沉管管節鋼木結構壓載水箱安裝工藝及特點

陳聰，李元慶

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

沉管管節鋼木結構壓載水箱安裝工藝及特點

陳聰，李元慶

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

在沉管浮運安裝施工中，作為臨時結構的壓載水箱顯得尤為重要，其結構設計、安裝效率直接影響沉管舾裝的進度及成本。結合港珠澳大橋沉管隧道管節預制一次舾裝，詳細介紹了鋼木結構壓載水箱的施工工藝及優點，可為同類工程借鑒。

港珠澳大橋；沉管隧道；鋼木結構；壓載水箱

1 工程概況

港珠澳大橋沉管隧道穿越珠江口廣州、深圳西部港區的出海主航道，共有33個管節，自西向東依次編號為E1～E33，沉管管節安裝順序為：先由西人工島暗埋段至E29管節，長度約5.1 km；再由東人工島暗埋段至E30管節，長度約0.6 km。

每個管節寬度37.95 m，高度11.40 m，標準管節長180 m，由8個22.5 m的小節段組成，每個標準管節重約8萬t。壓載水箱是港珠澳大橋沉管隧道重要的舾裝結構，每個標準管節共有6個水箱，用于調節沉管在塢內橫移、出運及沉放安裝過程中的負浮力及姿態（如圖1）。

圖1 沉管壓載水箱布置示意圖Fig.1 The water ballast space layout of immersed tube

該工程壓載水箱為鋼木結構，由兩道擋墻、沉管側墻及中墻圍成，平面尺寸為14.55m×20m。擋墻由鋼立柱、橫梁、拉桿及木枋組合而成，木枋墻高5 m，寬14.55 m，采用TB13及TC13以上等級木材，水箱內側鋪設整體式PVC防水布作為防水層（如圖2）[1]。

圖2 壓載水箱Fig.2 Thewater ballastspace

2 安裝工藝

安裝主要工藝流程：安裝準備→鋼立柱安裝→上橫梁安裝→斜拉桿安裝→擋墻木枋安裝→墻體預埋孔洞及陽角處理→安裝PVC防水布[2]。

2.1 安裝準備

1）水箱預埋件清理，預埋精度、數量檢查。將立柱、橫梁、斜拉桿預埋件表面及螺栓孔內雜物清理干凈，確保鋼構件安裝之后能夠與預埋件表面貼緊無間隙，使鋼結構之間荷載傳遞均勻。另外，要檢查預埋件精度、數量，如果不能滿足使用要求，及時聯系設計部門，制定整改方案。

2）水箱材料轉運。在廠房預制、舾裝要形成流水作業，水箱材料要及時轉入管內，避免影響封門及其它工序施工作業。由于受場地影響，只能利用叉車等小型設備進行管內轉運，并制作必要的平臺工裝等。

2.2 鋼立柱安裝

1）在準備安裝的立柱預埋件旁邊搭設臨時操作平臺。

2）采用加高叉車配合吊架將鋼立柱按順序吊裝到位。

3）用連接螺栓（M30×75）將立柱與預埋件進行固定，用電動扳手將螺栓打緊，每個螺栓的預緊力為280 kN，然后利用臨時操作平臺卸扣，按同樣方法將兩個擋墻立柱安裝到位，但每個擋墻預留1根立柱不安裝，作為臨時通道，方便后續作業。

2.3 上橫梁安裝

1）上橫梁分兩段安裝，利用加高叉車提升到立柱正上方臨近鋼立柱頂部10 cm處，利用操作平臺進行人工輔助安裝，用連接螺栓（M30×75）將橫梁與預埋件進行固定，用電動扳手將螺栓進行預緊，預緊力為280 kN。

2）兩段橫梁安裝好后，中間連接處用厚10 mm的連接鋼板和M20×60螺栓連接成整體，用電動扳手預緊，預緊力為125 kN。

2.4 斜拉桿安裝

1）斜拉桿分4段安裝，第一次安裝前需先在地面用厚10 mm的連接鋼板及M20×60的螺栓將第1段、第2段連接成整體，螺栓用電動扳手預緊，預緊力為125 kN。

2）利用叉車及專用吊具將第4段提升到與墻體上預埋件齊平的位置，人工輔助安裝，使構件方向正確且貼緊預埋件表面，用螺栓（M30×75）進行連接，使用電動扳手預緊，預緊力為280 kN。

3）利用叉車將第1段、第2段整體提升到上橫梁與斜拉桿安裝位置附近，搭設臨時操作平臺進行人工輔助調整，調整到位后用M20×70螺栓進行連接固定，螺栓施加125 kN的預緊力。

4）第3段為調節段，測量第2段與第4段之間的距離，切割長度合適的槽鋼填充間距，槽鋼與斜拉桿之間采用全熔透焊接成整體，斜拉桿安裝完成。

2.5 擋墻木枋安裝

1）水箱擋墻木枋原材料采用TB13及TC13以上等級的木材，在工廠加工成標準件，尺寸為長2.35 m、高0.20 m、厚0.90 m，另外非標準件根據現場實測尺寸進行加工，擋墻木枋劃分為25層，高5m。

2）擋墻木枋安裝遵循從下往上，從左到右的順序，嵌入T形鋼槽口內，可搭設臨時操作平臺，或用叉車輔助安裝（預留通道木枋后裝）。

3）擋墻兩側和倒角處木枋需按實際尺寸現量現裁現裝，兩側木枋安裝就位后，用水泥釘將木枋與墻體固定，防止木枋晃動，結構不穩定。

2.6 墻體預埋孔洞及陽角處理

1）管節側墻內壁預留了消防洞室和逃生臨時安全門，如果在壓載水箱范圍內，需要進行臨時填充。

2）消防洞室用泡沫板填充至表面與墻體表面齊平，邊緣粘貼無紡布保護防水布。

3）逃生臨時安全門用臨時封門鋼板蓋住洞口，背面用20號槽鋼作反力梁，M20拉桿預緊封門門體，邊緣同樣用無紡布覆蓋保護防水布。

4）管節墻體陽角要處理，先鋪設三角木條，再粘貼無紡布以保護防水布。

2.7 安裝PVC防水布

1）安裝防水布掛鉤，掛鉤沿壓載水箱頂面四周分布，按圖紙要求兩側墻體布置間距為1.5m，擋墻布置間距為1.0mm，高度為5.033m。

2）在水箱PVC防水布轉入水箱區域后，封閉預留的臨時通道，并安裝下橫梁。

3）對水箱區域內進行全面清理，清除雜物、灰塵，并確保防水布鋪設范圍內無尖銳棱角。

4）將防水布移至水箱內部的正中心，按順序對稱展開，使用梯子從防水布的中心線開始往兩側將防水布均勻掛上側墻掛鉤，再進行防水布位置調整，將富余的防水布貼緊墻體，使水箱注水時防水布不會由于受力不均勻而破損。

5）安裝水箱給排水支管，準確在防水布上定位，避免在防水布上二次開孔。

6）壓載水箱試水試驗，檢查是否存在滲漏，以便及時修補。

3 鋼木結構水箱特點

3.1 布局合理

1）每個標準節段有6個水箱，均勻布置在兩個行車道上，可以通過調節6個水箱水位，有效調節管節在水中的姿態，保持管節穩定。

2）每個壓載水箱只安裝了兩個立面擋墻，另外兩個立面有效利用管節混凝土墻體結構，分別支撐在側墻和中墻上，最大程度節省材料，并保持水箱結構穩定。水箱結構示意圖如圖3所示。

圖3 壓載水箱結構示意圖Fig.3 Structure diagram of thew ater ballast space

3.2 結構簡單

1）鋼木結構壓載水箱材料種類不多，并且每件重量較小，方便管內運輸及安裝。

2）水箱鋼結構節點大部分采用螺栓連接，極少情況下采用焊接，方便安裝、拆卸，操作簡單方便。

3）水箱木枋直接嵌入到鋼立柱上，操作簡單，有效保護了木枋，同時，也能減少鋼結構的使用量，降低了成本，并且減少了安裝難度。

4）水箱防水布采用簡單的掛鉤方式直接掛在擋墻頂部，操作簡單，有效防漏。

5）上下橫梁、斜拉桿等鋼構件，采用分段方式安裝，操作簡單，并且保證安裝精度。

3.3 節能環保

鋼木結構壓載水箱基本采用螺栓連接、拼接等方式，有效減少安裝、拆卸時管節內部的動火作業，尤其對于后期沉管沉放安裝后，管內作業環境惡劣，通風效果較差，可有效減少管內空氣污染及光污染，提高管內作業人員的舒適度，降低氣體中毒的風險[3]。鋼木結構壓載水箱結構簡單，采取有效措施可提高各種材料重復使用率，減少浪費，節能環保。

3.4 對預埋件精度要求高

由于壓載水箱主體結構采用鋼結構拼裝，并且采用螺栓連接，所以對于水箱預埋件的精度要求非常高（＜5mm）[4]，否則螺栓孔位將無法匹配。因此，在沉管預制過程中，應特別重視預埋件安裝精度控制，以便為下道工序的順利實施提供條件，達到沉管壓載水箱高效舾裝的目的。

3.5 成本、工期優勢

1）鋼木結構水箱較鋼結構水箱節約材料成本，并且安裝簡便，所需技術工種較少，人工成本降低，經過計算比對，單個鋼木結構水箱較鋼結構水箱節省成本約16.7%。在預制管節較多時，鋼木結構水箱可以重復利用，成本優勢更加凸顯。

2）鋼木結構水箱在安裝中較鋼結構水箱靈活，可隨意留出通道供管內作業人員通行，又不影響水箱的正常施工，可錯開管內交叉作業，流水施工，有效提高安裝效率，比較發現，鋼木結構水箱安裝工期可縮短約25%。

4 結語

港珠澳大橋沉管預制中所采用的鋼木結構壓載水箱，從設計到實施過程中均通過多次討論，達到結構設計最優化，從成本、工期角度出發，均有較大的優勢，值得后續同類工程借鑒。

[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：管節結構施工圖[R].2012. CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnelprojectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:construction drawing of immersed tunnel structure[R]. 2012.

[2] 中交股份聯合體港珠澳大橋島隧工程第III工區一分區項目經理部.港珠澳大橋沉管預制施工組織設計[R].2012. ProjectManagementDept.of the First Subarea ofWork Area III for Island and Tunnel Project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge JointVentureofChina Communications Construction Co.,Ltd.The construction organization design of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersion precasting[R].2012.

[3] 王宇，趙立新.港珠澳大橋沉管隧道安全管理[J].中國港灣建設，2015（7）：134-136. WANG Yu,ZHAO Li-xin.Safety management of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tube tunnel[J].China Harbour Engineering,2015(7):134-136.

[4]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋施工及質量驗收標準[S].2013. Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality acceptance criteria forHongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S]. 2013.

圖5反力架Fig.5 Reaction frame

4.3 精度控制要點

預埋件安裝過程中應采取有效措施保證預埋件安裝精度及質量，在混凝土澆筑完成后滿足設計要求。施工中應注意以下幾點：

1）根據預埋件結構以及安裝部位，確定預埋件安裝最佳時機，提前在鋼筋綁扎過程中預留其安裝位置或安裝固定措施。

2）頂部舾裝件以及接頭等多數預埋件安裝采用全站儀精確定位，在混凝土澆筑過程中進行監控，保障安裝精度滿足設計要求。

3）安裝定位架對測量塔等預埋件進行相對位置固定，保證安裝精度。

4）端頭預埋件安裝到位后，采取有效措施與模板固定，保證其與端面的位置。

5）預埋件精調到位后，采取有效措施固定牢固，混凝土澆筑過程中監控其位置，保證預埋件最終安裝質量。

6）預埋件螺栓孔（桿）應采取有效保護措施，防止封堵、損傷。

7）預埋件焊接質量應滿足設計要求。

8）加強預埋件防腐涂層的保護，及時按照設計要求對防腐涂層損傷部位進行修補。

9）預埋件安裝過程中與鋼筋位置沖突時，可微調鋼筋位置優先保證預埋件安裝精度。

5 結語

目前，港珠澳大橋島隧工程沉管預制已完成24個管節的預制，通過工廠法預制，不斷優化施工技術，大型預埋件安裝更加準確，保證了鋼筋施工質量，為港珠澳大橋順利完工打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]楊文武，毛儒，曾楚堅，等.香港海底沉管隧道工程發展概述[J].現代隧道技術，2008（S1）：41-46. YANGWen-wu,MAO Ru,ZENG Chu-jian,et al.Development overview on submarine immersed tube tunnelproject in Hongkong [J].Modern Tunneling Technology,2008(S1):41-46.

[2]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. XIAOXiao-chun.Key technology formanufactory prefabrication of tube elements of large-scale immersed tunnels[J].Tunnel Construction,2011,31(6):701-705.

[3]陸明，陳鴻.超深埋海底沉管隧道接頭防水設計探討[J].中國建筑防水，2012（8）：17-21. LU Ming,CHEN Hong.Discussion on the joints waterproofing design of ultra-deep buried submarine immersed tube tunnel[J]. China BuildingWaterproofing,2012(8):17-21.

Installation technology and characteristics of steel-wood structurewater ballast spaces in immersed tube element

CHENCong,LIYuan-qing
（No.2Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510300,China）

The water ballast spaces are importantas interim memberwhen the immersed tube was floating and transporting. The structural design and installing efficiency of water ballast space impact the plan and cost of immersed tube's outfitting. Combining with a outfitting process of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tube element prefabrication,we expounded the installation technology and characteristics of steel-wood structure water ballast spaces,and will be used in the future similar projects.

the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;immersed tunnel；steel-wood structure；water ballast spaces

U655.4；U459.5

B

2095-7874（2015）11-0106-04

10.7640/zggw js201511028

2015-10-19

2015-10-30

陳聰（1985— ），男，廣東河源人，工程師，從事工程技術管理工作。E-mail：757198379@qq.com