节段式沉管预应力孔道压浆施工技术

唐旭，杨毅

（中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121）

0 引言

目前，许多预应力混凝土结构，由于孔道压浆不饱满导致预应力筋锈蚀，在设计使用年限内不得不进行多次加固，甚至一座桥梁加固的总费用比造桥的费用还高，管道压浆不密实已成为现代预应力结构的质量通病之一[1－3]。

港珠澳大桥沉管隧道处于海洋环境中，为保证设计使用年限120 a，预应力筋不受到腐蚀，就要求预应力压浆必须饱满。港珠澳大桥沉管预应力与桥梁工程中的节段匹配预制箱梁类似，预应力孔道在沉管节段接缝处是断开的，但因无匹配拼装的过程，孔道密封性控制难度更大，给预应力孔道压浆质量控制带来很大挑战。

1 工程概况

港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道长5 664 m，分为33个管节，标准管节长180 m、宽37.95 m、高11.4 m，是迄今为止世界上规模最大、技术难度最高、环境最复杂的海底沉管隧道。预制沉管用工厂法预制工艺，每一标准管节分8个长22.5 m的节段匹配预制而成，小节段间除6个剪力键传递竖向剪力外，由预应力将整个管节连成整体。

为保证沉管寄放、浮运、运营期的结构安全，按其埋置深度不同，沿断面对称布置有36～56束预应力钢束。预应力束在管节预制完成并顶推到浅坞区后进行张拉和孔道压浆施工，预应力孔道压浆采用真空辅助压浆技术[4]。整个管道总长180 m，在节段接缝处断开，用专用波纹管匹配组件进行连接，端头采用锚具密封罩密封，设计真空度要求-0.08 MPa。

2 预应力孔道安装

本工程前两批预制沉管预应力孔道成形采用的是金属波纹管，主要考虑到金属波纹管具有强度高、刚度大、耐高温性能好、耐久性好、连接方便等特点。金属波纹管安装严格按照设计位置放样，并注意与预埋件的位置关系，安装U形波纹管定位钢筋和其他预埋件时需特别注意保护波纹管不受损伤。波纹管接头采用内径与其匹配的波纹管连接、热缩套密封。因沉管预应力孔道压浆采用真空压浆工艺，金属波纹管的密封性相对较差，施工中易损伤，孔道堵塞的风险较大。在充分论证的基础上，前两批管节预制完成后将金属波纹管更改为应用更为广泛的塑料波纹管。

塑料波纹管具有密封性好、无渗水漏浆、环向刚度高、摩擦系数小、耐老化、抗电腐蚀、柔韧性好、不易损坏、连接方式灵活且便于施工等优点，解决了传统金属波纹管的弊端。因沉管混凝土属大体积混凝土，浇筑后内部温度最高达近70℃，为防止塑料波纹管在高温和混凝土压力作用下产生变形，在塑料波纹管内安装直径略小于其内径的PPR衬管，并沿沉管节段预应力孔道通长布置。

图1 波纹管连接件布置图Fig.1 Arrangement of corrugated pipe fittings

3 孔道密封措施

3.1 专用波纹管匹配连接件

为解决预制沉管大埋深、强回淤带来的节段受力问题，本工程创新性地提出了“半刚性管节”的设计理论，即将原设计的临时预应力部分变更为永久预应力，同时为满足节段接头对地基不均匀沉降的适应性要求，在节段接头6 m范围内采用无黏结预应力体系，保证在节段接头处发生地基不均匀沉降时接头可适度张开，减小不均匀沉降带来的结构安全风险。委托VSL公司进行了专用波纹管匹配连接件的设计[5]，由专业厂家采用模具定型生产，保证其匹配连接的精度和水密性能要求。

安装时，外管在钢筋绑扎过程中预先安装于钢筋笼内，并与塑料波纹管对接、密封，再将密封圈安装在内管两端，并将内管插入后浇端的外管里，钢筋笼顶推入模时与先浇端的外管匹配对接，其连接图如图1所示。施工的重点在于保护好密封圈和遇水膨胀胶条不受损伤，并使两外管在节段接头匹配面处顶紧，防止混凝土浇筑过程中水泥浆进入管道，并确保管道密封性满足真空辅助压浆工艺的要求。

3.2 锚具密封罩

沉管一次舾装完成后，需对坞区进行灌水并将沉管管节横移寄泊于预制场深坞内，正常情况下寄泊期约0.5 a，在沉放之前锚具将直接受到海水的腐蚀。锚具的保护对预应力体系安全、降低渗漏风险至关重要，锚具的防护要求较常规工程高得多。借鉴桥梁体外预应力锚具防护方法，增设锚具密封罩用于锚具防护，密封罩按海水腐蚀环境进行了防腐设计，能保证在海水浸泡期间的耐久性。密封罩用螺栓固定在锚下垫板上，与锚下垫板间设有铜垫圈，可增强锚具密封性能。锚具密封罩在预应力张拉并割除多余钢绞线后安装，其密封性由密封罩配套的铜垫圈和密封罩周边高强AB胶密封来保证。锚具密封罩安装需注意使进浆孔位于下方，排气孔位于上方，两孔连线处于铅垂线上，切不可使两孔连线处于水平状态。同时螺栓扭矩要满足要求，保证铜垫圈压缩，保证密封性满足要求。

3.3 节段接头密封

节段接头因波纹管断开而成为整个管道密封性的薄弱环节，在采用金属波纹管的管节中该问题也时有发生。为确保节段接头密封性，除保证专用波纹管匹配连接件的安装质量之外，还需在孔道压浆前对管道密封性进行检验，即压浆前进行试抽真空，如果真空度不能满足设计要求，则需对该管道的节段接头进行密封处理，具体方法为在节段接头位置用快干水泥进行封堵，待孔道压浆完成后再予以清除。从使用塑料波纹管和专用匹配连接件后的效果看，只要匹配连接件的安装质量达到要求，即可保证管道密封性满足要求。

4 预应力真空辅助压浆

4.1 设备配置

真空辅助压浆设备包括1台真空泵，要求能满足180 m管节真空度达到－0.08 MPa，2台制浆机及容量为1.5 m3的储浆筒，2台三缸活塞式压浆泵。设备配置在满足计量精度的前提下，制浆和储浆能力需满足单根预应力孔道用浆量1.5 m3的要求，保证单根孔道一次性压浆饱满并有适当富余。

4.2 压浆工艺

压浆工艺流程与桥梁工程真空辅助压浆基本相同，流程为：预应力束张拉并切束→密封罩安装并周边密封→试抽真空并处理发现的问题→浆液拌制并储够1根孔道用浆量→抽真空→压浆→出浆口浓浆流出1 min后关闭出浆口→稳压2 min→待锚具密封罩灌满浆液后关闭进浆口，压浆完成。

4.3 沉管管节真空辅助压浆注意事项

1）如前所述，节段式管节的管道密封性必须保证，在孔道压浆之前进行预抽真空，并解决发现的问题，确保真空压浆一次成功。

2） 孔道长度180 m，预应力束为φj15.24-25，波纹管直径较大，单根波纹管压浆量最大达1.5 m3，储浆量必须满足孔道一次压浆饱满。

3） 掺加高性能孔道灌浆剂，水灰比小至0.26，对制浆机搅拌能力提出更高要求，要保证制浆效率，也必须保证浆液的均匀性满足要求[6]。

4）国内目前高速制浆设备还不太成熟，制浆机转速大多只能达到1 500 r/min，对制浆效率影响较大，较长时间的搅拌带来浆液温升较大。按照欧洲的经验和规范，建议浆液温度不超过30℃，因此在本项目制浆时采用了冰水搅拌工艺，通过调整冰水温度解决了浆液温度问题。

5）出浆口浓浆流出后必须再坚持1 min，保证孔道内空气充分排除干净，然后再稳压2 min，保证压浆饱满度。

6）浆液初凝后，打开出浆口检查浆液饱满度和泌水情况，用于指导后续孔道压浆质量控制。出浆口阀门必须待浆液终凝后才能拆除，防止浆液溢漏影响压浆饱满度。

5 结语

港珠澳大桥沉管隧道设计使用寿命120 a，在海底腐蚀极强的海洋环境下，无疑对预应力提出了更高的要求，其孔道压浆的密实程度直接关系到预应力使用寿命。基于高标准严要求，在施工过程中通过不断改进施工工艺，从波纹管选材、节段处连接、端头连接等重要部位入手，对波纹管安装的密封质量进行了改进，并配合真空辅助压浆技术，保证了沉管预制的施工质量。