大型內河沉管節段全斷面預制施工技術

劉軒源，許兆勇

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510230）

引 言

沉管隧道管節預制質量和裂縫控制是沉管隧道施工重要環節，也是保證隧道穩定運行的決定性因素。根據調查，目前沉管隧道管段澆筑方法主要有分段分層和全斷面澆筑兩種，一般內河沉管隧道采用分段分層澆筑方式，已經建成的廣州黃沙隧道、廣州侖頭～生物島～大學城隧道、廣州洲頭咀隧道及南昌紅谷灘隧道均采用該施工工藝。而外海長大沉管隧道常采用工廠化全斷面澆筑方式，在建的港珠澳大橋、待建的大連灣海底隧道即采用全斷面澆筑工藝。

隧道沉管段一般采用分段分層澆筑的方式進行預制，每小節段長度不超過20 m，對單獨每一小節，豎向分兩到三次進行澆筑，以分兩次居多。兩次澆筑方式：第一次為底板大約2.5～3 m高側墻和中隔墻；第二次為剩余側墻、中隔墻和頂板。分次澆筑的沉管節段，一方面產生溫度應力，另一方面上下層混凝土收縮不同步，產生的溫度應力和收縮約束應力帶來開裂風險。

沉管管節預制是隧道施工中的關鍵環節，傳統縱向分段豎向分層預制工藝容易產生裂縫，因此采用全截面預制工藝對建設工程質量整體水平全面提升，尤其是對江中沉管段預制質量的提升有其必要性。

推動內河沉管隧道整體式管節預制技術發展創新的起點，能提高控裂性能，有效減少 60 %的裂縫，提升整體式管節預制品質；而且能節省施工工序，加快施工進度，如某項目縱向分段調整為6段整體預制后，可節約工期約90天；同時裂縫的減少，能降低運營期維護費用，減少維護對運營期交通影響的需要，預估在整個運營期能減少 50 %的維修更換費用，每條沉管能節約500～1 000萬元維護費用。

1 工程概況

車陂路沉管段隧道總長492 m，雙向六車道，共計4個長管節和1個短管節，縱向分4段在南岸獨立干塢內分二次預制，管段按預制及浮運長度，管段組為：123+（117+3.5）+123+123 m。由南向北管段編號為E1、E2-1+E2-2（短管節）、E3、E4。沉管結構采用單箱三室型結構，橫向總寬度為30.4 m，總高為8.7 m，頂板厚度1.2 m，底板厚度1.2 m，側墻厚度1.1 m，中隔墻厚度0.6 m，沉管斷面如圖1所示。

圖1 沉管段橫斷面

2 施工場地的布置

根據本工程管節數量、工期要求及干塢規模進行施工現場平面布置，塢內兩節管段同時預制，每條生產線上施工防水底鋼板作為底胎模，直接在底胎膜上進行鋼筋綁扎、混凝土澆筑等施工作業。

干塢基坑邊坡頂部設置 2臺重型塔式吊機TC7030B（起重能有效起重跨度半徑約70 m），塢內每條生產線布置1臺25+5 t龍門吊，共計2臺，用于模板裝拆、鋼筋運輸及鋼結構安裝等作業。鋼筋半成品等施工材料通過平板車經干塢周邊施工便道運輸至塢內，采用叉車進行塢內小型物件轉運及沉管管內材料運輸。如出現局部位置塔吊、門吊無法覆蓋，使用汽車吊進行配合。

預制生產線配套設置鋼筋加工區、模板車間、小型鋼結構加工車間等作業區域，并另設區域作為員工的生活和辦公區域。

圖2 干塢預制場效果

3 關鍵施工技術

3.1 全斷面預制管節分段方案

為減小混凝土自收縮及避免結構不均勻沉降引起沉管開裂，管節預制時，設置后澆帶分期澆筑，將E1、E3、E4管段每個施工段長度設為16.29 m，E2-1管段每個施工段長度設為15.43 m；E2-2管段不分段，一次性澆筑完成。兩施工段之間設1.5 m的中間后澆帶，中間后澆帶與管節施工段間隔足夠時間（后澆帶一般在兩側混凝土齡期達到42 d后再施工，后澆帶混凝土養護的時間不得少于28 d）。

3.2 全斷面預制模板體系

沉管預制是整個隧道工程施工的關鍵，為控制性工程，經過多方案比選，選定以下方案：每個管節預制時配備兩套模板，從兩側向中間推進的方式進行預制。單個沉管具體施工順序詳見圖3。

圖3 單個沉管施工順序

1）模板體系

模板配置包括4套內模、2片側模和3片端模（包括2片節段接頭端模及1片配合鋼端殼使用的管節接頭端模）。

模板配置長度為17 m，分別于2條生產線澆筑，滿足所有節段構件的生產，模板主要有下列三個體系組成：外側模板體系、內模臺車模板板體系及端模體系。

內模由內模主桁架、模板排架、模板、液壓頂升系統、液壓橫移系統、縱向（橫向）行走系統組成，全長17.0 m，分成兩段8.5 m段組合而成；模板主桁架中間設置兩道底部支撐，兩端帶液壓支腿及螺栓調節裝置；模板兩側設置液壓裝拆裝置，實現自動裝拆模，絲桿撐加固；內模通過主桁架支撐在前后支腿、中間底部支撐，將荷載傳遞到基礎上。中腔內模截面小，空間較窄，采用內針梁支撐橫向伸縮梁，懸挑內模模板，實現橫向伸縮；內模頂部采用鋼板覆蓋，以便簡易拆裝，底部旋轉，以便模板能夠整體下沉；中腔內模與兩側內模，采用拉桿對拉。根據預制管節長度，側模整體長度按照17 m設計，采用吊機轉運；側模上倒角設計成可翻轉開合，方便設置側墻澆筑，以及模板的清理。模板由面板、內楞與外桁架（橫縱桁架）組成，底部基礎設計反力橫梁約束模板水平力，底部基礎設置預埋套筒螺母，與桁架拉桿連接，提供豎向抗浮反力。端模在混凝土澆筑前運至現場進行組裝，主要依靠支撐桿將端模固定牢固。安裝時由起重設備進行輔助，人工進行安裝調整。安裝總體順序為從下到上，先安裝模板構件，再安裝支撐桿，最后調節、固定，完成端模安裝。

2）鋼筋綁扎

鋼筋籠底板鋼筋綁扎直接在底胎膜上進行，鋼筋綁扎前，測量人員將鋼筋籠特征點放出，經過物理復核后，方可使用。

側墻鋼筋高度達到 6.46 m，進行墻體鋼筋綁扎時需使用鋼筋輔助架。進行墻體鋼筋綁扎前，先將輔助架轉運到位，調整好完成后，方可進行鋼筋綁扎。墻體鋼筋綁扎時，需要使用龍門吊配合進行鋼筋安裝。

頂板鋼筋綁扎待內模安裝到位后，使用內模配合進行，在鋼筋籠綁扎前，先進行綁扎胎架高程調整、固定。通常為保證模板在使用過程中不會受到鋼筋籠的限制，預高1～2 cm為宜。

3）混凝土澆筑

為減小結構混凝土自收縮及避免不均勻沉降引起開裂，管段預制時采取設置后澆帶分期澆筑的方式。管節制作時從一側施工段向另一側展開，依次推進澆筑，相鄰施工段混凝土澆筑后不小于42 d齡期，且沉降穩定后進行后澆帶施工。后澆帶混凝土生產時，須在外加劑中添加復合膨脹劑成分，以有效防止后澆帶混凝土收縮產生裂縫。

混凝土的布料分為底板、側墻和頂板三部分，混凝土布料使用2臺37 m汽車泵進行。側、中墻身內部設置下料串筒，保證混凝土不會因下料高度超過2 m而產生離析。下料串筒材質應考慮重量，以便工人在澆筑過程中可通過1～2人即可調整。為此，可采用PE制作。進行串筒布置時應考慮每個下料串筒的下料時間，每次下料的分層厚度，澆筑功率以及避免出現趕料的情況。同時在鋼筋籠上合理設置下人孔，在墻身內部設置振搗通道以便在澆筑過程中，工人能進入到鋼筋籠內部進行更好的混凝土振搗。下料孔布置詳見圖5。

圖4 沉管混凝土澆筑示意

圖5 下料孔布置示意

3.3 BIM技術的應用

沉管施工預埋件較多，可以通過 BIM 技術進行建模，提前找出預埋件可能存在的碰撞問題，并進行施工模擬，避免交叉作業存在的問題，對相關進行工藝優化，達到減少、避免返工。

圖6 沉管BIM建模施工模擬

同時建好模型后，現場發現的問題可以質量、安全圖釘的方式在 BIM 模型上進行標識，對現場質量安全問題加強管控，將所發現的問題及時發送給負責人，提高整改效率，盡可能消除隱患。

此外項目建立了基于 BIM 的信息管理平臺指揮中心，信息平臺集成了項目的工期、質量安全、工程費用及現場的視頻監控信息，使得管理者能及時掌握現場的各種信息，對施工進展情況能做到集成化及直觀化，簡便了現場管理流程。

圖7 質量安全圖釘功能流程示意

圖8 指揮中心信息管理平臺界面

4 結 語

目前我國大陸已經修建的沉管隧道達到十幾座，已有的內河沉管基本采用分層澆筑的工藝。而在建及準備建造的沉管也將有十幾座，特別是在廣州地區就有如意坊隧道、金光東隧道、琶洲東出口接臨港商務區過江通道（琶魚隧道）、快捷路二期（東沙-石崗）隧道、員村二橫路隧道、馬場路隧道及洛溪島隧道，節段全斷面澆筑的施工工藝在其控制混凝土施工裂縫方面有其較大的優勢，可為提高國內內河沉管整體施工質量，可大大節約全壽命周期的維護及運營成本。