超大型沉管頂推施工中存在的問題及解決方法

李 磊

（中交第四航務工程局有限公司，廣東廣州 510290）

0 引言

港珠澳大橋工程規模龐大，不少區域使用了海底沉管隧道的架構方式，全段總長5664 m，內含有管節數量33個，單管節長度180 m（可細化為8個等長的節段），總質量7.2萬t左右。管節下方布置了4條滑移軌道，并配備了千斤頂裝置，以此起到支撐沉管重量的作用。

1 主要施工工藝

1.1 工藝流程

節段頂推施工工藝流程：頂推系統及滑移軌道設計→滑移軌道梁安裝→1#支撐千斤頂系統就位→1#節段受力體系轉換→1#節段頂推系統就位→向前頂推22.5 m→2#支撐千斤頂系統就位→2#節段受力體系轉換→2#節段頂推系統就位→向前頂推22.5 m（以此類推）→8#節段頂推系統就位→向前頂推130 m至淺塢→千斤頂置換→千斤頂回收[1]。

1.2 頂推滑移軌道及滑移面

在沉管腹部正下方布放頂推滑移軌道，在4條軌道的共同作用下，避免變形現象的出現。從滑移鋼軌的結構考慮，可拆分為2大部分。

（1）水平鋼板與不銹鋼板。前者規格為寬740 mm，厚度35 mm，在此基礎上布放3條不銹鋼條，三者厚度一致且均為3 mm，通過角焊縫的方式完成連接。在千斤頂底部布設PTFE（Poly Tetra Fluoro Ethylene，聚四氟乙烯）板，二者之間的接觸面即為滑移面。

（2）側向鋼板：數量為兩塊，二者高均為185 mm、寬度45 mm，鋼板之間呈連續垂直的關系，采用熔透焊的方式完成二者的緊固連接；為給頂推千斤頂搭建反力作用平臺，需要在側向鋼板上開槽[2]。

1.3 管節支撐及頂推系統設備布置

1.3.1 管節支撐及頂推系統

在管節正下方位置布設4條滑軌，以此起到支撐作用，將24個支撐千斤頂平均分配至4條滑軌上。以節段端頭為基準，1#、6#千斤頂與其間距均為1.875 m，其余千斤頂之間的距離保持在3.75 m不變。共需配備2個頂推裝置，1個位于首端1#、2#千斤頂之間，1個位于尾端5#、6#千斤頂之間，中間2個千斤頂之間無需配備。在配備頂推千斤頂的同時，應在頂部布置1個厚度為50 mm的鋼構頂板，可以起到支撐混凝土的作用。

上述已經提到了兩端支撐千斤頂的位置，此時可將頂推千斤頂的前端固定在連接梁上，并通過焊接的方式實現梁與連接頂板的穩定連接；此外，千斤頂的另一端應與頂推支架相連接。在完成上述布放內容后，便可實現頂推力的轉移，將其轉移至滑移鋼軌的側板凹槽。從凹槽規格來看，縱向間距為750 mm[3]。

1.3.2 管節導向系統

在管節下方的首尾兩端分別安裝一個導向裝置。在進行滑動時，前端處于穩定狀態，尾端的導向裝置位置時刻發生變化，頻繁轉移至完成澆筑的節段上，直至最后一節段施工完成則停止。導向裝置可以對滑軌起控制作用，內部配備了液壓起重器，起到支撐滑道滑板的作用。在進行滑動的過程中，在液壓起重器的調控下，管節可以進行橫向移動（圖1）。

圖1 導向系統平面布置

以導向裝置所表現的壓力值為參考標準，分析其變化范圍可得知管節是否存在偏移現象，而后以測量結果為基準做以適度調整。若壓力大于預設范圍，此時依托于檢測所得的糾偏值，可以通過導向千斤頂將水平力作用于管節上，此時管節將會發生微小的轉動，確保沉管姿態的準確性。減小導向裝置壓力值，使其處于預設范圍內，此時便完成了管節軸線糾偏。

2 管節頂推

2.1 管節頂推施工

工程中采用了分散連續頂推的方式，顯著提升了節段頂推施工的效率。單個節段作業過程中，應當在其下部配備適量支撐與頂推千斤頂。從作業流程角度分析，當1#階段的混凝土強度達到預定水平后，便可以進行頂推操作，當行程達到22.5 m后便可停止，此時意味著節段已經處于淺塢中。參照上述方法，可以完成后續各節段的頂推，而后可以展開后續的舾裝作業[4]。

2.1.1 頂推前進

在頂推千斤頂的作用下，節段會表現出前移的狀態，基于滑移鋼軌反向槽距離為75 cm的特性，以此可知在完成一次75 cm行程頂推后，前端千斤頂后部將位于下一個反力槽中，整個環節共需要進行30次頂推，總行程為22.5 m。2#節段進行預制，當滿足頂推條件后，便可進行受力轉換。在頂推系統的作用下，1#、2#節段將共同頂推，當行程達到22.5 m后，需要將2#節段移出澆筑坑。

伴隨著8#節段的澆筑完成，此時需要對所有節段展開頂推作業，當行程達到130 m左右時整體便被移動至淺塢區，而后便于舾裝、出塢等工序的展開。

2.1.2 管節駐停

在對某一新節段進行澆筑的過程中，前面的所有節段均處于駐停狀態，待該階段完成澆筑后便一同向前頂推。于駐停階段而言，應穩定支撐千斤頂的壓力，通常以80%左右為宜。

2.1.3 淺塢區受力體系轉換

在完成所有管節的淺塢頂推作業后，基于保護支撐系統不受海水侵蝕的目的，需要圍繞各個管節進行轉換處理，在完成轉換后支撐與頂推系統將被卸壓。

3 施工過程中存在的主要問題及解決問題方法探討

3.1 滑移軌道對滑板使用壽命的影響

應對滑移軌道與混凝土梁之間的區域進行填充處理，其材料以高強環氧灰漿為佳。伴隨著灌漿密實程度的不斷變化，其對應的滑移沉降也不盡相同，此外調節器的作用有限，因此在本工程中滑移梁接頭位置可能形成17 mm的沉降，在單側滑移的影響下接頭處容易出現錯臺現象，并顯著提升PTFE（Poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯）滑板的受損程度。如果稍有不慎，支撐千斤頂的不銹鋼板將會被整個鏟起，影響頂推的質量。此外，PTFE滑板是一種稀缺的材料，造價高昂，對工程成本的控制將造成不利影響[5]。

在大型沉管頂推作業時，應當確保滑移梁具有一定的制造與安裝精度。在對滑移梁不銹鋼板進行焊接時，應確保鋼梁表面具有高度的平整性，并需要時常進行清潔處理。在完成焊接作業后，應對焊處進行拋光。若粗糙度較大，在經過千斤頂的多次碾壓后，不銹鋼極容易出現大量凸點，摩阻因數將超出合理范圍。

同時還應注意，本工程在進行滑移梁設計時并沒有采用搭接式的接頭方案，因此在很大程度上提升了滑移梁沉降控制的難度。在類似工程的施工作業中，應以搭接式或坡口式為佳，此時若出現錯臺現象時可以降低控制難度，并顯著延長PTFE滑板的耐用壽命。如果滑移軌道彼此間的高度差過大，將會顯著降低頂推力的穩定程度，進而給頂推同步作業帶來負面影響。

3.2 滑板的清潔對頂推摩阻的影響

滑移梁的不銹鋼板在與PTFE滑板接觸過程中會出現摩擦現象，在本工程中將其對應的摩阻系數限定在7%范圍內。如果摩阻因數值過大，此時將影響頂推設備的作業性能，削弱其頂推力。因此需要將摩擦因數降低至合理水平，具體可采取的方式有更換摩擦副以及對現有摩擦副進行潤滑處理。在本工程中，所使用的摩擦副材料為不銹鋼板以及PTFE材料，在進行科學的清潔與潤滑處理后，通過模擬實驗可知二者間的摩阻因數普遍在4%范圍內，最低值達到了3%，因此符合頂推力要求。由此可知，無論是滑移梁的拋光還是PTFE滑板的防污，二者均是降低摩阻因數的有效手段，在本工程中可以使用帆布遮蓋滑移梁的方法可以確保滑移梁的整潔性，同時在頂推作業前應當對滑移梁進行拋光處理，而后還需加以清潔并均勻涂抹適量潤滑油。在完成上述操作后，摩阻因數可達到5.5%水平。

4 結束語

工程中由于混凝土預制構件規模較大，出運時通常會出現構架變形以及開裂等現象，基于頂推系統顯著的效率，能夠在很大程度上避免上述現象，達到流水線生產的效果，提升沉管頂推作業水平，為大型工程的開展帶來更多可能。