干塢工程塢口區止水施工關鍵技術

劉忠鵬 ，張赫然 ，蒲紅家

（1.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083；2.中交天津港灣工程設計院有限公司，天津 300461；3.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461；4.天津市水下隧道建設與運維技術企業重點實驗室，天津 300461）

1 工程概述

大連灣海底隧道建設工程干塢子項工程位于大連市甘井子區，其中干塢預制場用于主線18 節沉管預制，其余為干塢附屬配套區。干塢塢口區東西方向總長205.91 m，占地面積約為4 200 m2，頂標高+3.5 m，由2 個浮塢門沉箱、4 個塢門墩沉箱、3 個擋水壩沉箱、1 個東塢壁沉箱、4 個鋼閘門形成塢口止水體系[1]。塢口止水結構形成后，現場進行了圍堰灌水試驗，滲流量完全滿足設計要求，止水效果良好，目前已正式投入使用。

2 塢口設計方案

每個塢室南側設置1 個塢口，塢口結構由浮塢門、塢門墩、攔水壩和底板組成。塢口頂高程為+3.5 m，浮塢門下設底板，兩側為塢門墩，塢門墩兩側為攔水壩。浮塢門與塢門墩之間設置1 m縫隙，安裝鋼閘門[2-4]。

浮塢門采用重力式大沉箱結構，沉箱內填2 m中粗砂，其余部分為海水。塢門墩沉箱內回填開山石渣，塢門墩下方為混凝土基礎，與底板連成整體。塢門墩內設置干塢灌水管道。

塢口之間、塢口與東、西護岸間均采用攔水壩沉箱連接，沉箱內填開山石渣，塢口區立面圖如圖1 所示。塢口沉箱的下方設置鋼筋混凝土底板，底板下方外側設置1 組帷幕灌漿（3 排），孔間距為2.0 m，排距為0.75 m，帷幕灌漿孔位布置圖如圖2 所示。攔水壩沉箱與浮塢門沉箱中間設置企扣預埋止水帶（Z9-30），企口之間澆筑混凝土。浮塢門底板透空位置下方500 mm 厚素混凝土墊層處設置泄壓孔，泄壓孔直徑為100 mm，間距500 mm。

圖1 塢口區立面布置圖Fig.1 Elevation layout of dock entrance area

圖2 帷幕灌漿孔位布置圖（mm）Fig.2 Layout of curtain grouting hole(mm)

3 施工工藝方法

3.1 塢口基礎止水

塢口區位于大連灣海域，地貌屬海漫灘。為保證止水效果，設計要求基槽需開挖至中風化白云巖。在實際開挖過程中發現，該區域溶溝溶槽較為發育，局部超深處超過5 m。為了保證上部結構穩定和整體止水質量，對低于主體基礎底標高的溶溝溶槽采用C20 素混凝土填充后，再進行帷幕灌漿施工，以確保塢口結構底部止水效果。

1）塢口基礎施工前清理場地障礙物，平整場地。采用挖掘機開挖基槽，基底溶溝溶槽人工清理，開挖至設計要求地層，驗收合格后進入下道工序。

2）采用C20 素混凝土分層振搗填充至主體結構底部，待混凝土強度到達設計要求后，進行下道工序施工。

3）塢口基礎止水結構采用3 排帷幕灌漿（見圖2），首灌排每10 個孔取1 個孔做為先導孔進行壓水試驗，施工帷幕鉆孔深度至滲透系數不大于3×10-5cm/s 的土層為灌漿深度[5]；總體采用自下至上分級多次加壓灌注，破碎帶采用自上至下方式灌注；其余孔深度以先導孔深度為參考進行鉆孔和灌漿，灌漿結束封孔時，嚴格控制灌漿壓力和漿液的注入率，每次封孔后做好對孔口的保護，直至封孔結束；達到14 d 齡期后，對帷幕灌漿效果進行驗證，按帷幕灌漿孔總數的10%進行抽查，結果顯示，檢查孔滲透系數均小于3×10-5cm/s，滿足設計要求。

3.2 浮塢門沉箱止水

東、西塢塢口區各設置浮塢門沉箱1 座。浮塢門沉箱通過比選采用原位現澆工藝，即澆筑成型后直接形成止水體系（底部Ω 止水帶成壓縮狀態），浮塢門沉箱底部止水布置如圖3 所示。

圖3 浮塢門沉箱底部止水布置圖Fig.3 Water stop arrangement at the bottom of caisson of floating dock gate

具體工藝：在進行現澆底部基礎施工時使兩條止水帶保持原狀并預留頂升廊道，一層沉箱澆筑成型后整體頂升（沉箱底部頂升如圖4 所示）、人工清理砂墊層及底模、沉箱回落，使沉箱底部與止水帶、橡膠支座充分緊密接觸，止水帶至設計壓縮量，達到止水要求；然后再澆筑第二、三層沉箱，整體成型[6]。

圖4 沉箱底部頂升Fig.4 Jacking at the bottom of caisson

1）底板止水體系施工：底板鋼筋綁扎時，埋設橡膠支座及止水帶預埋件并精確定位，底板混凝土澆筑養護完成后，分別安裝上下兩層的加勁鋼板及中間的橡膠塊，橡膠塊與加勁鋼板之間采用耐海水粘結劑連接。采用吊車將Ω 止水帶移至安裝位置，人工采用螺栓連接固定。螺栓全部采用天然牛油防腐，并用靠尺和塞尺檢查止水帶安裝質量，全部合格。

2）上部止水體系施工：沉箱一、二、三層綁扎鋼筋時，埋設鋼閘門止水鋼板；支立模板并澆筑混凝土。沉箱支頂完成后，人工進行沉箱底部清砂、拆除模板、牛皮紙及其他雜物等作業，并逐條對Ω 止水帶表面質量進行檢查（清砂完成后的沉箱底部Ω 止水帶及橡膠支座如圖5 所示）；沉箱回落后，壓縮至Ω 止水帶3 cm；經過程中的各項檢查，Ω 止水帶工作性能良好，壓縮量、沉箱預埋止水鋼板面板平整度等各項檢測項目均完全滿足設計要求。

圖5 清砂完成后的沉箱底部Ω 止水帶及橡膠支座Fig.5 Ω water stop belt and rubber support at the bottom of the caisson after sand cleaning

3.3 其他常規沉箱止水

塢口區其他各類常規沉箱共8 座。其中西塢口區包括塢門墩沉箱2 個、擋水壩沉箱2 個；東塢口區包括塢門墩沉箱2 個、擋水壩沉箱1 個，塢壁沉箱1 個。常規沉箱間止水依托止水帶和企口素混凝土形成止水體系；沉箱止水帶在鋼筋綁扎后安裝，在模板安裝時，用夾子拉住模板外的止水帶與模板緊貼；沉箱混凝土澆筑過程中，采用土工布對高出沉箱部分的止水帶進行包裹保護；沉箱企口塑性混凝土澆筑時，止水帶與塑性混凝土結合嚴密，確保無卷曲、錯位及不平整現象。

3.4 鋼閘門止水

塢口結構設置4 座鋼閘門，主要功能為浮塢門與攔水壩沉箱間縫隙止水。針對單個鋼閘門體量較大、結構形式復雜等特點，為充分保證止水效果，鋼閘門制作過程中，重點控制止水面面板的垂直度及焊接質量；鋼閘門安裝過程中，主要控制鋼閘門預緊壓縮量、鋼閘門與沉箱止水鋼板間緊固程度。

1）為確保鋼閘門在不同工況下的止水效果，首先加工1 座鋼閘門并進行水密試驗驗證。

2）鋼閘門在加工場加工，逐個構件下料，采用胎架整體組裝焊接；加工過程中嚴格控制下料尺寸及焊接精度，對所有焊縫進行探傷，以保證焊接質量。

3）對鋼閘門整體在涂裝前進行聯合驗收，驗證整體尺寸及平整度滿足設計要求。噴砂除銹，涂裝防腐油漆。

4）對止水帶、承壓墊按200 mm 間距打孔，焊接螺栓并確保螺栓垂直度。

5）安裝止水帶、承壓墊，并采用螺栓固定。采用靠尺及鋼板尺對止水帶平整度進行檢查，均滿足要求。

6）分3 種不同工況進行鋼閘門水密試驗。

工況一：塢內外側均無海水，拆除臨時圍堰過程中，塢外側逐漸注滿海水過程中，觀察鋼閘門是否有漏水滲水現象。

工況二：塢內外側均有海水，排出塢內一側海水過程中，觀察鋼閘門是否有漏水滲水現象。

工況三：塢門沉箱安裝，存在最大偏差錯位3 cm 時，塢內外無（有）海水，單側灌（排）水止水試驗。

在特制的水箱內將鋼閘門安裝并預緊后，在一側進行灌水，進行試驗觀測，并對止水帶密封情況進行檢查，結果顯示能夠達到止水效果，本次試驗為后續3 座鋼閘門加工機安裝提供了可靠依據。

7）在塢口浮塢門沉箱安裝就位后，對鋼閘門止水帶平整度以及外觀進行安裝前的全面檢查，同時對攔水壩、浮塢門沉箱止水鋼板尺寸進行復測，均滿足設計要求?，F場采用25 t 汽車吊，將鋼閘門吊運至安裝位置；精調到位后，預緊鋼絲繩，當緊張器預緊力達到100 kN 后，緊固螺栓，將鋼閘門緊貼在止水鋼板面上。塢口鋼閘門安裝如圖6 所示。

圖6 塢口鋼閘門安裝Fig.6 Installation of steel gate at dock entrance

8）現場各項工作完成后，按2～3 m/d 速度進行圍堰灌水試驗，塢口灌水試驗如圖7 所示，安排專職人員巡查塢內止水情況，經驗證，塢口區止水效果良好。

圖7 塢口灌水試驗Fig.7 Irrigation test at dock entrance

4 施工關鍵技術及效果

本項目作為PPP 項目，充分利用了“設計與施工聯動，施工優化設計”的優勢進行設計及施工工藝調整，在確保止水效果的基礎上，實現了效益最大化。

1）秉承裝配式理念，采用鋼閘門+大沉箱塢門組合止水體系。通過1∶1 鋼閘門原型試驗，模擬止水體系止水效果，為設計提供了可靠依據；止水體系中，止水鋼閘門、大沉箱、密集彈性點支座、Ω 形止水帶等聯合應用，有效形成裝配式止水體系，便于塢門拆裝；塢門沉箱尺寸為41.15 m×22.55 m×16.5 m，共32 個大倉格，整體性好；塢門底板為減壓格柵式結構[7-9]，有效降低滲透壓；底板限位裝置，精準控制沉箱位置；塢門抽水自浮、絞移變位，使用方便。

2）浮塢門沉箱作為干塢塢室的口門結構，在綜合考慮現場施工環境、施工工期、施工難度、成本等多方面因素后，通過比選最終采用塢口原位現澆施工工藝，大大縮短了工期，降低了施工成本，進而確保沉管預制按期進行。

3）原設計待首次沉箱起浮后，水下清理砂墊層及底模，施工困難，且施工期無法保證止水帶受力均勻，影響止水效果。經優化后，在沉箱底部基礎預留頂升廊道，當完成沉箱一層現澆即進行頂升，采用沉箱頂升設備即可施工，施工操作簡單，安全性好，并可以滿足一次性壓縮止水帶的設計要求。

4）鋼閘門止水體系應用：制作1∶1 模型，在陸上應用3 種工況模擬鋼閘門止水效果，為結構設計和施工進行工藝驗證。通過調整預緊點的位置和預緊力來控制Ω 止水帶壓縮量，并確定了分階段安裝及預緊的施工方法，為保證鋼閘門止水效果奠定了堅實基礎。

5）在塢壁咬合樁與臨時圍堰鋼板樁銜接處、與塢口沉箱銜接處的止水結構采用旋噴樁+壓密注漿的形式，對接縫進行有效止水封堵。

5 結語

1）干塢正式投入使用后，干塢整體滲流量為3 600 m3/d，小于設計的4 000 m3/d 最大滲流量要求，止水效果良好。

2）目前東、西塢已預制、出運兩批12 節沉管，干塢塢口區止水結構運行良好，該技術在海底隧道工程中得到了充分的驗證并成功應用，保證了工程的順利實施，經濟和社會效益顯著，具有推廣價值。