工廠法預制沉管鋼筋籠施工技術與優化

李凱凱，馮偉

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

1 工程概述

港珠澳大橋島隧工程海底沉管隧道由33個管節組成，其中直線段管節28個，曲線段管節5個，曲率半徑5 000 m。沉管采用兩孔一管廊截面形式，寬3 795 cm，高1 140 cm，底板、側墻及頂板厚150 cm，中隔墻厚80 cm，見圖1。標準管節長180 m，分成8個標準節段，每個節段長22.5 m，單節段鋼筋重量約1 100 t，鋼筋級別為HRB400。

2 工程特點

港珠澳大橋沉管隧道是國內首個采用工廠法進行沉管預制的工程，也是迄今為止世界上最大規模的海上沉管隧道[2]，較之其他工程，其鋼筋籠施工具有以下顯著特點。

圖1 沉管管節Fig.1 Immersed tube tunnel

1）所采用的鋼筋強度等級高，所有鋼筋均采用HRB400，主筋最大直徑為40，箍筋最大直徑為25，對鋼筋加工及綁扎要求高。

2）單個節段鋼筋籠總重量大，為了確保整體質量，只能將整體拆分，進行分區域流水綁扎，對鋼筋綁扎技術要求高。

3）沉管斷面尺寸大，且不單獨設置鋼筋綁扎胎架（滑移臺車充當鋼筋籠支撐），鋼筋定位和綁扎難度大。

4）體積龐大，鋼筋籠整體高度高，采用頂推移動分區流水綁扎工藝，確保鋼筋籠在移動過程中的位置及不變形等難度大，如鋼筋籠變形將導致整條流水線停工，將對整個港珠澳大橋項目造成較大影響。

5）鋼筋籠頂推及體系轉換的程序多，工藝較復雜。

3 鋼筋施工

3.1 鋼筋加工

由于本工程的預制場地限制，材料運輸不便，為了降低成本且避免影響工期，本工程鋼筋采用現場全自動化分區加工[2]，運輸加工一體化，不僅滿足鋼筋需求量和減少資源消耗，且保證了工程的連續性。

3.1.1 鋼筋剪切

鋼筋下料主要采用一套自動化鋸（剪）切生產線，滿足預制場加工量和套絲對端頭的要求，其中，為提高鋸切線的效率，采用雙層供料系統，鋸切過程與原材料碼放同時進行。鋸切線鋼筋定位裝置采用固定擋板，每500 mm一格，主機在縱向可移動500mm，嚴格控制鋼筋下料的長度，精度可達到±1mm。

3.1.2 鋼筋套絲

采用滾扎直螺紋套筒機械連接方式，根據配料通知單，取用相應的鋼筋，核對下料鋼筋的品種、規格及套絲長度，調整套絲機定位裝置，進行套絲操作。絲頭加工完畢經檢驗合格后，立即帶上絲頭保護帽或擰上連接套筒，防止移運鋼筋時損壞絲頭。

3.1.3 鋼筋彎曲

從直徑上總共分為兩類鋼筋的彎曲：φ32mm以上及以下的鋼筋；從工序上分為兩類鋼筋的彎曲：鋸（剪）切料直接彎曲和需要套絲后的彎曲；對于直徑φ32 mm以上的鋼筋，采用B-52S平彎式自動彎曲機，可最大彎制φ50的鋼筋，通過對彎曲中心進行調整，彎制沉管特殊彎曲半徑的鋼筋；而對于直徑φ32 mm以下（含φ32 mm）的鋼筋，包括主筋和箍筋，采用B-33平彎式自動彎曲機和TBS-25-NC4立式彎曲機進行加工。

3.2 鋼筋安裝

與一般的工程整體安裝不同，本工程將鋼筋籠“拆分”，通過臺車移動完成底板、中側墻、頂板鋼筋綁扎流水作業，從根本上解決大型鋼筋籠綁扎難的問題[3]。

3.2.1 底板鋼筋定位及綁扎

底板鋼筋的擺放和綁扎順序：底板箍筋下半肢→底板橫向鋼筋→縱向鋼筋（中部分層綁扎）→安裝勁性骨架→分層擺放頂層橫向鋼筋→縱向鋼筋→頂層橫向鋼筋→箍筋上半肢和拉鉤筋。底板鋼筋墊塊的布置密度按側墻底板（橫向4 m寬）和中隔墻底板（橫向4 m寬）4個/m2，其余部分按2個/m2布置。

1）底板下方鋼筋依靠在鋼筋籠滑移臺車上設置的定位鋼板進行定位，滑移鋼板兩側安裝2塊鋸齒形鋼板，鋸齒凹槽按主筋間距布置，主筋直接放入凹槽定位。臺車在鋼筋綁扎過程中固定，不得產生位移。

2）底板側墻外側橫向主筋定位利用限位裝置上安裝的定位鋼板進行定位。

3）底板縱向主筋定位采用型鋼開槽定位，槽鋼安放在滑移臺車上。

3.2.2 中側墻鋼筋安裝及定位

側（中隔）墻鋼筋綁扎前，先安裝鋼筋綁扎支架，利用內外鋼筋綁扎支架進行鋼筋定位。

鋼筋綁扎時，先綁扎封閉箍區域，箍筋和縱向主筋交替綁扎，形成整體。再依次按從下到上的順序進行豎向鋼筋和縱向鋼筋的綁扎，最后依次綁扎箍筋另半肢和拉鉤筋。在側墻、中墻箍筋綁扎時，需預先按2.5 m的間距預留混凝土溜筒的安放位置，并根據施工實際需要預留混凝土工振搗通道，在混凝土澆筑過程中進行復位綁扎。

3.2.3 頂板鋼筋安裝及定位

頂板鋼筋綁扎定位采用在綁扎托架上焊接定位型鋼對橫、縱向主筋進行定位。

頂板鋼筋綁扎步驟：外墻倒角→頂板箍筋→橫向鋼筋→縱向鋼筋→勁性骨架安裝→底層橫向鋼筋分層鋪設→勁性骨架安裝→頂層橫向鋼筋分層鋪設→頂層縱向鋼筋→頂層橫向鋼筋→箍筋。

頂板鋼筋綁扎前，先安裝頂板綁扎支架。頂板底層鋼筋主要依靠鋼筋綁扎支架進行定位，頂板頂層鋼筋主要依靠勁性骨架進行定位。頂板綁扎支架如圖2所示。

圖2 頂板鋼筋綁扎支架Fig.2 Roof reinforcementbracket

在頂板鋼筋綁扎時，需預先考慮側墻、底板混凝土澆筑的下料孔及人孔。預留位置每道墻考慮1排，間距按2.5 m布置，同時與側墻預留孔在同一條通道，孔洞尺寸40 cm×40 cm。頂板鋼筋采用錐形墊塊支撐，密度按2個/m2布置。

3.3 鋼筋連接點

因管節斷面尺寸較大，鋼筋定尺長度有限，故必須對鋼筋各個連接點（接頭）進行合理設計，以滿足設計受力和安裝工藝要求。

3.3.1 鋼筋連接點設置原則

根據鋼筋綁扎總體工藝要求，鋼筋分為底板、側墻及頂板3個綁扎區，鋼筋連接必須在底板和側（隔）墻，側（隔）墻和頂板之間設置分段連接點。連接點設置的基本原則為：

1）盡量減少鋼筋接頭，減少絲頭加工量和套筒數量。

2）考慮施工的可操作性和便利性，合理斷開界面。

3）科學合理考慮鋼筋配料，減少鋼筋損耗。

3.3.2 鋼筋連接點設置

為提高鋼筋使用效率，加快施工進度，提前進行各部分鋼筋的配料設計。側墻外倒角連接點設置以距離底板2.5 m高度為基準，中隔墻以倒角處為基準，同時考慮搭接頭的錯開，其中側墻外倒角中加強鋼筋較短，不考慮截斷。中隔墻處豎向主筋在側墻綁扎區域綁扎，縱向鋼筋分為兩段，連接點設在節段中部附近。所有箍筋不考慮接頭。

4 鋼筋籠變形控制

鋼筋籠變形控制是最大難題，由于鋼筋籠體積龐大，整體高度高，且采用頂推移動分區流水綁扎工藝，鋼筋籠頂推距離長達200m，在綁扎、頂推移動和鋼筋籠體系轉換過程中，鋼筋籠整體形態極易變形。由于鋼筋籠自身條件所限，一般控制變形的方案無法滿足本工程的需求。為了確保鋼筋籠在綁扎、頂推移動和體系轉換過程中整體變形不會太大，施工技術中除了針對胎架進行專門設計外，還針對鋼筋籠自身選擇加強方案。通過方案比選，采用勁性骨架。勁性骨架起著鋼筋籠成型和控制大跨度鋼筋變形的雙重作用，橫向骨架設置在上下兩層主筋之間，與鋼筋籠連接起來，共同承擔鋼筋的重量，減少橫向撓度，同時形成一個封閉整體，提高鋼筋籠的穩定性。對于內層加強鋼筋層，采用縱向型鋼隔開，既可以與橫向骨架連接增加穩定性，也可嚴格控制主筋層距。

4.1 頂推變形控制

采用計算機控制同步液壓頂推系統完成鋼筋籠頂推，鋼筋籠下方設置了14條鋼筋綁扎臺車（由導軌和滑軌組成）和4條頂推軌道，鋼筋籠在臺車上綁扎成型后，安裝頂推裝置，進行鋼筋籠頂推施工，如圖3所示。

圖3 鋼筋籠頂推Fig.3 Steel cage pusher

鋼筋籠頂推過程中變形控制難度大，為了保證鋼筋籠質量，在頂推過程中主要采取以下措施。

1）鋼筋籠頂推過程中4個頂推千斤頂必須同步啟動和停止，平衡頂推鋼筋籠，且測量全過程監控，確保鋼筋籠按照軸線前行，保證同步。

2）保證鋼筋籠頂推軌道對接處平滑過渡，活動滑軌安裝過程中控制中心線偏差小于5mm。

3）鋼筋籠頂推時14條滑軌均勻涂抹潤滑油，減小滑軌與綁扎臺車滑塊件的摩阻力，從而減小鋼筋籠震動。

4.2 體系轉換變形控制

體系轉換過程中，鋼筋籠頂板綁扎胎架拆除后，頂板鋼筋籠處于懸空狀態，鋼筋籠受自重會出現下撓現象，造成鋼筋籠整體結構出現變形。勁性骨架的安裝和頂板鋼筋籠增設吊點提升頂板鋼筋籠很好地解決了鋼筋籠體系轉換過程中的變形難題。

體系轉換主要工序是：鋼筋籠頂推移至澆筑臺座后，采用16個吊點懸掛鋼筋籠頂板鋼筋，拆出頂板綁扎胎架進入內模，充氣膠囊充氣頂升鋼筋籠，滑出鋼筋綁扎臺車，然后膠囊泄氣下放鋼筋籠直到鋼筋籠全部由底模上墊塊承受，完成鋼筋籠的體系轉換。鋼筋籠體系轉換如圖4所示。

圖4 鋼筋籠體系轉換Fig.4 System conversion of steel cage

針對鋼筋吊點和鋼筋籠的特點，設計多點懸吊分散鋼筋籠自重的系統，主要由橋吊、吊桿、液壓千斤頂及花籃螺栓組成，鋼筋籠頂推入模后懸掛鋼筋籠頂板，通過該系統從根本上對鋼筋籠變形進行控制，主要措施為：

1）保證頂升過程中鋼筋籠受力平衡，將所有充氣膠囊并聯在一起，控制空氣機壓力到指定壓力，充氣膠囊需滿足最大承受0.8 MPa的壓力。

2）16個吊點均勻分布在鋼筋籠頂板上，體系轉換中16個吊點同時工作，并且液壓千斤頂壓力都必須達到10.0 MPa。

3）頂板吊點必須在內模全部進入并且打開后才能拆除。

5 結語

目前，港珠澳大橋島隧工程沉管預制項目已完成160個節段的鋼筋籠綁扎、頂推和體系轉換施工。通過工廠法預制，不斷優化施工技術，使鋼筋籠形態得到了有效的控制，保證了鋼筋施工質量，為港珠澳大橋沉管預制打下了堅實的基礎。

[1] 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.

[2]楊紹斌，張洪.自動化鋼筋加工生產線在港珠澳大橋沉管預制中的運用[J].中國港灣建設，2013（3）：66-70.YANGShao-bin,ZHANGHong.Automated reinforcementproduction line used in prefabrication of immersed tube sections for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].China Harbour Engineering,2013(3):66-70.

[3]杜治良.鋼筋施工中常見的質量問題及處理措施[J].科技創新導報，2008（10）：80.DU Zhi-liang.Common quality problems and treatmentmeasures in reinforcement construction[J].Science and Technology Innovation Herald,2008(10):80.