點，在港珠澳大橋沉管隧道沉管預制中已成功完成13次啟閉過程，施工工藝也得到了不斷提升和改進，具有廣闊的推廣應用前景。

[1]毛劍峰，鄧濤.沉管隧道管節預制方法綜述[J].交通科技，2013（6）：79-82. MAO Jian-feng,DENG Tao.Comprehensive summary of precast method of immersed tube section[J].Transportation Science& Technology,2013(6):79-82.

[2] 楊文武.沉管隧道工程技術的發展[J].隧道建設，2009，29（4）：397-404. YANGWen-wu.Developmentof immersed tube tunneling technology[J].TunnelConstruction,2009,29(4):397-404.

[3] 李海峰，劉遠林.沉管頂推施工的保障措施[J].中國港灣建設，2015，35（7）：105-109. LIHai-feng,LIUYuan-lin.Safeguardmeasures for immersed tube pushing construction[J].China Harbour Engineering,2015, 35(7):105-109.

[4]肖曉春.大型沉管隧道管節工廠化預制關鍵技術[J].隧道建設，2011，31（6）：701-705. Xiao Xiao-chun.Key technology formanufactory prefabrication of tube elements of large-scale immersed tunnels[J].Tunnel Construction,2011,31(6):701-705.

[5] 中交公路規劃設計院有限公司.港珠澳主體島隧工程施工圖設計：淺塢鋼閘門止水布置圖[R].2011. CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:layoutdrawingofsteelgatewaterstop[R].2011.

App lication of large span self-stabilized transverse stretching steel gate

DONGZheng,WANGXiao-dong,LIUYuan-lin
（No.2 Eng.Co.,Ltd.of CCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510300,China）

Based on the manufactory prefabrication of the tube elements in immersed tunnel of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island&tunnel project,we introduced the open/close construction technology of large span self-stabilized transverse stretching steel applied to segregate workshop area and shallow dock area,expounded the hydraulic lifting system and U tube levelposturemonitoring system used for the transformation ofsupportsystem.The actualengineering hasbeen applied to open/ close processof steelgate 13 times,it is safe and reliable,and hasbroad application prospects.

large span steel gate;transformation of system;hydraulic synchronous lifting;law of connected vessels;level posturemonitoring

U655.4；U641.33

B

2095-7874（2015）11-0102-04

10.7640/zggw js201511027

2015-10-19

董政（1983— ），男，江蘇連云港人，工程師，從事技術管理工作。E-mail：272930933@qq.com