工厂法预制沉管钢筋笼施工技术与优化

李凯凯，冯伟

（中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121）

1 工程概述

港珠澳大桥岛隧工程海底沉管隧道由33个管节组成，其中直线段管节28个，曲线段管节5个，曲率半径5 000 m。沉管采用两孔一管廊截面形式，宽3 795 cm，高1 140 cm，底板、侧墙及顶板厚150 cm，中隔墙厚80 cm，见图1。标准管节长180 m，分成8个标准节段，每个节段长22.5 m，单节段钢筋重量约1 100 t，钢筋级别为HRB400。

2 工程特点

港珠澳大桥沉管隧道是国内首个采用工厂法进行沉管预制的工程，也是迄今为止世界上最大规模的海上沉管隧道[2]，较之其他工程，其钢筋笼施工具有以下显著特点。

图1 沉管管节Fig.1 Immersed tube tunnel

1）所采用的钢筋强度等级高，所有钢筋均采用HRB400，主筋最大直径为40，箍筋最大直径为25，对钢筋加工及绑扎要求高。

2）单个节段钢筋笼总重量大，为了确保整体质量，只能将整体拆分，进行分区域流水绑扎，对钢筋绑扎技术要求高。

3）沉管断面尺寸大，且不单独设置钢筋绑扎胎架（滑移台车充当钢筋笼支撑），钢筋定位和绑扎难度大。

4）体积庞大，钢筋笼整体高度高，采用顶推移动分区流水绑扎工艺，确保钢筋笼在移动过程中的位置及不变形等难度大，如钢筋笼变形将导致整条流水线停工，将对整个港珠澳大桥项目造成较大影响。

5）钢筋笼顶推及体系转换的程序多，工艺较复杂。

3 钢筋施工

3.1 钢筋加工

由于本工程的预制场地限制，材料运输不便，为了降低成本且避免影响工期，本工程钢筋采用现场全自动化分区加工[2]，运输加工一体化，不仅满足钢筋需求量和减少资源消耗，且保证了工程的连续性。

3.1.1 钢筋剪切

钢筋下料主要采用一套自动化锯（剪）切生产线，满足预制场加工量和套丝对端头的要求，其中，为提高锯切线的效率，采用双层供料系统，锯切过程与原材料码放同时进行。锯切线钢筋定位装置采用固定挡板，每500 mm一格，主机在纵向可移动500mm，严格控制钢筋下料的长度，精度可达到±1mm。

3.1.2 钢筋套丝

采用滚扎直螺纹套筒机械连接方式，根据配料通知单，取用相应的钢筋，核对下料钢筋的品种、规格及套丝长度，调整套丝机定位装置，进行套丝操作。丝头加工完毕经检验合格后，立即带上丝头保护帽或拧上连接套筒，防止移运钢筋时损坏丝头。

3.1.3 钢筋弯曲

从直径上总共分为两类钢筋的弯曲：φ32mm以上及以下的钢筋；从工序上分为两类钢筋的弯曲：锯（剪）切料直接弯曲和需要套丝后的弯曲；对于直径φ32 mm以上的钢筋，采用B-52S平弯式自动弯曲机，可最大弯制φ50的钢筋，通过对弯曲中心进行调整，弯制沉管特殊弯曲半径的钢筋；而对于直径φ32 mm以下（含φ32 mm）的钢筋，包括主筋和箍筋，采用B-33平弯式自动弯曲机和TBS-25-NC4立式弯曲机进行加工。

3.2 钢筋安装

与一般的工程整体安装不同，本工程将钢筋笼“拆分”，通过台车移动完成底板、中侧墙、顶板钢筋绑扎流水作业，从根本上解决大型钢筋笼绑扎难的问题[3]。

3.2.1 底板钢筋定位及绑扎

底板钢筋的摆放和绑扎顺序：底板箍筋下半肢→底板横向钢筋→纵向钢筋（中部分层绑扎）→安装劲性骨架→分层摆放顶层横向钢筋→纵向钢筋→顶层横向钢筋→箍筋上半肢和拉钩筋。底板钢筋垫块的布置密度按侧墙底板（横向4 m宽）和中隔墙底板（横向4 m宽）4个/m2，其余部分按2个/m2布置。

1）底板下方钢筋依靠在钢筋笼滑移台车上设置的定位钢板进行定位，滑移钢板两侧安装2块锯齿形钢板，锯齿凹槽按主筋间距布置，主筋直接放入凹槽定位。台车在钢筋绑扎过程中固定，不得产生位移。

2）底板侧墙外侧横向主筋定位利用限位装置上安装的定位钢板进行定位。

3）底板纵向主筋定位采用型钢开槽定位，槽钢安放在滑移台车上。

3.2.2 中侧墙钢筋安装及定位

侧（中隔）墙钢筋绑扎前，先安装钢筋绑扎支架，利用内外钢筋绑扎支架进行钢筋定位。

钢筋绑扎时，先绑扎封闭箍区域，箍筋和纵向主筋交替绑扎，形成整体。再依次按从下到上的顺序进行竖向钢筋和纵向钢筋的绑扎，最后依次绑扎箍筋另半肢和拉钩筋。在侧墙、中墙箍筋绑扎时，需预先按2.5 m的间距预留混凝土溜筒的安放位置，并根据施工实际需要预留混凝土工振捣通道，在混凝土浇筑过程中进行复位绑扎。

3.2.3 顶板钢筋安装及定位

顶板钢筋绑扎定位采用在绑扎托架上焊接定位型钢对横、纵向主筋进行定位。

顶板钢筋绑扎步骤：外墙倒角→顶板箍筋→横向钢筋→纵向钢筋→劲性骨架安装→底层横向钢筋分层铺设→劲性骨架安装→顶层横向钢筋分层铺设→顶层纵向钢筋→顶层横向钢筋→箍筋。

顶板钢筋绑扎前，先安装顶板绑扎支架。顶板底层钢筋主要依靠钢筋绑扎支架进行定位，顶板顶层钢筋主要依靠劲性骨架进行定位。顶板绑扎支架如图2所示。

图2 顶板钢筋绑扎支架Fig.2 Roof reinforcementbracket

在顶板钢筋绑扎时，需预先考虑侧墙、底板混凝土浇筑的下料孔及人孔。预留位置每道墙考虑1排，间距按2.5 m布置，同时与侧墙预留孔在同一条通道，孔洞尺寸40 cm×40 cm。顶板钢筋采用锥形垫块支撑，密度按2个/m2布置。

3.3 钢筋连接点

因管节断面尺寸较大，钢筋定尺长度有限，故必须对钢筋各个连接点（接头）进行合理设计，以满足设计受力和安装工艺要求。

3.3.1 钢筋连接点设置原则

根据钢筋绑扎总体工艺要求，钢筋分为底板、侧墙及顶板3个绑扎区，钢筋连接必须在底板和侧（隔）墙，侧（隔）墙和顶板之间设置分段连接点。连接点设置的基本原则为：

1）尽量减少钢筋接头，减少丝头加工量和套筒数量。

2）考虑施工的可操作性和便利性，合理断开界面。

3）科学合理考虑钢筋配料，减少钢筋损耗。

3.3.2 钢筋连接点设置

为提高钢筋使用效率，加快施工进度，提前进行各部分钢筋的配料设计。侧墙外倒角连接点设置以距离底板2.5 m高度为基准，中隔墙以倒角处为基准，同时考虑搭接头的错开，其中侧墙外倒角中加强钢筋较短，不考虑截断。中隔墙处竖向主筋在侧墙绑扎区域绑扎，纵向钢筋分为两段，连接点设在节段中部附近。所有箍筋不考虑接头。

4 钢筋笼变形控制

钢筋笼变形控制是最大难题，由于钢筋笼体积庞大，整体高度高，且采用顶推移动分区流水绑扎工艺，钢筋笼顶推距离长达200m，在绑扎、顶推移动和钢筋笼体系转换过程中，钢筋笼整体形态极易变形。由于钢筋笼自身条件所限，一般控制变形的方案无法满足本工程的需求。为了确保钢筋笼在绑扎、顶推移动和体系转换过程中整体变形不会太大，施工技术中除了针对胎架进行专门设计外，还针对钢筋笼自身选择加强方案。通过方案比选，采用劲性骨架。劲性骨架起着钢筋笼成型和控制大跨度钢筋变形的双重作用，横向骨架设置在上下两层主筋之间，与钢筋笼连接起来，共同承担钢筋的重量，减少横向挠度，同时形成一个封闭整体，提高钢筋笼的稳定性。对于内层加强钢筋层，采用纵向型钢隔开，既可以与横向骨架连接增加稳定性，也可严格控制主筋层距。

4.1 顶推变形控制

采用计算机控制同步液压顶推系统完成钢筋笼顶推，钢筋笼下方设置了14条钢筋绑扎台车（由导轨和滑轨组成）和4条顶推轨道，钢筋笼在台车上绑扎成型后，安装顶推装置，进行钢筋笼顶推施工，如图3所示。

图3 钢筋笼顶推Fig.3 Steel cage pusher

钢筋笼顶推过程中变形控制难度大，为了保证钢筋笼质量，在顶推过程中主要采取以下措施。

1）钢筋笼顶推过程中4个顶推千斤顶必须同步启动和停止，平衡顶推钢筋笼，且测量全过程监控，确保钢筋笼按照轴线前行，保证同步。

2）保证钢筋笼顶推轨道对接处平滑过渡，活动滑轨安装过程中控制中心线偏差小于5mm。

3）钢筋笼顶推时14条滑轨均匀涂抹润滑油，减小滑轨与绑扎台车滑块件的摩阻力，从而减小钢筋笼震动。

4.2 体系转换变形控制

体系转换过程中，钢筋笼顶板绑扎胎架拆除后，顶板钢筋笼处于悬空状态，钢筋笼受自重会出现下挠现象，造成钢筋笼整体结构出现变形。劲性骨架的安装和顶板钢筋笼增设吊点提升顶板钢筋笼很好地解决了钢筋笼体系转换过程中的变形难题。

体系转换主要工序是：钢筋笼顶推移至浇筑台座后，采用16个吊点悬挂钢筋笼顶板钢筋，拆出顶板绑扎胎架进入内模，充气胶囊充气顶升钢筋笼，滑出钢筋绑扎台车，然后胶囊泄气下放钢筋笼直到钢筋笼全部由底模上垫块承受，完成钢筋笼的体系转换。钢筋笼体系转换如图4所示。

图4 钢筋笼体系转换Fig.4 System conversion of steel cage

针对钢筋吊点和钢筋笼的特点，设计多点悬吊分散钢筋笼自重的系统，主要由桥吊、吊杆、液压千斤顶及花篮螺栓组成，钢筋笼顶推入模后悬挂钢筋笼顶板，通过该系统从根本上对钢筋笼变形进行控制，主要措施为：

1）保证顶升过程中钢筋笼受力平衡，将所有充气胶囊并联在一起，控制空气机压力到指定压力，充气胶囊需满足最大承受0.8 MPa的压力。

2）16个吊点均匀分布在钢筋笼顶板上，体系转换中16个吊点同时工作，并且液压千斤顶压力都必须达到10.0 MPa。

3）顶板吊点必须在内模全部进入并且打开后才能拆除。

5 结语

目前，港珠澳大桥岛隧工程沉管预制项目已完成160个节段的钢筋笼绑扎、顶推和体系转换施工。通过工厂法预制，不断优化施工技术，使钢筋笼形态得到了有效的控制，保证了钢筋施工质量，为港珠澳大桥沉管预制打下了坚实的基础。

[1] 肖晓春.大型沉管隧道管节工厂化预制关键技术[J].隧道建设，2011，31（6）：701-705.XIAOXiao-chun.Key technology formanufactory prefabrication of tube elements of large-scale immersed tunnels[J].Tunnel Construction,2011,31(6):701-705.

[2]杨绍斌，张洪.自动化钢筋加工生产线在港珠澳大桥沉管预制中的运用[J].中国港湾建设，2013（3）：66-70.YANGShao-bin,ZHANGHong.Automated reinforcementproduction line used in prefabrication of immersed tube sections for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].China Harbour Engineering,2013(3):66-70.

[3]杜治良.钢筋施工中常见的质量问题及处理措施[J].科技创新导报，2008（10）：80.DU Zhi-liang.Common quality problems and treatmentmeasures in reinforcement construction[J].Science and Technology Innovation Herald,2008(10):80.