大型沉管端鋼殼施工工藝比選

張文森，黃文慧

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

1 工程概況

端鋼殼安裝在沉管管節的2個端頭，與管節混凝土澆筑為整體，其施工方法有一次整體澆筑的一次成型和分段施工的二次成型，一次成型適用于工法廠管節預制，二次成型適用于管節干塢法預制。本文闡述的一次成型端鋼殼施工工藝主要借鑒港珠澳大橋島隧工程，二次成型施工工藝主要參考洲頭咀隧道工程。

港珠澳大橋海底沉管隧道全長5.664 km，由33個管節組成，共34個管節接頭，標準管節長180 m，寬37.95m，高11.4m，采用兩孔一管廊截面形式，端鋼殼采用一次性整體澆筑形式，有兩種類型：A型（共34套）、B型（共32套），端鋼殼尺寸為650 mm×280 mm的L形截面，主要由端部面板（24 mm×620 mm）、翼緣板（30 mm×280 mm）、加勁板及連接焊釘（φ25 mm）組成，端鋼殼斷面圖如圖1所示。

圖1 一次成型端鋼殼斷面圖Fig.1 Section ofone-stepmolding steelshell

洲頭咀隧道工程沉管段全長340 m，預制混凝土沉管數量為5節，各管節水平投影長度分別為85 m、85 m、79.5 m、3.5 m、85 m，寬 31.4 m，高9.68m，端鋼殼共10個，采用在干塢預制的方法。二次成型端鋼殼斷面圖如圖2所示。

圖2 二次成型端鋼殼斷面圖Fig.2 Section of two-stepmolding steelshell

2 一次成型端鋼殼施工工藝

一次成型端鋼殼是指管節端鋼殼采用整體式設計，在管節混凝土澆筑時安裝就位并調整到設計要求的精度，管節預制完成后即可使用，無需進行面板安裝、灌漿及防腐等二次施工[1-2]。施工工藝流程：端鋼殼制作→端鋼殼拼裝→端鋼殼安裝固定→端鋼殼調整→端鋼殼防腐。

2.1 端鋼殼制作

為提高端鋼殼的加工制作精度，單個端鋼殼由專業鋼結構制作廠家分14塊在工廠內制作，如圖3所示。為方便制作過程的變形控制，端鋼殼所有材料均使用數控下料，采用專業工裝拼裝固定后再進行分段焊接成型。考慮到沉管預制在島上施工，為保證端鋼殼對接接頭的焊接質量及控制單塊構件的變形，在考慮構件裝車運輸全體下，將部分較小的端鋼殼加工成型后對接成整體，減少后期現場拼裝、焊接的工作量。根據端鋼殼加工分塊的特點，到達預制廠時為10大塊。

2.2 端鋼殼拼裝

端鋼殼拼裝分為三部分，一是在工廠內預拼裝，二是在預制廠拼裝場地拼裝，三是在預制廠廠房內拼裝。預制廠拼裝場地拼裝指端鋼殼運輸到達預制廠后，為減少安裝對接的工作量，加快端鋼殼安裝進度，在拼裝場地專用拼裝臺座上，提前將B1+B2、B3+B4、B9+B10對接成整體再運輸至預制廠廠房內，拼裝完成后，端鋼殼共分為7塊。

圖3 端鋼殼加工分段圖Fig.3 Steelshellprocessing section

預制廠廠房內拼裝指在端鋼殼安裝前，提前將端鋼殼轉運至廠房內，將（B1+B2+B3+B4）、（B7+B8+B9+B10+B11+B12）在廠房內進行拼裝、焊接、調整平整度，提前對焊接點進行焊縫檢測，以減少在鋼筋籠上的對接工作量，拼裝完成后，端鋼殼共分為4塊，分別為底板1塊、墻體2塊、頂板1塊。

2.3 端鋼殼安裝固定

頂板鋼筋綁扎完成后，為便于端鋼殼安裝，提前將鋼筋籠向前頂推1 m，在測量放樣出端鋼殼定位基準線后開始安裝。端鋼殼安裝采用先底板、后側墻、再頂板的安裝順序，對底板端鋼殼與墻體端鋼殼接頭進行對接、焊接及打磨。頂板端鋼殼安裝前，提前對底板與墻體接頭平整度及焊縫進行檢測，再根據測量臺架上的放樣點，安裝頂板端鋼殼，并固定于鋼筋籠上，隨鋼筋籠一起頂推至澆筑坑，如圖4所示。

圖4 端鋼殼與鋼筋籠一起頂推Fig.4 The steelshellpushesw ith steelcage

2.4 端鋼殼調整

端鋼殼調整共分為3個階段：體系轉換后、模板安裝后、混凝土澆筑過程中。

鋼筋籠頂推至澆筑坑，完成體系轉換后，通過全站儀測量，按底板、側墻、頂板的順序，采用手拉葫蘆將端鋼殼整體初調至基準線。

端鋼殼初調到位，安裝模板端模系統，通過端鋼殼與端模支撐系統上的定位螺栓對端鋼殼進行精調，并調節端模支架的支撐螺栓，使支撐與端鋼殼緊貼、固定。仔細檢查各支撐螺栓的預緊狀況，然后再次對端鋼殼進行全面復測，確認平整度滿足要求后，用角鋼將端鋼殼與鋼筋籠進行焊接加固。

在管節混凝土澆筑過程中，對端鋼殼進行全過程實時監測[3-4]，根據測量數據通過調節支撐螺栓對端鋼殼的平整度進行微調，確保端鋼殼質量。

2.5 端鋼殼防腐處理

端鋼殼除在鋼結構廠內進行防腐處理外，在管節頂推到淺塢，完成預應力施工后，對所有焊接位置及表面重新進行防腐處理，端鋼殼防腐按永久鋼結構等級標準執行，采用熱浸鋅70μm重度防腐涂裝，并在底板內側鋼結構上附加犧牲陽極保護，外側設置5 mm預留腐蝕厚度。

3 二次成型端鋼殼施工工藝

二次成型端鋼殼指在管節混凝土澆筑時先安裝端鋼殼主體結構，等管節預制完成后再整體安裝端鋼殼面板，最后需在端鋼殼主體與面板之間灌注高強砂漿。端鋼殼的現場安裝分3次進行：第一次在澆筑混凝土底板前安裝下段，第二次在澆筑上層結構前安裝上段，第三次是待混凝土充分固化后安裝端鋼殼面板。二次成型端鋼殼施工工藝流程為：端鋼殼制作→端鋼殼下段工字鋼安裝→端鋼殼上段工字鋼安裝→端鋼殼面板安裝→端鋼殼防腐→端鋼殼注漿。

3.1 二次成型端鋼殼制作

二次成型端鋼殼工字鋼及鋼面板分開加工制作，考慮到端鋼殼整體尺寸、加工誤差、運輸便利、現場拼裝和精度控制等因素，將工字鋼分9段加工，鋼面板按設計圖紙分塊加工制作。

3.2 二次成型端鋼殼下段工字鋼安裝

在進行端鋼殼下段工字鋼安裝前，先進行測量放線，再將端鋼殼下段工字鋼吊至安裝位置，以中心線、半寬/全寬輪廓線定位，直立面用線錘吊點定位和照對邊墻上的斜度線進行粗安裝。粗安裝完成后，安裝支撐臺架。支撐臺架除了支撐端鋼殼外，同時提供安裝端鋼殼的操作平臺，并能夾緊端鋼殼半成品部件，使半成品固定在正確的位置上，安裝支撐架還要抵抗澆筑混凝土時的側向推力。

支撐臺架安裝完成后，將直立面與支撐臺架和沉管側板固定，下梁的下翼緣固定于沉管底板和現場預埋件上，上翼緣按照現場預埋件的間隔固定于短柱上，固定完成后，進行端鋼殼下段工字鋼的精調和沉管底板混凝土的澆筑。

3.3 二次成型端鋼殼上段工字鋼安裝

底板混凝土澆筑完成后，開始安裝端鋼殼上段工字鋼，首先在支撐臺架上標注端鋼殼安裝線，復核其半寬、全寬、高度、對角尺寸的正確性，將兩側的端鋼殼根據傾斜度進行固定，然后將上面水平兩段安裝固定在支架上，用測量儀整體測量端鋼殼的平整度和傾斜度，再焊接必要的定位馬板和準備必要的定位工具固定整個端鋼殼。

整個端鋼殼固定后，先將兩側的拼縫焊接好，再依次焊接剩余的3個接頭，待UT探傷檢驗合格后進行側墻和頂板混凝土澆筑。

3.4 二次成型端鋼殼面板安裝

待側墻和頂板混凝土澆筑完成后，即可開始進行端鋼殼面板的安裝。首先用測量儀檢查端鋼殼在澆筑混凝土后的變形情況，用測量儀定出止水板的安裝線，將安裝線用洋沖孔打在端鋼殼的上下翼緣上；其次在端鋼殼H鋼的下翼緣焊接2個卡碼，用吊碼將止水板吊入卡碼中，在端鋼殼H鋼的上翼緣再焊接2個卡碼卡住止水板，卸下吊卡，用卡碼和鐵楔固定好并點焊；最后采取從中間向兩邊、從下而上進行的安裝順序，將已焊好螺栓并開好焊接坡口的止水板吊裝定位，頂緊于定位板上，并隨時檢查與安裝線的對應，每延米間用鋼直尺檢查平整度。定位焊應牢固，無缺陷，焊接前將焊縫周圍清潔干凈，先焊接頭隔板處的塞焊，再從中間向兩邊逐段焊接。

第一塊止水板焊完后，測量其變形情況，確認施工方式能達到要求后再裝焊其它鋼面板，過程中邊裝焊邊測量，保證精度要求。

3.5 二次成型端鋼殼防腐

端鋼殼制作安裝完成后，進行防銹、防腐蝕處理，防腐涂層包括端鋼殼面板施工完成以后所有的外露表面，首先進行一道底漆施工，采用702環氧富鋅底漆（20μm厚），再進行2道防銹漆施工，采用846環氧瀝青厚漿型防銹漆（250 μm 厚）。

3.6 二次成型端鋼殼注漿

在端鋼殼面板姿態和平整度復測滿足要求的情況下，進行端鋼殼注漿，端鋼殼注漿采用M40水泥砂漿，將端鋼殼腹板和面板之間的空腔填充，灌注壓力控制在0.3～0.5 MPa。水泥砂漿灌注從下至上，從中間至兩邊，分步對稱緩慢均勻進行。每一隔腔的灌注應待其相應的排氣孔持續流出水泥漿5 s后方可封閉排氣孔，封孔后持續加壓灌注10～20 s后封閉灌注孔。注漿完成后，及時將注漿孔及排氣孔封焊，并將焊疤打磨平整。

4 工藝比選

通過以上一次成型和二次成型的工藝分析可知，一次成型端鋼殼存在施工費用低、施工工期短等優點，適用于工廠化、流水施工管節預制；二次成型施工工序繁雜，施工工期較長，施工費用較高，適用于分段施工的干塢預制。以下從施工方法、施工成本、施工工期、質量控制和安全保證等方面進行對比分析，詳見表1所示。

表1 一次成型與二次成型端鋼殼施工工藝對比Table1 Contrastofone-stepmolding and two-stepmolding steelshellconstruction technologies

5 結語

本文通過對兩種典型沉管預制法端鋼殼施工工藝的介紹，總結、分析了兩種端鋼殼的特點和適用范圍。從分析可知，兩種端鋼殼施工工藝均可行，各具優劣，但比較而言，一次成型端鋼殼施工工藝作為端鋼殼施工的一種新型工藝，適應性強，工期短，成本低，對于管節預制數量多的沉管施工更具優勢，可為今后工廠化管節預制及其他類似工程提供參考。

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