工廠法鋼筋流水施工技術在沉管預制中的應用

申昌洲，張宇航

工廠法鋼筋流水施工技術在沉管預制中的應用

申昌洲，張宇航

（中交四航局第二工程有限公司，廣東廣州510300）

為沉管預制專門建造預制工廠，在廠內可流水式批量生產沉管管節，適用于管節數量多的沉管隧道工程。工廠法中采用的鋼筋流水施工工藝通過移動臺車依次在多個綁扎分區內進行鋼筋綁扎，最終將鋼筋籠置換至模板上，實現了沉管鋼筋施工快速、流水的目的。

沉管隧道；鋼筋加工；鋼筋綁扎；移動臺車；同步頂推；體系轉換

目前，傳統的沉管隧道管節預制大多采用干塢法，該法對于管節數量較少時預制成本及工期都能得到保證，但隨著管節數量的增多，預制工期將會成倍增加。

采用工廠法鋼筋流水施工技術預制管節，鋼筋定位準確、綁扎質量優良、移動變形小、體系轉換合理可行，同時施工場地由露天轉為廠房內，工程進度快、干擾因素小、有利于文明施工、各種資源利用高效，且施工過程中產生的震動、噪音、粉塵等公害也得到了最大程度的降低，具有較好的經濟效益和社會效益[1]。

1 概述

港珠澳大橋主體工程采用橋、島、隧組合方式，其中跨伶仃西和銅鼓主航道設海底隧道，長5.99 km，是迄今為止世界上規模最大的海底沉管隧道工程，最大水下深度達46m。

海底沉管隧道由33個管節組成，分2條生產線預制，其中直線段管節28個，曲線段管節5個。單個標準管節長180 m，由8個長22.5 m的節段構成，管節寬37.95 m，高11.40 m，底板和頂板厚1.50m，側墻厚1.50m，中隔墻厚0.80m。沉管單個節段鋼筋設計量重達1 100 t，鋼筋級別均采用HRB400，沉管斷面如圖1所示。

2 沉管鋼筋工程的特點及難點

1）鋼筋強度等級高，所有鋼筋均采用HRB400，主筋最大直徑為，箍筋最大直徑為，對加工及綁扎要求高。

2）單個節段鋼筋量大，隨著沉管埋深加大，鋼筋用量逐漸增加，約為870～1 100 t，鋼筋半成品種類多達500種，且施工周期短，工期緊，要求7.5 d完成一節段，每天需完成約150 t鋼筋的加工及綁扎。

圖1 沉管隧道橫斷面圖Fig.1 Crosssection of immersed tunnelsection

3）沉管斷面尺寸大，需要設置工效高又便于人工操作的鋼筋綁扎胎架，胎架充當鋼筋籠整體支撐及移動設備。

4）工藝質量要求高，鋼筋籠整體尺寸誤差需控制在±10 mm之內，對鋼筋綁扎定位及鋼筋籠整體剛度有很高的要求。

3 工廠法鋼筋流水施工工藝

鋼筋流水施工主要包括鋼筋加工、底板鋼筋綁扎、墻體鋼筋綁扎、頂板鋼筋綁扎、鋼筋籠體系轉換及移動臺車頂推。為了實現7.5 d完成一個節段鋼筋施工的流水作業，對各工序間的銜接提出了很高要求。

3.1 鋼筋的加工

鋼筋綁扎采用工廠化流水施工工藝，鋼筋加工同樣需要滿足7.5 d加工1 100 t的效率要求。鋼筋加工采用自動化設備，加工精度達到1 mm。鋼筋加工分為底板鋼筋加工區、墻體鋼筋加工區及頂板鋼筋加工區，分別位于相應鋼筋綁扎臺座的一側。采用過跨車、龍門吊、橋吊實現鋼筋原材及半成品在各區域的運輸[2]。

3.2 鋼筋綁扎

3.2.1 場地布置

為了實現鋼筋的流水施工，根據沉管斷面形式及工廠化流水施工要求，設置3個鋼筋綁扎區，分別綁扎底板、墻體和頂板鋼筋，節段鋼筋在相應區域的移動臺車上流水綁扎，在頂板鋼筋綁扎成型后，連同移動臺車一起滑移至底模上，進行體系轉換工作。

3.2.2 移動臺車

作為實現鋼筋流水綁扎的核心裝置，移動臺車由布置在鋼筋籠下方的14條通長的滑移軌道及滑移方鋼構成，其中模板區滑移軌道為活動式，其他均采用固定方式。在鋼筋綁扎時，移動臺車承受了鋼筋籠的所有重量。移動臺車在底板綁扎區組裝，在模板區體系轉換時拆除。

3.3 底板鋼筋綁扎

當移動臺車的14條滑移方鋼在底板鋼筋綁扎區鋪設完成后，即可開始底板鋼筋的綁扎。在底板鋼筋綁扎區設置側墻綁扎架，該區域側墻綁扎架活動部分可在橫向進行移動，方便進行底板側墻部分鋼筋的定位及固定（見圖2）。底板鋼筋綁扎完成后，綁扎架活動部分可向后退回，以方便鋼筋籠的移動。

圖2 底板鋼筋綁扎示意圖Fig.2 Sketch of base-plate steelbar fixing

在綁扎底板鋼筋的同時，還需安裝墻體及頂板綁扎架的胎架底座。為了確保胎架底座位置準確，在滑移方鋼上設計了定位孔，墻體及頂板鋼筋荷載均通過胎架底座傳遞至滑移方鋼上。

3.4 墻體鋼筋綁扎

在墻體鋼筋綁扎區，同樣設置有墻體鋼筋綁扎架，包括側墻綁扎架和中墻綁扎架。側墻鋼筋綁扎架具有3層平臺，設置有活動部分，通過橫向移動來校正定位側墻鋼筋位置。中墻綁扎架安裝于底板胎架底座上，通過胎架底座將反力傳至移動臺車上，在中墻鋼筋綁扎前，利用可調螺栓與帶有螺桿的支腿調節胎架高度及水平方向上的坐標。綁扎架就位后可進行鋼筋的綁扎。

3.5 頂板鋼筋綁扎

在綁扎頂板鋼筋前，需要安裝頂板綁扎胎架作為施工平臺。頂板綁扎胎架安裝在底板胎架底座上的鋼軌之上。在卸載后，頂板綁扎胎架可以在鋼軌上移動。在體系轉換時，依靠卷揚機，將頂板綁扎胎架通過鋼軌從模板區移動至頂板綁扎區，并與中墻綁扎架連接，最后通過設置在胎架底座上的高度調整螺栓與導向支座進行調整、固定。在頂板綁扎胎架調整固定完成后即可進行頂板鋼筋的綁扎，在頂板鋼筋綁扎完成后（圖3），頂板綁扎胎架將一直隨鋼筋籠被推進模板區。

圖3 頂板鋼筋綁扎完成Fig.3 CoMp letion of steel fixing for roof p late

3.6 勁性骨架安裝

由于鋼筋籠頂推及體系轉換工藝都會引起鋼筋籠的變形，而本工程鋼筋籠精度要求較高，故需采用勁性骨架增加鋼筋籠的整體剛度。勁性骨架采用L75型角鋼加工，并在鋼筋籠綁扎過程中進行安裝焊接。勁性骨架安裝于兩層縱向主筋之間并與縱向主筋點焊連接。單個節段鋼筋籠勁性骨架由12榀骨架及18條縱向連接桁架構成，重量約60 t。為了方便施工，單榀骨架按4 m長分段，分段如圖4所示[3-4]。

為了保證鋼筋籠在頂推過程中和體系轉換過程中的整體性，單榀勁性骨架必須閉合，骨架接頭部位焊接要牢固，同時將勁性骨架與鋼筋籠通過焊接連成一個整體。

圖4 勁性骨架構造分段圖Fig.4 Block plan ofsteelskeleton

3.7 鋼筋籠的頂推

為了實現工廠化鋼筋流水施工，移動臺車在鋼筋綁扎各區間的移動是關鍵。本工藝采用楔形夾軌器對鋼筋籠進行同步頂推（圖5）。

圖5 頂推系統示意圖Fig.5 Sketch ofpusher system

鋼筋籠同步頂推裝置包括頂推分配大梁及4套楔形夾軌器組成。其中，頂推分配大梁將14條滑移方鋼連接成整體并均勻地向各條滑移方鋼分配頂推力，而每套楔形夾軌器包括50 t雙作用頂推油缸1只和楔形夾緊裝置1臺。在正向頂推時，液壓泵向50 t頂推油缸提供液壓動力，通過楔形塊的單向自鎖裝置自動夾持軌道形成反力；在反向回縮時，由于楔形塊無自鎖，油缸帶著楔形夾軌器夾持裝置自動回縮到初始位置，實現間歇式頂推前行（圖5）。

為了保證1 300 t的鋼筋籠及其支撐系統順利同步頂推，減小其摩阻力是關鍵。頂推前，要確?；栖壍赖捻樦?，徹底清理軌道并上油，同時需檢查確認鋼筋籠底板無鋼筋頭掉落刮住地面。

3.8 體系轉換

在鋼筋綁扎完成頂推進入模板區后，鋼筋籠全部重量仍由移動臺車支撐，此時采用鋼筋籠吊架及氣囊頂升同步受力將鋼筋籠從移動臺車置換到底模上實現體系轉換。

鋼筋籠體系轉換作為鋼筋流水施工的最后也是最關鍵的步驟。在體系轉換過程中最重要的是保持鋼筋籠整體的平衡與穩定，在預埋件多、鋼筋籠局部重量大的部位需增設吊點。體系轉換時，要保證吊點的同步起吊與氣囊的同步頂升[3]。

3.8.1 鋼筋籠吊架

在頂板勁性骨架設置32個吊點，這些吊點能分散頂板鋼筋自重，避免產生過大的局部變形。將吊點通過鋼絲繩、精軋螺紋鋼和液壓千斤頂與4臺行車梁連接（圖6），組成頂板鋼筋籠的懸吊系統。吊點與行車梁連接完成后，同步控制與各個吊點連接的千斤頂吊住頂板鋼筋。

圖6 鋼筋籠體系轉換Fig.6 TransforMation of reinforceMent cage

3.8.2 頂板胎架的拆除

當鋼筋籠頂板鋼筋吊起后，頂板綁扎胎架即處于卸載狀態。此時將澆筑區與頂板綁扎臺座用鋼軌連接，利用卷揚機將頂板綁扎胎架拉至頂板綁扎臺座，實現頂板鋼筋綁扎的流水作業。

3.8.3 氣囊的頂升

完成頂板綁扎臺架的移除和臺架底座的拆除后，用空壓機對事先置于14條滑移軌道旁的14條充氣氣囊（圖6）充氣，達到對鋼筋籠頂升的目的。為保證頂升過程中鋼筋籠受力平衡，需將所有充氣膠囊并聯在一起，控制空壓機壓力達到0.2 MPa。當充氣膠囊全部充氣頂升后，此時鋼筋籠處于滯空狀態，即可進行移動臺車的拆除。移動臺車拆除后，充氣氣囊放氣，鋼筋籠下放通過混凝土墊塊置于底模上，即完成鋼筋籠的體系轉換。

4 結語

從港珠澳大橋島隧工程沉管鋼筋施工情況看，本技術在我國首次得到了成功應用，單個標準節段的預制均能按計劃在7.5 d內完成。解決了沉管斷面尺寸大、單節段管節鋼筋用量大、綁扎及定位難度高、鋼筋籠移動過程易產生變形、鋼筋籠頂推至澆筑區后進行體系轉換難度大等難題，對提高我國沉管預制技術水平具有重要意義。

[1]港珠澳大橋島遂工程項目總經理部.港珠澳大橋沉管預制施工組織設計[R].2012.

General Project Management for Island and Tunnel Project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge.Method statement for prefabrication of immersed tunnel sections for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

[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,ZHANG Hong.Automated reinforcementproduction line used in prefabrication of immersed tube sections for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].China Harbour Engineering, 2013(3):66-70.

[3]馮偉，戴書學，李凱凱.工廠法預制沉管鋼筋籠變形控制[J].中國港灣建設，2015，35（7）:14-17.

FENG Wei,DAIShu-xue,LIKai-kai.Deformation control for steel cage ofprefabricated factory immersed tube[J].ChinaHarbour Engineering,2015,35(7):14-17.

[4]孟慶龍，王丹.沉管隧道管節大型鋼筋籠抗變形應用研究[J].中國港灣建設，2015，35（11）:18-21.

MENG Qing-long，WANG Dan.Application research on antideformation of large-scale reinforcement cage for immersed tunnel element[J].China Harbour Engineering,2015,35(11):18-21.

Technology for flow-line preparation and fixing of reinforceMent for prefabrication of imMersed tunnel segMents

SHENChang-zhou,ZHANGYu-hang
（No.2EngineeringCo.,Ltd.ofCCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510300,China）

The factory method for prefabrication of immersed tube,where tunnel segments are fabricated in flow-line,is suitable when the tunnel segments are numerous.The way of the steel bars prepared in flow-line production as in a factory production line will have reinforcementmade and fixed in several steel bar fixing areas in turn by amoving bogies,then the completed reinforcement cagesare transported froMthemoving bogies to the formwork.By thisway,reinforcement ismade and fixed rapidly and in a flow-line production.

immersed tunnel;steel bar process;steel bar fixing;moving bogie;synchronous pushing;systeMtransformation

U655.4

B

2095-7874（2016）07-0114-04

10.7640/zggw js201607033

2016-06-03

申昌洲（1990—），男，廣東廣州市人，助理工程師，土木工程專業。E-mail:642256364@qq.com