李陽，楊紅

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401120）

工廠法沉管預(yù)制混凝土泵送施工技術(shù)

李陽，楊紅

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401120）

為滿足港珠澳大橋島隧工程沉管預(yù)制混凝土澆筑工藝要求，結(jié)合現(xiàn)場實際條件，經(jīng)方案比選，選擇了多布料機、空間立體組合式布料工藝，合理進行了布料機、拖泵等設(shè)備的選型配置，并采取了有針對性的潤管清洗方法。從2012年沉管預(yù)制正式生產(chǎn)以來，該套工藝、設(shè)備順利完成了沉管預(yù)制混凝土澆筑任務(wù)，為港珠澳大橋隧道施工奠定了堅實基礎(chǔ)。同時，由于該套工藝、設(shè)備具有針對性強、穩(wěn)定可靠、高效方便等特點，可為高強度、大體積、空間結(jié)構(gòu)的海工混凝土澆筑提供借鑒。

工廠法；沉管預(yù)制；布料機；拖泵；泵送

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程海底沉管隧道總長度為5 664 m，由33個管節(jié)組成。每個標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)由8個管段組成，管段尺寸為長22.5 m、寬37.95 m、高11.4m，混凝土方量約3 330m3。

沉管管節(jié)采用工廠法預(yù)制，工廠內(nèi)設(shè)置有2條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線在澆筑區(qū)各配置一套液壓模板，單個管段完成鋼筋綁扎及模板安裝后在澆筑區(qū)內(nèi)一次性澆筑成形。為滿足沉管預(yù)制混凝土澆筑工藝以及質(zhì)量控制要求，經(jīng)調(diào)研對比后決定采用多布料機、空間立體組合式布料工藝。

2 沉管預(yù)制混凝土的工藝要求

2.1 工藝要求

管段混凝土澆筑采用水平分層、連續(xù)進行、由一端向另一端循序漸進的方法施工。管段截面全斷面共分5部分進行澆筑，1、2、3區(qū)同時澆筑，澆筑分區(qū)見圖1。總澆筑時間控制30 h左右，分塊澆筑時間及強度見表1。

2.2 空間限制

混凝土泵送工藝須充分考慮外界條件對泵送設(shè)備的空間要求，主要是：

1）因混凝土攪拌站、預(yù)制廠廠房、模板反力墻及周圍主要建筑物和道路均已固定，不可變動，泵送系統(tǒng)布局受到諸多限制，將布料機安裝在反力墻（厄勒海峽沉管隧道）的方案難以實現(xiàn)。

圖1 管段澆筑斷面分區(qū)圖Fig.1 Pipe pouring section partition

表1 混凝土澆筑分區(qū)工效表Table 1 Concrete pouring ergonom ics table partitioning

2）廠房頂部主梁最低處標(biāo)高+24.9 m，修整區(qū)地面標(biāo)高+3.5m，單個管段22.5 m長，布料機的選型必須既符合在上述標(biāo)高限制下全伸展功能，又滿足管段頂板全覆蓋的要求，同時布料機選型配置還須考慮互為備用情況。

3）模板就位后，行車道內(nèi)模與底板鋼筋之間高度約2 m。布料機須滿足在此空間下實現(xiàn)管段底板混凝土澆筑要求。

4）沉管預(yù)制廠采用鋼筋籠頂推工藝，布料機、泵管的布置不能影響甚至阻礙鋼筋籠的頂推施工。

3 設(shè)備選型與布置

根據(jù)沉管預(yù)制混凝土的工藝和空間要求，經(jīng)反復(fù)研究和比選，最終決定采用多布料機、空間立體組合式布料工藝，并按要求進行布料機、拖泵的選型配置?；炷翝仓r，在澆筑區(qū)前布置4臺行走式布料機，負(fù)責(zé)下倒角、側(cè)墻中墻及頂板布料；在左右行車道分別布置1臺固定式腔內(nèi)布料機，負(fù)責(zé)底板布料；與以上對應(yīng)配置6臺混凝土拖泵。具體澆筑分工：1區(qū)由2臺行走式布料機在中墻頂由上至下送料，2區(qū)由另2臺行走式布料機在側(cè)墻頂由上至下送料，3區(qū)分別由2臺腔內(nèi)固定式布料機布料，4區(qū)、5區(qū)由4臺行走式布料機布料。

3.1 行走式布料機

在模板修整區(qū)鋪設(shè)專用軌道，布置4臺行走式MX32-4布料機。MX32-4布料機為全液壓M形臂架，最大系統(tǒng)壓力35MPa，采用液壓油缸驅(qū)動齒條實現(xiàn)回轉(zhuǎn)，無配重，最大布料半徑31.6m。

1）該布料機為M型臂架，臂架伸展方式類似于彈簧，第一節(jié)臂基本豎直后，即可伸展第二、三、四節(jié)臂，即第一節(jié)臂高度決定了布料機全伸展所需的空間。

2）行走機構(gòu)高1.5 m，立柱及回轉(zhuǎn)機構(gòu)高10.5m，第一節(jié)臂長8.7 m，總高度20.7 m，小于廠房頂部主梁與修整區(qū)高差（21.7 m），即廠房空間滿足行走布料機臂架伸展要求。同時，第一節(jié)臂中心回轉(zhuǎn)以下高12 m，與管段頂板高度（11.4 m）基本平齊，更加便于臂架面對管段方向時的伸展，提高作業(yè)效率。

3）該布料機為無配重形式，臂架回轉(zhuǎn)時不用考慮模板、針形梁等對其的限制，更加有利于安全，同時提高布料、清洗施工的綜合效率。

4）管段混凝土澆筑時，4臺MX32-4布料機同時布置在模板修整區(qū)，即管段正前方，每臺布料機最大布料半徑31.6 m，在保證管段側(cè)墻、隔墻和頂板混凝土布料無盲區(qū)的同時，相鄰2臺布料機布料范圍還可重合，實現(xiàn)互為備用，極大提高布料可靠性。

5）在2號生產(chǎn)線拖泵布置區(qū)一側(cè)設(shè)置了行走式布料機修整區(qū)，非生產(chǎn)時段，4臺布料機駛?cè)胄拚麉^(qū)，避免對2條生產(chǎn)線其他作業(yè)的影響，見圖2。

3.2 腔內(nèi)固定式布料機

每個管段兩個行車道，在每個行車道內(nèi)模內(nèi)安裝了1臺倒掛式RV8布料機。該RV8布料機高度1.6m，布料半徑8 m，底板布料半徑不足之處可直接采用加長泵管方式予以解決，既符合內(nèi)模與底板鋼筋空間限制，也滿足覆蓋全部底板要求。供料泵管從針型梁內(nèi)接入，采用人工手動回轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，見圖2。

3.3 拖泵

3.3.1 泵送壓力損失計算

圖2 MX32-4和RV8布料機平面和立面布局圖Fig.2 Plane and elevation layout of M X32-4 and RV8 p lacing boom s

根據(jù)行走式和腔內(nèi)固定式布料機泵管配置形式，結(jié)合實際場地情況，確定拖泵布置方案，并經(jīng)計算完成拖泵選型。以最遠(yuǎn)泵送距離和高度的拖泵及MX32-4布料機為例進行泵送壓力計算。

泵送壓力損失由3部分組成[3]，出口混凝土壓力P=沿程損失阻力P1+重力損失阻力P2+機械內(nèi)耗阻力P3。根據(jù)泵送混凝土沿程阻力計算公式ΔP=并結(jié)合高性能混凝土泵送施工經(jīng)驗，含礦粉混凝土水平管道壓力損失為0.018～0.024MPa/m，按0.021MPa/m計算。

1）不同規(guī)格泵管折算成水平泵管，見表2。

2）垂直狀態(tài)輸送時混凝土泵管內(nèi)的阻力：

P2=ρ·H·g

式中：ρ為混凝土密度，kg/m3，計算取值2 500；H為泵送高度，m；g為重力加速度，m/s2。

表2 折算成水平管統(tǒng)計表Table2 Statistical table for converting into a horizontal tube

3）計算

P1=ΔPx·L=0.021×424=8.904MPa

P2=ρ·H·g=2 500×20.7×10=0.518MPa

P3取2.8MPa

故總的壓力損耗為P=P1+P2+P3=12.222 MPa，同理根據(jù)RV8布料機的布管情況，得出其泵管折算米數(shù)并計算其最大泵送壓力損失為8.108 MPa。

3.3.2 工效要求

1）混凝土攪拌站每盤（3 m3）投料時間30 s，攪拌時間120 s，卸料時間60 s，即每小時理論生產(chǎn)51m3，考慮0.8的效率，每臺站計算生產(chǎn)能力45.9 m3/h，4臺站共183.6m3/h。

2）混凝土罐車每趟裝載12 m3，接料時間840 s，卸料時間900 s，往返運輸時間300 s，即每小時理論運輸21 m3，考慮0.9的效率，每臺車計算運輸能力18.9m3/h，10臺車共189m3/h。

3）澆筑1～3區(qū)時強度要求169.2 m3/h，6臺拖泵平均排量28.2 m3/h；澆筑第5區(qū)時強度要求142.4m3/h，4臺拖泵平均排量35.6m3/h。

綜上所述，單臺拖泵在滿足出口壓力下實際排量不小于35.6m3/h，理論排量不小于39.6 m3/h。3.3.3 拖泵選型與部署

根據(jù)泵送壓力損失和工效要求，選擇了BSA2109HPD型和BSA2109H-D型拖泵，分別對應(yīng)MX32-4布料機和RV8布料機，技術(shù)參數(shù)見表3。該兩款拖泵出口壓力分別為20.5 MPa和18 MPa，大于12.222 MPa和8.108 MPa的要求，且其高壓排量為57 m3/h，大于39.6 m3/h，因此滿足泵送壓力和工效要求。

表3 混凝土拖泵主要技術(shù)參數(shù)Table3 Main technicalparametersof concrete pum p

根據(jù)統(tǒng)一規(guī)劃，在預(yù)制廠房兩側(cè)設(shè)2塊拖泵布置區(qū)，各布置6臺混凝土拖泵，其中4臺BSA2109H-D型拖泵、2臺BSA2109HPD型拖泵，既滿足生產(chǎn)工藝要求，又避免生產(chǎn)線可能產(chǎn)生的相互干擾，見圖3。

圖3 1號、2號生產(chǎn)線拖泵區(qū)布局圖Fig.3 Layoutof concrete pum p in No.1,No.2 production line

4 潤管和清洗方法

沉管混凝土澆筑采用了空間立體組合式布料方式，因此也配套采取了針對性的潤管和清洗的方法。

1）MX32-4布料機及其管路潤管：混凝土輸送前，混凝土罐車駛?cè)肽０逍拚麉^(qū)，MX32-4布料機轉(zhuǎn)向修整區(qū)，臂架尾端軟管伸入罐車料斗內(nèi)，然后拖泵開始依次、連續(xù)泵送水泥漿、砂漿及正式混凝土，當(dāng)觀察到混凝土從軟管口出料時，該布料機及其管路潤管完畢。

2）RV8布料機及其管路潤管：因其固定在腔內(nèi)行車道內(nèi)模下方，應(yīng)首先設(shè)置專用排污泵管，該管道鋪設(shè)在針形梁和MX32-4布料機壓重支架上，并接入罐車接料斗。潤管前，將RV8布料機出口端與排污管道對接，然后拖泵泵送水泥漿、砂漿和混凝土，完成潤管，見圖4。

圖4 專用排污泵管和專用氣力清洗接頭應(yīng)用圖示Fig.4 App lication of the special pum p pipeand special pneumatic cleaning joint

完成潤管后，斷開RV8布料機和專用排污泵管的連接，RV8布料機即可開始正常作業(yè)。而排污泵管的清洗采用了氣力清洗法。該方法配置專用的1.8 MPa空壓機和專用氣力清潔接頭，在專用接頭兩端塞入清洗球，清洗球中間區(qū)域灌清潔水后封閉。最后向?qū)Ｓ媒宇^內(nèi)輸入壓縮空氣，壓縮空氣為動力依次推動清洗球、清潔水和清洗球，從而將布料機和泵管內(nèi)殘余混凝土排出。此方法在正式預(yù)制生產(chǎn)前通過反復(fù)試驗，操作方便，快捷干凈，滿足清洗要求，見圖4。

3）泵送結(jié)束后的清洗方法與其潤管的方法相同。

5 泵送中的存在問題及解決方法

5.1 泵管過度磨損問題

1）MX32-4布料機的進料泵管布置優(yōu)化

泵管從地面接入MX32-4布料機，原設(shè)計方案是兩根R275×90°彎管反向?qū)?。在實際使用中，由于此處泵管彎曲半徑過小，導(dǎo)致泵管磨損過快，頻繁出現(xiàn)中途爆管情況，給泵送系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)造成不利影響。針對上述情況，對此處的管路進行優(yōu)化：

①提升立柱直管高度，從而加大地面彎管到立柱直管之間的高差，以便安裝大直徑彎管。

②將原2根R275×90°彎管反向?qū)痈臑?根R500×90°彎管和1 m直管的組合形式，增大了泵管半徑，減少磨損。

通過上述改進，R500×90°彎管使用壽命延長至約3 000m3，滿足4個管段使用要求。

2）MX32-4布料機的臂架泵管優(yōu)化

MX32-4布料機設(shè)計時為控制臂架載荷，其原臂架泵管采用的是普通無縫鋼管，厚4.5 mm，使用方量約3 000 m3，前期經(jīng)常出現(xiàn)在預(yù)制混凝土澆筑過程中爆管。第一、二節(jié)臂架泵管高度達到12m以上，發(fā)生爆管后，不僅耽誤生產(chǎn)，而且更換不便，存在較大安全風(fēng)險。

針對存在問題，經(jīng)反復(fù)比選，采用了臂架專用耐磨雙層泵管。此種泵管在管道內(nèi)鑲嵌了一層2.5mm耐磨層，將泵管使用壽命延長至12 000m3以上，不僅極大提高了泵送系統(tǒng)的可靠性，而且經(jīng)濟效益明顯。

5.2 泵送堵管問題

泵送工藝在生產(chǎn)中不可避免會出現(xiàn)堵管情況。傳統(tǒng)方法是找到堵點后，拆除泵管，清除堵點廢料，再重新泵送。一旦泵管內(nèi)混凝土質(zhì)量普遍較差，就需要泵入砂漿、水泥漿洗管，重新開盤。這種方式工作強度大、效率低，而且MX32-4布料機排堵屬高空作業(yè)，安全風(fēng)險較大。

針對上述情況，充分利用氣力清洗法的優(yōu)勢，較大改善了泵送緊急處理方法。首先，改進氣力管路，并入1臺16 m3高壓空壓機作為氣源，解決長距離氣力清洗時的動力問題。在發(fā)生堵管情況時，采用氣力清洗方式，此方法方便、快捷，而且氣力清洗接頭在地面即可接入使用，盡可能減少了高空排堵的危險，既提升了處理效率，又提高了安全保障。

6 結(jié)語

為滿足港珠澳大橋島隧工程沉管預(yù)制混凝土澆筑工藝要求，經(jīng)反復(fù)研究，選擇了多布料機、空間立體組合式布料工藝，合理進行了設(shè)備的選型配置，并采取了針對性的輔助措施，順利完成了沉管預(yù)制混凝土澆筑任務(wù)，也為未來高強度、大體積、空間結(jié)構(gòu)的海工混凝土澆筑提供了良好借鑒。

[1]易秀明，楊新華，戴獻軍.超高層混凝土泵送技術(shù)研究與應(yīng)用[J].建筑機械，2008（2）：94-98. YIXiu-ming，YANG Xin-hua，DAIXian-jun.Concrete pumping technology study and its application for super high building[J]. Construction Machinery,2008(2):94-98.

[2]JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]. JTG/T F50—2011，Technical specification for construction of highwaybridgeand culverts[S].

[3]三一重工混凝土基礎(chǔ)知識手冊[K].2010. Sany handbook of concrete foundation knowledge[K].2010.

表1 擠密砂樁打設(shè)記錄Table1 The record of SCP

5 結(jié)語

港珠澳大橋西人工島及島隧結(jié)合部擠密砂樁技術(shù)的成功應(yīng)用，充分驗證了海上SCP施工定位監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)越性。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、易操作，不受天氣、海流及潮汐等外界因素干擾。利用RTK-GPS測量方式獲得實時高精度三維數(shù)據(jù)，根據(jù)幾何關(guān)系實時確定樁管的三維空間位置，實時顯示實際樁位與設(shè)計值的偏差，有效指導(dǎo)施工。外海自動潮位儀的兼容，能夠?qū)⒊蔽恢祵崟r輸入到系統(tǒng)中，有效提高擠密砂樁的成樁質(zhì)量。SCP施工定位監(jiān)測系統(tǒng)可以在離岸深水條件下精確實施打樁定位，為后續(xù)地基處理等高質(zhì)量施工提供良好的條件。

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Construction technique of precast concrete pum ping for factory method of immersed tube

LIYang，YANGHong
（No.2 Eng.Co.,Ltd.ofCCCCSecond Harbor Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401120,China）

In order tomeet the requirements of the precast concrete pouring of the immersed tube of the island-tunnel project of the HZMB,combined with theactualsite conditions,after a few plan comparisons,we selectedmultiple placing booms,chose the reasonable configuration for placing booms,trailer pump and other equipments，and adopted a targeted pipe cleaning method.From 2012 on since the formal production starts,the process and the equipments have successfully completed many precast concrete pouring tasks of immersed tubes,which forms a solid foundation for the construction of island-tunnel of the HZMB.The processand the equipments reflect characteristicsof strong pertinence,stable and reliable,efficientand convenient, which can providea good reference for thehigh strength,large volume,spatialstructuremarine concrete pouring.

factorymethod;immersed tube precast;placing boom;trailer pump;pumping

U445.4

B

2095-7874（2015）05-0056-06

10.7640/zggw js201505015

2015-01-15

李陽（1981— ），男，重慶市人，工程師，機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)。E-mail：754151048@qq.com