港珠澳大橋沉管隧道基礎注漿施工技術

王殿文

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

沉管管節間不均勻沉降是沉管隧道運營維護的一大難題，對其基礎處理的方法也很多，大致可分為刮鋪法、樁基法、灌囊法和注漿法。為達到施工效果，在施工時，根據現場施工條件及需要選擇最適合的處理方法[1-2]。

1 工程概況

港珠澳大橋沉管隧道具有工程規模大、外海作業環境復雜、技術難點多、施工工期緊、環保要求嚴、安全風險高等特點，綜合施工難度居于當前該領域世界前列。沉管段總長5 664 m，采用節段式半剛性管節結構，共33節，其中曲線段管節5節，曲率半徑5 500 m，標準管節長180 m，由8節長22.5 m、寬37.95 m、高11.4 m的管段組成，重約7.4萬t，最大沉放水深44 m，是目前世界上綜合難度最大的沉管隧道之一。

在原有基礎開挖基槽并清淤后，管節基礎采用碎石墊層的形式進行鋪設。在地質條件較差段，管節安裝完成后相鄰管節出現不均勻沉降的風險高，在已安管節的對接處采用基礎注漿的形式防止管節基礎的不均勻沉降。本文以港珠澳E31與E32管節為例，對接端安裝水深為20.2 m，其注漿管橫向布置見圖1。

圖1 注漿管布置截面圖Fig.1 Sectional drawing of grouting pipe arrangement

2 沉管隧道基礎注漿施工

2.1 施工難點

1）準備工作及潛水作業量大，施工周期極短，距離安裝僅有2～3 d時間，施工組織協調難度大。

2）水下連接注漿管施工難度大。

3）氣囊連接氣管的快速接頭存在漏氣風險，一旦鎖定回填后無法進行更換。

4）注漿管出漿口連接單向閥，存在卡死或反裝風險，無法進行水下更換。

5）海上注漿施工組織難度極大，連續性不強，可能造成注漿管堵塞。

6）船上連接注漿管至接頭底部，距離長，受海上波浪及流速影響，可能發生注漿管路折斷或漏漿風險。

7）接頭底部注漿管采用鋼框架連接，受外界因素影響，可能發生框架翻轉，影響沉管對接。

8）接頭底部連接彎管，若距離管節過近，可能發生影響沉管安裝的風險。

2.2 沉管隧道基礎注漿施工工藝流程

注漿施工工藝流程如圖2所示。

圖2 注漿施工工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of grouting construction

2.3 前期施工準備

注漿的前期施工準備階段包括：氣囊與土工布布設、注漿管架的制作與安放、監測儀器埋設。

2.3.1 布設土工布及氣囊

在兩管節碎石基床對接處向兩側第5和第6條壟頂及壟溝內布設2層土工布，土工布為400 g/m2，采用鐵鏈或碎石等重物進行固定，兩側邊坡的土工布采用袋裝碎石覆蓋，并在土工布覆蓋的壟溝內布設氣囊，單個氣囊長度23 m，未充氣前寬度40 cm，充氣后直徑25 cm，整個壟溝內采用2個氣囊相互搭接，搭接長度約3 m，兩端氣囊與碎石壟端基本一致。提前對氣囊進行打壓測試，試驗壓力0.24 MPa。

氣囊布設前對壟溝內的碎石進行整理，處理后壟溝深度約15 cm，保證氣囊充氣后與沉管底形成較好的封堵性，碎石壟為S形布置，需要潛水員將一側的碎石攤開，將氣囊接口露出，綁扎做好標記，布置位置如圖3所示。

圖3 氣囊、土工布布置圖Fig.3 Layout of air bag and geotextile

2.3.2 底部注漿管架制作與布置

1）管架制作

最終接頭管節安裝前，提前在E31/E32管節尾端底部布設注漿管，采用并列布置方式，一用一備，注漿采用泵送工藝。單根水平注漿管長為18 m，管徑為125 mm，壁厚為8 mm；注漿管路固定于鋼框架內，單套長度為18 m，每套鋼框架內并列固定2根注漿管，便于水下安裝。共制作4套鋼框架。

單套鋼架內的泵管采用一用一備的方式進行接頭注漿，在南北側泵管的管壁上編號如圖4所示。注漿時南北側輸送漿液的泵管相互錯開，確保漿液流動密實充分。

圖4 底部注漿管平面布置圖Fig.4 Bottom grouting pipe layout plan

泵送漿管開孔兩處，間距6 m，中間端頭敞開，經氣球試驗驗證，每處開孔3個，3個孔口尺寸為10 cm×3 cm，同截面上三等分布。

鋼框架采用矩形結構，外側框架采用8號槽鋼，采用5號角鋼連接加固。2根泵送漿管水平并列焊接框架內，位于沉管外側的彎管連接一段直管，高度不超過1 m，采用法蘭便于水下連接，注漿管架結構形式如圖5所示。

圖5 鋼框架與注漿管結構圖（m）Fig.5 Structure diagram of steel frame and grouting pipe(m)

2）監測儀器安裝與管架下放

監測儀器主要為壓力計，測量基礎注漿時各點的壓力變化情況，布置位置為對接空腔內及兩側壟溝內均勻布置壓力計。

鋼框架在吊裝下放的過程中，在鋼框架入水后吊點與兩節沉管頂端鋼端殼的水平距離保持在2～2.2 m之間，在鋼框架底部下放到沉管底部的高程時停止下放，潛水員入水下潛到最終接頭邊緣壟的壟頂鋼框架旁，到達指定位置后，潛水員向兩側沉管方向推鋼框架，鋼框架同時下放，直至到鋼框架與碎石壟底接觸為止。下放到位后檢查鋼框架的安裝情況。

2.4 管節安裝后準備工作

2.4.1 連接氣管及監測線

管節安裝后，水下采用快速接頭將氣管與氣囊連接至管頂合適位置，綁扎固定，用空壓機充氣。壓力計監測線纜同步綁扎至管頂，并標記好其位置。

2.4.2 連接注漿管

豎向注漿管采用長度為12 m+11 m厚度為10 mm的無縫鋼管組合連接的形式。

連接第一節豎向注漿管，長度12 m，高出沉管管頂約60 cm，與沉管管節的系船柱呈八字軟連接。由于豎向管節連接采用潛水船吊裝潛水員水下連接法蘭盤的方式，考慮到受到波浪的影響，采用1 m長的特制螺栓連接法蘭。第一節豎向管節連接完成后，為方便其余管節連接，潛水水下測量注漿管頂端東西方向偏離對接縫的距離。

連接第二節豎向注漿管，長度11 m，高出水面約2 m，采用整平船克令吊吊裝底端與第一節注漿管法蘭連接的形式。

2.4.3 氣囊充氣、拋石覆蓋

首先進行氣囊充氣，使氣囊與沉管管底緊密接觸來阻隔注漿時混凝土漿，再用袋裝碎石對沉管邊緣進行覆蓋，使接頭壟溝形成密閉空腔。沉管兩側采用土工布覆蓋和袋裝碎石固定。

2.4.4 鎖定回填

在第一節豎向注漿管安裝完成之后，對兩側管節進行鎖定回填，在對接縫處采用逐漸接近的方式進行回填，避免注漿管受到擠壓而傾斜。在回填高度到達4 m、6 m時，潛水水下各檢查一次，檢查內容為注漿管的傾斜度與系船柱連接是否損壞。

2.4.5 最終管路連接

為了減小受海上波浪及流速影響可能發生的注漿管路折斷或漏漿風險，采用整平船進行注漿管線路固定。船舶到位后，注漿管的頂端焊接在整平船的底層甲板上，并在底層布設注漿管與注漿泵連接。

2.5 注漿施工

2.5.1 漿液要求

在基床碎石的縫隙內，需保持高流動性性能的砂漿。同時要求漿液水中不離析，漿液主要由水泥、水、砂、粉煤灰、膨潤土按照一定的比例拌合而成，并通過工藝試驗確定其最終配比[3-5]。

2.5.2 注漿壓力

注漿管出漿口位于水下21 m，水頭壓力為0.21 MPa，在注漿的過程中，攪拌船的注漿泵排量在25 m3/h，因漿液所受阻力大，泵送壓力可達10 MPa以上，保證漿液充滿基礎縫隙[5]。

2.5.3 過程監測與檢查

為保證注漿時沉管管節底部受力均勻，管節兩側同時注漿，并監測管節底部壓力計的變化情況，包括：漿液性能指標、注漿管漏漿情況與注漿泵注漿壓力等。

2.5.4 注漿過程中停泵標準

布置在監測范圍邊緣位置的傳感器壓力值出現驟升的情況，注漿泵的壓力也明顯增高，其他壓力傳感器的壓力也明顯增高且均高于10 MPa時，對注漿情況進行分析，確定滿足注漿要求后停止注漿。

3 沉降監測

管節注漿前分別對E32管節尾端及E31管節首端沉降監測點進行高程觀測。注漿完成后，每日對沉降監測點進行高程觀測，分析注漿施工對沉管高程變化及E31管節首端與E32管節尾端不均勻沉降情況。

4 注漿施工安全及質量控制

本工程涉及海上吊裝、潛水施工、注漿作業，應進行嚴格安全控制。吊裝作業人員必須佩帶安全帽，遵守高處作業規定。吊裝作業前，應對起重吊裝設備、鋼絲繩、攬風繩、鏈條、吊鉤等各種機具進行檢查，保證安全可靠，不準帶病使用。吊裝作業時，按規定的聯絡信號及統一指揮。潛水作業人員滿足施工安全作業規程。注漿過程中需配多艘錨艇進行警戒，保證注漿安全施工。

鋼框架安裝到位后，潛水員應對框架安裝狀態及與管底各處的位置關系進行確認，保證安裝質量。對于混凝土的供給，首先在混凝土拌和船上制作完成水下不離析的混凝土后，均勻輸送至2臺混凝土泵。為避免和防止混凝土的離析及注漿管的堵塞，混凝土輸送量應保持勻速且不間斷輸送[5]。

5 注漿施工效果

在基礎注漿完成后，混凝土密實度達到97%以上，并通過工程的后續施工驗證效果，如：管段內壓艙混凝土、管節頂部拋石回填覆蓋、管節沉降監測[6]。注漿完成3個月后，E31管節首端與E32管節尾端不均勻沉降值為15 mm。

6 結語

本工程沉管隧道基礎采用碎石鋪設，為防止相鄰管節不均勻沉降，在對接端碎石與混凝土漿液相結合的形式加固地基基礎。在基礎注漿施工中，采用先在管節外部鋪設管路再進行注漿施工的工序，不僅大大降低了施工風險，還提高了施工質量。

本次注漿有效控制了沉管間不均勻沉降現象，保證了沉管安裝質量，為港珠澳大橋最終接頭的不均勻沉降控制做好了鋪墊，同時為類似工程施工提供了參考。