工廠法預制沉管鋼筋籠變形控制

馮偉，戴書學，李凱凱

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

1 工程概況

港珠澳大橋沉管隧道是目前世界上規模最大、技術難度最大、環境條件最復雜的大型海底隧道，最大埋置深度46 m。沉管節段長22.5 m、寬37.95 m、高11.4 m，采用兩孔一管廊斷面形式，鋼筋總重1 100 t。采用工廠法預制工藝[1]，鋼筋在綁扎區分底板、側墻和中隔墻、頂板三個區域依次綁扎、頂推，最后頂推入模。鋼筋籠的精度對沉管成品尺寸、保護層厚度等影響極大，在各道工序確保鋼筋籠施工精度和防止變形是控制鋼筋籠施工質量的關鍵。

2 工廠法預制沉管鋼筋施工的主要特點

與常規工程項目鋼筋施工相比，港珠澳大橋沉管隧道鋼筋施工的特點和難點有：

1）單個節段鋼筋量大，施工周期短，每天加工和綁扎約150 t，對施工設備和人員要求高。

2）鋼筋密集，預埋件眾多，鋼筋籠施工尺寸和保護層精度控制要求高。

3）行車道寬度達14.5m，頂板鋼筋變形控制難度大。

4）鋼筋籠從底板綁扎至入模完成，需經4次頂推作業，頂推過程中的變形控制難度大。側墻區頂推時鋼筋籠高度大且頂端處于自由狀態，頂推時鋼筋籠變形大，安全風險大。

5）鋼筋籠體系轉換過程較復雜，轉換過程中鋼筋籠穩定和變形控制需重點關注。

3 鋼筋籠變形控制

根據鋼筋籠設計圖紙和施工工藝，通過分析可能導致鋼筋變形過大的因素，制定出鋼筋籠變形控制的重點為：鋼筋籠自身剛度、綁扎胎架剛度及穩定性、頂推時鋼筋籠變形量、體系轉換過程中變形量控制等幾個方面。

3.1 鋼筋籠自身剛度控制

3.1.1 勁性骨架

預制沉管鋼筋籠高11.4 m，頂板單跨最大跨度14.5m，采用扎絲綁扎。由于鋼筋籠自身的剛度較弱，不能滿足鋼筋施工對其剛度的要求，經計算，采用型鋼勁性骨架對鋼筋籠進行加強。勁性骨架的尺寸和間距經足尺模型實踐檢驗，可以滿足施工工藝對鋼筋籠剛度的要求。

勁性骨架采用∠75型鋼加工成桁架式結構，間距為2m，骨架間設斜撐（間距2m），勁性骨架與側墻鋼筋之間采用焊接固定，勁性骨架布置見圖1。

圖1 勁性骨架總體布置Fig.1 Overall layoutof stiffened skeleton

勁性骨架材料采用國家標準型原材，在專用臺座上制作。為防止焊接過程中彎曲變形，通過限位卡和定位控制銷固定勁性骨架角鋼，采用二氧化碳氣體保護焊從中間向兩端逐一施焊。加工完成經驗收合格后堆放于堆場備用，嚴格按要求堆放，防止堆存時勁性骨架變形。根據鋼筋籠質量驗收標準[2]要求，勁性骨架尺寸及制作精度要求見表1。

表1 勁性骨架尺寸控制表Table 1 Size control tableof stiffened skeleton

勁性骨架安裝與鋼筋綁扎、預應力孔道和預埋件安裝等施工需交叉進行，見圖2，施工時各工序需協調好施工順序。勁性骨架安裝時要嚴格控制安裝位置、間距、直線度等，接頭用同型號角鋼按幫條焊要求焊接牢固，所有焊縫經驗收合格后進行后續工序施工，杜絕質量隱患。

圖2 勁性骨架安裝圖Fig.2 Installation diagram of stiffened skeleton

3.1.2 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎對鋼筋籠自身剛度的影響主要來自于綁扎鐵絲型號和綁扎的牢固程度。根據不同的鋼筋直徑和部位，選用18~22號綁扎鐵絲。綁扎要求為外層鋼筋必須滿扎，其余各層跳扎間距不得超過兩根鋼筋，綁扎鐵絲必須扭緊，避免鋼筋松動。

鋼筋綁扎的主要注意事項：

1）鋼筋綁扎前鋼筋籠滑移臺車、墻體定位支架和頂板綁扎胎架須經過測量放樣，確保位置安裝準確；側墻定位支架就位后豎向必須調整順直，保證墻體鋼筋綁扎順直。鋼筋綁扎牢固，不得產生位移，避免鋼筋在綁扎過程中出現變形。

2）箍筋和拉鉤筋必須嚴格按照要求安裝并綁扎牢固，箍筋的搭接長度要滿足規范和設計要求。

3）所有橫向主筋接頭不得設置于勁性骨架接頭附近，頂板、底板內側橫向主筋接頭不能設置于跨中，而外側橫向主筋接頭設置于跨中附近。

4）鋼筋經頂推作業后，進行綁扎情況檢查，如發現有松動需重新綁扎。

3.2 鋼筋綁扎胎架剛度及穩定性控制

鋼筋籠綁扎胎架作為鋼筋籠的“模板”，是鋼筋施工所需的極其重要的臨時結構，其剛度和穩定性直接決定了鋼筋籠的精度和穩定性。鋼筋籠綁扎過程中主要的受力結構有頂推滑道、側墻胎架、頂板胎架等[3]。

3.2.1 頂推滑道

頂推滑道為帶聚四氟乙烯滑塊的厚鋼板（寬×厚=100 mm×100 mm），安裝于底板鋼筋下方，是底板鋼筋的受力支點，將承受整個鋼筋籠的重量，其位置布置是否合理將決定底板鋼筋籠的變形量。根據鋼筋籠設計圖，通過計算確定頂推滑道的布置位置，原則是保證各條滑道受力基本一致。經計算，共設14條頂推滑道，可以滿足鋼筋籠變形控制要求。

3.2.2 側墻胎架

側墻胎架又分為外側墻胎架和中隔墻胎架。

外側墻胎架固定部分通過地腳螺栓固定在地基上，活動部分則通過調節螺桿與固定部分鎖緊，鋼筋籠由底板區域頂推到側墻綁扎區（或從側墻區頂推到頂板綁扎區）之后，鋼筋綁扎前精確調整活動部分至設計位置并鎖緊固定牢固。

中隔墻胎架安裝于胎架底座上，通過胎架底座將其所受荷載傳遞到頂推滑道上，采用鋼筋作為配重保證胎架底座穩定。

通過以上措施，側墻胎架可以保證鋼筋綁扎過程中墻體鋼筋的穩定。3.2.3 頂板胎架

頂板胎架結構類似于沉管內模，安裝于胎架底座的鋼軌上（胎架底座與側墻胎架共用），安裝和拆除均通過卷揚機牽引來完成。頂板胎架由PERI公司設計，其強度、剛度、穩定性滿足要求，其對鋼筋籠的變形量影響主要體現在以下兩個方面：

1）胎架底座穩定性

每個胎架底座由4根鋼棒支撐于頂推滑道上的凹槽內，底部約束小，在側墻鋼筋綁扎及頂推過程中因其受力較小，穩定性安全系數較高。在頂板鋼筋綁扎完成后，整個鋼筋籠的重量全部由這些鋼棒傳遞，為了降低失穩風險，在行車道兩側的胎架底座間增設了精軋螺紋鋼筋拉桿，保證了支撐鋼棒的穩定性。

2）廊道頂板胎架拆除時機

受廊道頂板胎架結構和模板系統廊道針式梁的影響，廊道頂板胎架需在鋼筋籠頂推入模前拆除，在胎架拆除后將帶來鋼筋籠的局部變形。經過模擬分析和現場觀測數據對比，確定廊道胎架拆除時機盡量選擇在入模前夕（即鋼筋籠頂推到模板修整區之后）進行，盡量縮短胎架拆除到入模的時間間隔。

3.3 鋼筋籠頂推變形控制

鋼筋籠綁扎采取分區綁扎、逐步頂推的流水施工，鋼筋籠頂推見圖3。

圖3 鋼筋籠頂推Fig.3 Pushing the steelcage

單個節段鋼筋籠頂推距離約200 m，在頂推過程中鋼筋籠承受動荷載，且底板與頂板不同步，鋼筋籠極容易變形，鋼筋籠頂推過程中變形控制難度大。鋼筋籠頂推工序采取的變形控制措施主要有以下幾個方面。

3.3.1 頂推同步性控制

鋼筋籠頂推的同步性對其變形量有重大影響，頂推過程中必須保證各頂推滑道前進里程基本一致。鋼筋籠由4臺液壓千斤頂頂推，分為兩組采用集成的頂推同步控制系統保證頂推系統同步性，具有行程監測和自動調整能力。為確保頂推同步性，采取了以下措施。

1）頂推橫梁的安裝需經測量檢測，使其與頂推滑道垂直。

2）除利用設備本身的行程監測系統外，由測量人員在每條頂推滑槽上間隔3m布設觀測點（同一斷面的觀測點連線與頂推滑道垂直），頂推過程中派專人負責觀測頂推梁邊線與觀測點連線的偏差情況，如出現較大偏差需及時調整。

3）滑槽接頭不得出現過大錯臺，頂推前必須清理干凈并均勻涂抹滑潤油脂，保證各滑道摩阻力大致相同。

4）頂推前全面檢查綁扎胎架上的臨時定位、限位設施是否全部拆除，頂板鋼筋籠內和頂推前進道路上的雜物是否清理干凈，避免頂推時因擦掛影響同步性。

3.3.2 頂推速度控制

頂推過程中除觀測頂推千斤頂行程同步性之外，還需注意觀察鋼筋籠底板與頂板前進的同步性。在頂推過程中，因底板與頂板速度不一致，導致鋼筋籠會發生前后的小幅度晃動，一旦超出允許幅度需停止頂推，待鋼筋籠恢復靜止狀態后再進行頂推。鋼筋籠的晃動幅度通過加強側墻鋼筋的整體性可得到大幅減小，因此也可看出側墻鋼筋綁扎和勁性骨架安裝質量的重要性。

3.3.3 專用波紋管連接件匹配時的影響

沉管節段沿斷面布置有60根預應力孔道，專用波紋管連接匹配施工因先澆端（已制節段）和后澆端（鋼筋籠）在頂推入模時存在高差（后澆端受滑道影響略高于先澆端），連接件是高精度制作的緊密配合組件，匹配時內、外管間的摩擦力增大了頂推的阻力，對頂推的同步性有較大影響，特別是對頂板前行影響更大。為解決這一問題，采取以下措施。

1）在專用波紋管連接件內、外管上涂抹潤滑黃油。

2）連接件在鋼筋綁扎時端頭1.5m暫時不固定，其與波紋管連接處的變徑截面處用U形定位筋固定牢固，使頂推時專用連接件不會出現后退現象。

3.4 鋼筋籠體系轉換變形控制

鋼筋籠體系轉換過程中，懸掛吊具安裝和拆除、鋼筋籠頂板綁扎胎架的拆除、滑道和充氣膠囊拆除、模板安裝和調整都會對鋼筋籠的形態產生一定影響。這一工序作業過程多，涉及到的作業班組多，控制難度大，必須協調好各作業的關系，加快體系轉換進度，盡可能減小體系轉換過程中鋼筋籠的變形量。

3.4.1 懸掛吊具安裝和拆除

鋼筋籠頂推到位后，立即安裝頂板鋼筋懸掛吊具，并通過液壓千斤頂調整至各吊桿均勻受力。注意吊桿下方必須安裝在勁性骨架上，并保證吊桿的鉛垂度。吊桿拆除時通過集中的液壓泵站同步放松，避免出現吊桿受力不均的現象。3.4.2 頂板綁扎胎架拆除

吊桿安裝并完成調整后，安裝并調整中廊道內模，然后依次拆除行車道頂板鋼筋綁扎胎架。拆除前安排專人負責觀察胎架與鋼筋籠是否存在擦掛，確保胎架拆除安全，防止因擦掛造成鋼筋籠變形。

3.4.3 滑道和充氣膠囊拆除

所有充氣膠囊采取串聯的方式連接，由同一設備給充氣管道充氣（滑道拆除后放氣也同時進行），保證鋼筋籠頂升（或下降）同步，減小鋼筋籠變形。

3.4.4 模板安裝和調整

根據體系轉換的進程，依次安裝、調整各部位模板。模板安裝和調整過程中，盡量保證液壓系統的同步性，使兩側模板同時打開，避免鋼筋籠一側受力造成變形。

4 結語

工廠法沉管預制鋼筋籠體形龐大，其變形控制事關模板安裝、保護層厚度控制等關鍵項目的質量，必須引起高度重視。因工廠法鋼筋施工較常規工程項目更為復雜，其變形控制涉及到多個工序，施工中通過系統地分析各工序作業中鋼筋籠變形的影響因素，并針對性地制定控制措施，取得了良好的效果。

[1] 尹海卿.港珠澳大橋島隧工程設計施工關鍵技術[J].隧道建設，2014，34（1）：60-66.YINHai-qing.Key technologiesapplied in design and construction of artificial islands and immersed tunnel of Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge(HZMB)Project[J].Tunnel Construction,2014,34(1):60-66.

[2]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋主體工程隧道工程施工及質量驗收標準[S].修訂版.2013.Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and qualityacceptancecriteria for tunnelprojectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project[S].Rev.ed.2013.

[3] 德國PERI系統模板有限公司.模板系統操作手冊[K].2011.Germany PERISystem Template Co.,Ltd.PERItemplate operating manual[K].2011.