節段式沉管預應力孔道壓漿施工技術

唐旭，楊毅

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

0 引言

目前，許多預應力混凝土結構，由于孔道壓漿不飽滿導致預應力筋銹蝕，在設計使用年限內不得不進行多次加固，甚至一座橋梁加固的總費用比造橋的費用還高，管道壓漿不密實已成為現代預應力結構的質量通病之一[1－3]。

港珠澳大橋沉管隧道處于海洋環境中，為保證設計使用年限120 a，預應力筋不受到腐蝕，就要求預應力壓漿必須飽滿。港珠澳大橋沉管預應力與橋梁工程中的節段匹配預制箱梁類似，預應力孔道在沉管節段接縫處是斷開的，但因無匹配拼裝的過程，孔道密封性控制難度更大，給預應力孔道壓漿質量控制帶來很大挑戰。

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程沉管隧道長5 664 m，分為33個管節，標準管節長180 m、寬37.95 m、高11.4 m，是迄今為止世界上規模最大、技術難度最高、環境最復雜的海底沉管隧道。預制沉管用工廠法預制工藝，每一標準管節分8個長22.5 m的節段匹配預制而成，小節段間除6個剪力鍵傳遞豎向剪力外，由預應力將整個管節連成整體。

為保證沉管寄放、浮運、運營期的結構安全，按其埋置深度不同，沿斷面對稱布置有36～56束預應力鋼束。預應力束在管節預制完成并頂推到淺塢區后進行張拉和孔道壓漿施工，預應力孔道壓漿采用真空輔助壓漿技術[4]。整個管道總長180 m，在節段接縫處斷開，用專用波紋管匹配組件進行連接，端頭采用錨具密封罩密封，設計真空度要求-0.08 MPa。

2 預應力孔道安裝

本工程前兩批預制沉管預應力孔道成形采用的是金屬波紋管，主要考慮到金屬波紋管具有強度高、剛度大、耐高溫性能好、耐久性好、連接方便等特點。金屬波紋管安裝嚴格按照設計位置放樣，并注意與預埋件的位置關系，安裝U形波紋管定位鋼筋和其他預埋件時需特別注意保護波紋管不受損傷。波紋管接頭采用內徑與其匹配的波紋管連接、熱縮套密封。因沉管預應力孔道壓漿采用真空壓漿工藝，金屬波紋管的密封性相對較差，施工中易損傷，孔道堵塞的風險較大。在充分論證的基礎上，前兩批管節預制完成后將金屬波紋管更改為應用更為廣泛的塑料波紋管。

塑料波紋管具有密封性好、無滲水漏漿、環向剛度高、摩擦系數小、耐老化、抗電腐蝕、柔韌性好、不易損壞、連接方式靈活且便于施工等優點，解決了傳統金屬波紋管的弊端。因沉管混凝土屬大體積混凝土，澆筑后內部溫度最高達近70℃，為防止塑料波紋管在高溫和混凝土壓力作用下產生變形，在塑料波紋管內安裝直徑略小于其內徑的PPR襯管，并沿沉管節段預應力孔道通長布置。

圖1 波紋管連接件布置圖Fig.1 Arrangement of corrugated pipe fittings

3 孔道密封措施

3.1 專用波紋管匹配連接件

為解決預制沉管大埋深、強回淤帶來的節段受力問題，本工程創新性地提出了“半剛性管節”的設計理論，即將原設計的臨時預應力部分變更為永久預應力，同時為滿足節段接頭對地基不均勻沉降的適應性要求，在節段接頭6 m范圍內采用無黏結預應力體系，保證在節段接頭處發生地基不均勻沉降時接頭可適度張開，減小不均勻沉降帶來的結構安全風險。委托VSL公司進行了專用波紋管匹配連接件的設計[5]，由專業廠家采用模具定型生產，保證其匹配連接的精度和水密性能要求。

安裝時，外管在鋼筋綁扎過程中預先安裝于鋼筋籠內，并與塑料波紋管對接、密封，再將密封圈安裝在內管兩端，并將內管插入后澆端的外管里，鋼筋籠頂推入模時與先澆端的外管匹配對接，其連接圖如圖1所示。施工的重點在于保護好密封圈和遇水膨脹膠條不受損傷，并使兩外管在節段接頭匹配面處頂緊，防止混凝土澆筑過程中水泥漿進入管道，并確保管道密封性滿足真空輔助壓漿工藝的要求。

3.2 錨具密封罩

沉管一次舾裝完成后，需對塢區進行灌水并將沉管管節橫移寄泊于預制場深塢內，正常情況下寄泊期約0.5 a，在沉放之前錨具將直接受到海水的腐蝕。錨具的保護對預應力體系安全、降低滲漏風險至關重要，錨具的防護要求較常規工程高得多。借鑒橋梁體外預應力錨具防護方法，增設錨具密封罩用于錨具防護，密封罩按海水腐蝕環境進行了防腐設計，能保證在海水浸泡期間的耐久性。密封罩用螺栓固定在錨下墊板上，與錨下墊板間設有銅墊圈，可增強錨具密封性能。錨具密封罩在預應力張拉并割除多余鋼絞線后安裝，其密封性由密封罩配套的銅墊圈和密封罩周邊高強AB膠密封來保證。錨具密封罩安裝需注意使進漿孔位于下方，排氣孔位于上方，兩孔連線處于鉛垂線上，切不可使兩孔連線處于水平狀態。同時螺栓扭矩要滿足要求，保證銅墊圈壓縮，保證密封性滿足要求。

3.3 節段接頭密封

節段接頭因波紋管斷開而成為整個管道密封性的薄弱環節，在采用金屬波紋管的管節中該問題也時有發生。為確保節段接頭密封性，除保證專用波紋管匹配連接件的安裝質量之外，還需在孔道壓漿前對管道密封性進行檢驗，即壓漿前進行試抽真空，如果真空度不能滿足設計要求，則需對該管道的節段接頭進行密封處理，具體方法為在節段接頭位置用快干水泥進行封堵，待孔道壓漿完成后再予以清除。從使用塑料波紋管和專用匹配連接件后的效果看，只要匹配連接件的安裝質量達到要求，即可保證管道密封性滿足要求。

4 預應力真空輔助壓漿

4.1 設備配置

真空輔助壓漿設備包括1臺真空泵，要求能滿足180 m管節真空度達到－0.08 MPa，2臺制漿機及容量為1.5 m3的儲漿筒，2臺三缸活塞式壓漿泵。設備配置在滿足計量精度的前提下，制漿和儲漿能力需滿足單根預應力孔道用漿量1.5 m3的要求，保證單根孔道一次性壓漿飽滿并有適當富余。

4.2 壓漿工藝

壓漿工藝流程與橋梁工程真空輔助壓漿基本相同，流程為：預應力束張拉并切束→密封罩安裝并周邊密封→試抽真空并處理發現的問題→漿液拌制并儲夠1根孔道用漿量→抽真空→壓漿→出漿口濃漿流出1 min后關閉出漿口→穩壓2 min→待錨具密封罩灌滿漿液后關閉進漿口，壓漿完成。

4.3 沉管管節真空輔助壓漿注意事項

1）如前所述，節段式管節的管道密封性必須保證，在孔道壓漿之前進行預抽真空，并解決發現的問題，確保真空壓漿一次成功。

2） 孔道長度180 m，預應力束為φj15.24-25，波紋管直徑較大，單根波紋管壓漿量最大達1.5 m3，儲漿量必須滿足孔道一次壓漿飽滿。

3） 摻加高性能孔道灌漿劑，水灰比小至0.26，對制漿機攪拌能力提出更高要求，要保證制漿效率，也必須保證漿液的均勻性滿足要求[6]。

4）國內目前高速制漿設備還不太成熟，制漿機轉速大多只能達到1 500 r/min，對制漿效率影響較大，較長時間的攪拌帶來漿液溫升較大。按照歐洲的經驗和規范，建議漿液溫度不超過30℃，因此在本項目制漿時采用了冰水攪拌工藝，通過調整冰水溫度解決了漿液溫度問題。

5）出漿口濃漿流出后必須再堅持1 min，保證孔道內空氣充分排除干凈，然后再穩壓2 min，保證壓漿飽滿度。

6）漿液初凝后，打開出漿口檢查漿液飽滿度和泌水情況，用于指導后續孔道壓漿質量控制。出漿口閥門必須待漿液終凝后才能拆除，防止漿液溢漏影響壓漿飽滿度。

5 結語

港珠澳大橋沉管隧道設計使用壽命120 a，在海底腐蝕極強的海洋環境下，無疑對預應力提出了更高的要求，其孔道壓漿的密實程度直接關系到預應力使用壽命。基于高標準嚴要求，在施工過程中通過不斷改進施工工藝，從波紋管選材、節段處連接、端頭連接等重要部位入手，對波紋管安裝的密封質量進行了改進，并配合真空輔助壓漿技術，保證了沉管預制的施工質量。