沉管管节端钢壳制造及安装工艺

向剑，刘经国，苏怀平

（中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121）

近年来，随着沉管隧道技术的发展，预制沉管尺寸根据功能需求趋于更大型方向发展，管节接头防水预埋件——端钢壳则趋于超重、超大、精度要求更高的方向发展。在管节预制中，端钢壳安装精度要求很高，施工中，受焊接变形以及安装后受混凝土浇筑过程中侧压力影响，整体精度控制难度较大。

1 工程概况

港珠澳大桥海底沉管隧道总长度为5 664 m，由33个管节组成，单个标准管节长180 m，宽3 795 cm，高1 140 cm。

港珠澳大桥沉管采用在工厂预制工艺，即先在隧道以外的预制厂预制沉管管节，管节两端密封，拖运至隧道位置，然后沉放管节。沉放完毕后，进行管节水下连接，然后覆盖回填[1]。港珠澳大桥管节接头采用柔性设计，由压缩后的橡胶止水带（GINA）止水及适应接头变形。

2 设计

2.1 功能

1）作为GINA橡胶止水带和OMEGA止水带安装的基础面。

2）由端钢壳面板与管节纵轴线间角度的变化来拟合隧道纵坡的变化。

3）在管节沉放水力压接过程中，将由自由端整个断面上承受的强大水压力通过端钢壳传递到相邻管节上[2]。

2.2 形式

早期国外的一些沉管隧道中，端钢壳是做成U型构件整体预埋。这种形式的端钢壳刚度较大，安装时粗调和混凝土浇筑过程中精调较难，端钢壳成型质量难以保障。

近期，在国内外类似沉管预制端钢壳施工中，通常采用二次施工法，即先安装端面预埋件基座钢板（大多采用H型钢），在混凝土浇筑完成后，再焊接预埋件面板，然后在面板和基座之间灌浆填充，分阶段调整控制达到安装精度要求，如图1所示。由于GINA的接触面钢板是在管节成型后再安装的，这种形式的端钢壳精度控制较好，但钢板间的焊接产生的较大热量可能损伤已成型的混凝土，造成质量缺陷，且额外增加了二次安装钢板和注浆的时间。

图1 常用端钢壳形式Fig.1 The common bulkhead form

港珠澳大桥沉管隧道采用工厂法施工，在流水线上标准化预制，管节预制完成后顶推至浅坞区进行一次舾装作业，一次舾装完成后再横移至深坞区。在港珠澳大桥沉管隧道设计中，综合考虑端钢壳调位、作业时间及端钢壳成型质量，将端钢壳设计成L型，如图2所示，这种端钢壳刚度较小，在混凝土浇筑期间通过专用调位系统精调后一次成型，避免了在舾装区进行二次安装带来的工期压力。

图2 端钢壳构造图Fig.2 Thebulkhead structure

3 安装精度要求

沉管隧道管节接头止水依靠止水带与端钢壳挤压密贴实现，因此对端钢壳安装平面度、平整度等提出更高要求，具体要求见表1。

表1 端钢壳几何及平整度要求Table 1 The geometric and flatnessrequirementsof bulkhead

4 加工及安装

4.1 安装工艺及方法

1） L型端钢壳由2块垂直的钢板焊接而成，较厚钢板之间焊接将产生较大的热量，为了保证加工质量，端钢壳在专业钢结构加工厂加工成长约7 m的小块，主要工序为：配料、切割、坡口加工、半成品焊接、变形控制及矫正[3]。

2）端钢壳安装前，在临时胎具上将小块端钢壳焊接成6大块（图3），尽量缩短现场作业时间。焊接时须注意焊缝收缩引起的变形，采取预设反变形量保证焊缝处平整度。

图3 钢端壳焊接分块图Fig.3 Divide the welding areasof bulkhead

3）大块端钢壳安装后，通过测量系统控制端钢壳的成型尺寸及断面平整度，将各大块端钢壳焊接为一个整体。

4） 端钢壳与端模固定，在测量仪器的配合下，利用端模上的调节螺杆及固定、限位螺栓进行断面平整度精确调整，调整到位后方可浇筑混凝土。

5） 混凝土浇筑过程中，监控端钢壳位移变化，及时利用调节螺杆及固定、限位螺栓调整因混凝土挤压引起的钢端壳位置变化。

4.2 精调方法

端钢壳的精调主要通过固定限位设施——端模上设置的精调构件来实现，具体操作原理如下：

1）端钢壳通过固定螺栓与端模固定后通过支撑螺杆上蝶形螺母可进行平面和倾斜度调整，见图4。主要进行整个平面度较大范围粗调、精调。

图4 端钢壳精调构件示意图Fig.4 Sketch of theaccurateadjustment components of bulkhead

2）通过限位螺栓的顶撑与固定螺栓的拉紧可实现端钢壳微量调整，同时也可弥补由于端模变形导致的端模与端钢壳无法密贴所造成的变形空隙，主要进行局部精调以及密贴限位。

3）端钢壳安装调整到位后，在混凝土浇筑过程中，利用全站仪全程监控端钢壳位置变化情况，通过支撑螺杆以及固定螺栓与限位螺栓的配合，可实现对端钢壳平面度位置的有效控制。

4.3 测量

端钢壳在安装前，需测定已安装管节对接端端钢壳的实际位置和实际倾斜度，计算待安装管节对接端端钢壳的空间姿态（主要是倾斜度），在此基础上才能进行端钢壳安装测量。

端钢壳在安装调整过程中，采用高精度全站仪结合平整度、横向倾斜度、竖向倾斜度和特征点理论坐标进行安装测量的精密定位。

在混凝土浇筑过程中需要跟踪测量、动态调整，以不大于每浇筑50 cm高度时间间隔监测调校1次，对混凝土浇筑引起的变形及时调整，以确保端钢壳安装精度。

在管节预应力张拉完成后，测定空间姿态，并进行三维模拟，评定其安装精度，确定后续端钢壳安装参数[4]。

5 结语

港珠澳大桥沉管隧道端钢壳安装施工重点在于安装精度控制，精度调整利用端模的固定限位构件来实现，使其在施工阶段（尤其混凝土浇筑阶段）具备调节变形的能力，满足一次成型的高精度要求，可为类似工程提供借鉴、参考。

[1] 陆明.沉管隧道管段接头等部位的防水防腐设计[J].中国建筑防水，2002（4）：27-29.LU Ming.Waterproofing for pile connections of sunk pipe tunnel and some relevant waterproofing and anti-corrosion design[J].China Building Waterproofing，2002（4）：27-29.

[2]蔡岳峰.上海外环沉管隧道设计（十）——外环隧道端钢壳设计[J].地下工程与隧道，2005（4）：17-20.CAI Yue-feng.Design of Shanghai outer ring immersed tuunel（10）：Design of steel shell at element end[J].Underground Engineeringand Tunnels，2005（4）：17-20.

[3] 张薇，郭井龙.浅谈沉管隧道施工中钢端壳的制作安装[J].河南科技，2010（8）：37-38.ZHANG Wei，GUO Jing-long.Manufacture and installation of bulkhead in immersed tunnel construction[J].Henan Science&Technology，2010（8）：37-38.

[4] 何元甲，刘旭麟.港珠澳大桥沉管预制端钢壳安装测量技术[J].科技致富向导，2013（20）：254-255.HE Yuan-jia，LIU Xu-lin.Installation and measuring techniques for the bulkhead of prefabricated immersed tunnel of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].Guide of Sci-tech Magazine，2013（20）：254-255.