港珠澳大橋島隧工程沉管預制頂推技術

楊紅，王李，劉然

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程海底沉管隧道總長度為5 664 m，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。管節采用兩孔一管廊截面形式，寬3 795 cm，高1 140 cm。單個標準管節長180 m，由8個長22.5 m的節段組成。混凝土強度等級為C45（28 d）、C50（56 d），單次混凝土澆筑方量約3 400 m3，是迄今為止世界上規模最大的沉管隧道工程。

沉管預制采用工廠法節段匹配頂推施工[1]：在澆筑臺座完成1號節段施工，待節段混凝土達到頂推強度后，將管節向前頂推22.5 m，即單個節段長度，匹配澆筑2號節段；2號節段達到頂推強度后，連同1號節段再向前頂推22.5 m，匹配澆筑第 3號節段；以此類推完成 8號節段的澆筑，并最終將8個節段組成的管節向前頂推約130 m至淺塢區，進行后續舾裝橫移工作。管節頂推采用水平向及豎直向的千斤頂在4條分別位于兩個側墻和兩個中隔墻下方的滑移軌道上頂推滑移。頂推技術常用于橋梁施工[2-4]，沉管頂推系統在國內尚屬首次使用。

2 節段頂推系統

2.1 垂直支撐系統

每條軌道上6臺支撐千斤頂，每個節段由4×6=24臺支撐千斤頂支撐，見圖1。垂直支撐千斤頂的位置被均分為等距的3.75 m，起始位置從各自節段端面1.875m開始。1個沉管節段共8個管節，共有8×24=192臺支撐千斤頂。沉管管節總重約72 000 t，故每個千斤頂承重72 000/192=375 t。根據VSL相關計算書，采用載荷能力為8 500 kN千斤頂，安全系數為2.391，能在半數千斤頂失效的情況下確保結構安全。

圖1 單個節段千斤頂布置圖Fig.1 Single segmental jack arrangement

垂直支撐千斤頂安裝有蓄能器，蓄能器里充填非活潑性的氮氣；蓄能器是液壓氣動系統中的一種能量儲蓄裝置，當出現漏油、卸壓嚴重時，蓄能器可以及時對系統補給壓力，對垂直支撐系統起到保護作用。

2.2 頂推系統

每個節段由各條軌道上2套頂推單元頂推。頂推單元安裝在最前和最后2臺支撐千斤頂之間，見圖1。每套頂推單元由1對長行程頂推千斤頂組成，該千斤頂類型為HZP40/17-850，設計頂推力為395.8 kN，16個千斤頂頂推力總和大于所受的摩擦力，行程850mm。頂推千斤頂一端是由1對反作用連接銷承載，并固定在垂直支撐千斤頂的頂板。頂推千斤頂的另一端（活塞端）使用銷軸與包含有反力座的頂推支架連接，用于傳遞頂推力至滑移梁兩側垂直板的凹槽內。滑移梁垂直板的凹槽中心點間距為750 mm。因此，節段頂推中每次移動的距離為750mm。

2.3 滑移系統

滑移系統主要是由滑板和軌道組成。軌道為鋼混組合結構，由混凝土、灌漿層、鋼板組成，總長約320 m。由于軌道在高荷載作用下會導致軌道接頭處灌漿層發生破壞或軌道鋼板裂開，最終在接頭處出現明顯高差，導致支撐千斤頂經過接頭時滑板受損嚴重。為解決該問題，采取再次注漿處理。經設計驗算和工藝試驗，將頂推軌道接頭焊接連接成3段（澆筑區至淺塢門分為1段、淺塢區分為2段）。淺塢門段為活動塊，安裝時嚴格控制軌道面高程，與固定軌道梁的接頭控制為后高前低狀態以避免造成滑板受損。采用PTFE滑板，考慮安全儲備，故摩擦系數取為0.07。

2.4 監控與糾偏系統

監控系統主要以測量監控為主，頂推控制系統監控為輔，糾偏系統采用導向裝置糾偏。

2.5 系統安裝

垂直支撐系統和頂推系統全部連接在頂板上，頂板是底模的一部分。頂板有3種類型，拼裝完畢后，安裝到滑移梁上。頂板類型1安裝6塊，頂板類型2安裝2塊，頂板類型3安裝16塊。頂板類型1和頂板類型2的唯一區別是沒有側導向千斤頂。

2.5.1 頂板類型1

組成部分有：2件底板、2套支撐千斤頂以及長頂板類型1、頂推千斤頂2套以及頂推架、液壓裝置，主要構配件見表1。

表1 頂板類型1的構配件Table1 Roof type1 componentsand parts

2.5.2 頂板類型2

組成部分有：2件底板、2套支撐千斤頂以及長頂板類型2（用于側導向裝置）、頂推千斤頂2套以及頂推架、液壓裝置，主要構配件見表2。

表2 頂板類型2的構配件Table 2 Roof type2 com ponentsand parts

2.5.3 頂板類型3

組成部分有：1件底板、1套支撐千斤頂以及短頂板類型3、液壓裝置，主要構配件見表3。

表3 頂板類型3的構配件Table 3 Roof type 3 com ponentsand parts

3 液壓系統

液壓系統由垂直支撐液壓系統、頂推液壓系統和控制系統3部分組成。

3.1 垂直支撐液壓系統

每節段1條滑移梁上布置6個垂直支撐千斤頂。將1、3、5千斤頂用油管串聯成A路，2、4、6千斤頂串聯成B路，A路和B路連接到油泵上，見圖2。

圖2 單條軌道上的垂直支撐液壓布置Fig.2 Verticalsupporthydraulic arrangementon the single track

支撐液壓系統按照三點構成一平面的幾何原理進行布置，如圖3所示。虛線區域內的垂直支撐千斤頂油管與其他區域隔斷，自身區域內A路和B路分別串聯在一起，連接到同一個油泵，千斤頂油壓相同。因此支撐液壓系統需要3臺油泵，分別是1臺EHPS12MS和2臺EHPS6MS。其中EHPS12MS連接區域1中的油管，EHPS6MS連接區域2和3中的油管。

圖3 垂直支撐三點布置Fig.3 Three-point layoutof verticalsupport

3.2 頂推液壓系統

每節段1條滑移梁上布置4個頂推千斤頂。頂推千斤頂為雙作用油缸，將進油口用油管串聯在一起，回油口用油管串聯在一起，并連接到油泵EHPS24MS或EHPS24MSR上。1個頂推油泵可連接1條滑移梁上最多兩節段的頂推油泵，而其中油泵EHPS24MSR必須安裝在新澆筑節段。因此8個節段時，需要12臺EHPS24MS和4臺EHPS12MSR。

3.3 控制系統

1個控制箱最多能收集1條軌道上兩節段的傳感器電子信號——支撐千斤頂油壓和油缸行程、頂推千斤頂油壓和油缸行程、頂推油泵的電機頻率和油壓等。控制箱串聯在一起，最終將所有的電子信號匯總到主面板控制箱。在控制箱的觸摸顯示屏中，可以直觀地觀察到整個頂推系統的參數狀態，并及時根據參數進行調整控制。

4 施工步驟

4.1 新節段的重量90%荷載轉移

1）按照要求連接輔助支撐裝置與垂直支撐裝置，松動千斤頂截止閥的接頭，啟動油泵并排除油管內的空氣后，再次擰緊。

2）打開所有新節段千斤頂的截止閥（并與舊節段油管截斷）。

3）用EHPS12MS分步加壓從5 000 kN/m2（50 bar）至90%的節段重量。

4）關閉所有支撐千斤頂的截止閥并鎖定螺母。5）釋放輔助支撐裝置的壓力。

6）從千斤頂上拆除包括輔助支撐裝置的油管和截止閥。

4.2 打開模板

確認荷載加至90%后，打開模板，完成底模拆模。

4.3 安裝頂推千斤頂油路和控制設備

按照圖紙將頂推千斤頂油路及電子控制設備連接起來，并進行調試。調試完畢后，荷載加載到100%。

1）打開舊節段縱向接頭上所有的針式閥門。

2） 將區域2和區域3中的油管按A路和B路連接到油泵EHPS6MS，如圖2或圖3。

3）打開油泵和支撐裝置之間的截止閥。

4）分節段加壓從5 000 kN/m2（50 bar）至90%的節段重量。

5）打開千斤頂處的截止閥。

6） 區域1的EHPS12MS以及區域2和區域3的EHPS6MS的3臺油泵共同加壓到100%，致使螺母松動。

7） 旋轉螺母，使其與垂直支撐千斤頂有5 mm的空隙。

4.4 參數設置

在頂推過程中，所有的數據將在控制系統的觸摸屏上顯示，所有數據都設有“警告”限值，如果數據超出規定的“警告”限值，將會出現警告信號。

節段頂推前，需對所有參數進行設置，如表4。

表4 頂推系統各參數設置Table4 The parameters setof pushing system

管節的側向位置在觸摸屏幕上無顯示，故側向位置在頂推過程中需要由測量人員進行監控，如果偏離過大需按照側導向調整指導書進行調整。需要特別注意的是有些數據可能需要依照滑動軌道的實際條件進行調整。

4.5 頂推到設計距離

1）調試完畢后，啟動控制系統，開始頂推。

2）按下“回縮”按鈕，使頂推千斤頂回到開始位置，檢查所有的頂推千斤頂是否回程到位（在屏幕上顯示），檢查所有的反力座是否處于工作狀態（在屏幕上指示）。

3） 按下 “伸長”按鈕，當頂推千斤頂的壓力到達預先設置值時，系統將會自動停止。

4） 按下 “伸長”按鈕，開始頂推，當到達預設的頂推距離后，系統將會自動停止。

5）按下“回縮”按鈕使頂推千斤頂回縮。

6） 重復以上步驟，每次頂推750 mm，直至完成頂推距離。

5 結語

管節頂推在管節預制生產中占至關重要的地位，為此在施工中必須高度重視安裝、調試和運行中的每個環節和細節，否則會帶來許多問題，如沉管的開裂、模板匹配困難、頂推作業無法順利進行等。加強對沉管預制頂推的步驟控制，才能有效保證頂推的順利完成以及確保沉管質量和人員安全。

[1] 李惠明，梁杰忠，董政.沉管預制混凝土施工工藝比選[J].中國港灣建設，2013（4）：57-62.LIHui-ming,LIANG Jie-zhong,DONG Zheng.Comparison and selection of technologies for prefabrication of immersed tube sections in factory[J].ChinaHarbour Engineering,2013(4):57-62.

[2] 崔科宇.多點曲線連續頂推技術[D].成都：西南交通大學，2003.CUI Ke-yu.Construction technology ofmultiple points curve successive launching[D].Chengdu:Southwest Jiaotong University,2003.

[3] 楊滬湘.預應力連續梁頂推技術的成熟[J].公路，2001（3）：14-20.YANG Hu-xiang.Mature of incremental launching technique of prestressed continuousbeams[J].Highway,2001(3):14-20.

[4]胡指南.沉管隧道節段接頭剪力鍵結構形式與力學特性研究[D].西安：長安大學，2013.HU Zhi-nan.Research onmechanic chracteristicsand structuresof section jointshear keyson immersed tube tunnel[D].Xi'an:Chang′an University,2013.