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        沉管隧道接頭預(yù)埋件施工關(guān)鍵技術(shù)

        2017-04-06 18:34:38葉桂瑩程曉明
        四川建筑 2017年4期
        關(guān)鍵詞:鋼殼水密預(yù)埋件

        葉桂瑩, 程曉明, 陳 嵐

        (1.佛山市新城開發(fā)建設(shè)有限公司,廣東佛山528316; 2.西南交通大學土木工程學院,四川成都 610031)

        沉管隧道接頭預(yù)埋件施工關(guān)鍵技術(shù)

        葉桂瑩1, 程曉明1, 陳 嵐2

        (1.佛山市新城開發(fā)建設(shè)有限公司,廣東佛山528316; 2.西南交通大學土木工程學院,四川成都 610031)

        沉管隧道在施工過程中,管段的連接是關(guān)鍵工序之一,而管段接合構(gòu)造復雜、體量大,為保證連接質(zhì)量,必須嚴格控制接頭預(yù)埋件施工質(zhì)量。文章以佛山市汾江路南延線公鐵合建沉管隧道施工為例,介紹了接頭預(yù)埋件的種類和設(shè)計施工原則,闡述了幾種大型接頭預(yù)埋件制作安裝施工技術(shù)。旨在通過把控時機、選擇工藝和檢驗措施等方面保障管段接頭的質(zhì)量和安全。

        沉管隧道; 管節(jié)接頭; 預(yù)埋件

        隨著中國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展,交通運輸也在大發(fā)展,建設(shè)跨江跨海的交通紐帶顯得尤為迫切。水下隧道因埋深淺,接線短,建造時具有占地少、干擾小等優(yōu)點成為連接兩岸的主要形式之一,越來越受到工程界的青睞??紤]到水下施工環(huán)境條件,宜選擇接縫少,斷面利用率高的沉管法施工,據(jù)此,沉管預(yù)制管段的精度和防水都是施工控制的重中之重。而預(yù)埋件作為輔助沉管連接結(jié)構(gòu)受力、安裝和止水[1]的構(gòu)件,其制作安裝施工技術(shù)都需要嚴格控制。

        1 工程概況

        佛山市汾江路南延線沉管隧道項目是由4段預(yù)制管節(jié)接合而成,編號為E1(115 m)、E2(115 m)、E3(105 m)和E4(110 m),其中E4被分為E4-1(4 m)和E4-2(106 m)兩段,全長為445 m。E3和E4-1在干塢內(nèi)拉合整體沉放,其余管段在干塢內(nèi)預(yù)制完成后分段沉放連接。沉管包括公路地鐵兩部分。公路段為三孔三跨箱型斷面,中間設(shè)電纜廊道;地鐵標準段為兩孔兩跨箱型斷面,是典型的非對稱結(jié)構(gòu)[2]。管段標準斷面尺寸見圖1。預(yù)制管節(jié)混凝土約60 000 m3,鋼筋約14 500 t,其余用于接頭結(jié)構(gòu)和施工輔助的鋼結(jié)構(gòu)約3 500 t。

        2 接頭預(yù)埋件

        2.1 接頭預(yù)埋件分類

        本工程根據(jù)沉管接頭預(yù)埋件的功能主要分為四大類[1]:結(jié)構(gòu)壓接(端鋼殼、端封門、垂直水平剪切鍵)、接頭防水(GINA止水帶、預(yù)埋鋼板)、適應(yīng)變形(OMEGA止水帶)、安裝輔助(定位梁預(yù)埋件、拉合裝置預(yù)埋件、導向桿預(yù)埋件等)。

        2.2 接頭設(shè)計原則

        管段連接質(zhì)量直接關(guān)系到沉管隧道的成敗,接頭設(shè)計、布置選型應(yīng)考慮以下幾個方面[3]:

        (1)模擬施工條件,根據(jù)沉管管段內(nèi)力、變形量計算結(jié)果,綜合考慮溫度應(yīng)力、抗震設(shè)防要求以及施工難易程度,選擇合適的接頭形式。

        (2)可靠的水密性是接頭連接的安全保障,止水帶的選型便是接頭防水工作的首要問題。根據(jù)接頭所在位置的水位壓力和止水帶壓縮量,選擇滿足要求的型號。除了在正確的位置設(shè)置足量且合適的止水帶外,還應(yīng)考慮其他部位滲漏的可能,并制定相應(yīng)的防水方案。

        (3)在滿足強度、變形的條件下,接頭的類型、構(gòu)件的品種、部件的類別宜少,設(shè)計宜簡,各部件作用明確,做到各司其職。

        (4)接頭應(yīng)盡量分散布置,避開受力較大的關(guān)鍵部位,減輕應(yīng)力集中的不良影響。接頭除了滿足構(gòu)造要求之外,還需保證適當?shù)膹姸?、剛度?/p>

        (5)為各部件營造良好的施工條件是保證施工質(zhì)量的前提,留置足夠的施工空間;為隨時監(jiān)測隧道運營情況和發(fā)生災(zāi)害時及時檢修,預(yù)留正確和足夠的工作空間,在設(shè)計尺寸時均應(yīng)該納入考慮。

        (6)通過接頭部件的正確選型和施工工藝的合理選擇,控制接頭造價。

        3 大型預(yù)埋件安裝

        3.1 端鋼殼

        端鋼殼位于沉管兩端,用于安裝接合沉管的止水帶,以承受管段接合時止水帶壓縮帶來的巨大水壓。為保證管段接頭的完全水密性以及保留沉放后坡度變化的彈性,對端鋼殼的精密制作和精確安裝都提出了較高的要求[4],其構(gòu)造如圖2所示。

        根據(jù)圖紙構(gòu)件的形狀尺寸,在考慮構(gòu)件加工制作的誤差時,也要考慮到由于施工方式和裝配需要帶來的變形損失,通過精確計算后再進行放樣,放樣時做到最大限度使用原材料,確認無誤后進行切割;對切割完成之后的端鋼殼采用分段焊接的方法,焊接過程中,先梁板后鋼筋,通過調(diào)整施焊的程序,控制工件的變形。應(yīng)注意以下事項:

        (1)端鋼殼在安裝前,通過支承拱架和半成品上的控制線確定構(gòu)件位置,按照基準線固定各構(gòu)件,必要時設(shè)置臨時支撐。

        (2)安裝時通過設(shè)置楔塊和調(diào)節(jié)螺栓進行微調(diào),復查各控制參數(shù),使誤差控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi),對頂螺栓加緊后,使用間斷跳焊的方式施焊連接。

        (3)在初步調(diào)坡之后,對端鋼殼進行灌漿施工,灌漿過程中監(jiān)控混凝土灌注量,保證其密實度。

        (4)待混凝土澆筑完成,通過調(diào)節(jié)螺栓精確調(diào)坡,在混凝土變形穩(wěn)定后,安裝端鋼殼面板,安裝時保證面板的橫向、豎向垂直度均小于3 mm。

        (5)在管段安裝完成后,對其進行全面量測,確保加工精度和安裝精度在每延米0.5 mm以內(nèi),整體的不平度小于3 mm。

        (6)確保安裝精后,對鋼結(jié)構(gòu)表面進行徹底清理,及時對管段進行防銹、防腐處理。

        3.2 端封門

        端封門作為密封管段的臨時結(jié)構(gòu)[5],它包含鋼面板、H型鋼立柱、鋼牛腿、枕梁等傳力構(gòu)件和止水鋼板、預(yù)埋鋼板等水密構(gòu)造(圖3)。所示端封門復雜的結(jié)構(gòu)和重要的功能,都說明其施工的復雜性及檢驗的重要性。

        面板吊裝時采取有效的固定措施防止發(fā)生不可恢復的翹曲變形,焊接時采用分段對接焊的方法,精準控制構(gòu)件的位置和選擇恰當?shù)暮附庸に?,把控變形和誤差。安裝完成后需進行焊接強度和水密性檢測:保證焊縫強度不低于面板強度,滿足3.0 kg/m2的水密性要求。

        3.3 剪切鍵預(yù)埋件

        剪切鍵作為接頭的重要部件,幾乎承擔全部剪力,限制相鄰管段的相互錯動,施工中被用作對接支撐點,運營中作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件承擔各種荷載組合。剪切鍵能夠保障接頭的水密性,同時防止止水帶因承受剪力產(chǎn)生過大的變形,其細部構(gòu)造如圖4所示。一般分為水平和垂直兩種剪切鍵[6]:水平剪切鍵通常設(shè)置于端頭頂部和底部,主要承受水平地震力,限制由地震作用產(chǎn)生的水平位移;垂直剪切鍵通常設(shè)置于邊墻和隔墻上,主要承受豎向剪切力,限制由地震作用和管段沉降產(chǎn)生的豎向位移。仔細復查剪切鍵的尺寸,對其進行防腐防銹處理,施工時避免擾動以防止振搗混凝土產(chǎn)生的沖擊;在與管段鋼筋沖突時,適當移動鋼筋?;炷脸跄皯?yīng)復核預(yù)埋位置,如出現(xiàn)偏差,需進行調(diào)整。

        3.4 止水帶

        3.4.1 GINA止水帶

        GINA止水帶是保障管段接頭密封、安全、防水重要構(gòu)件,是接頭止水的第一道防線,類似于壓縮彈簧,通過壓縮變形達到水力壓接的效果。

        因其需安裝至管節(jié)兩端面,需對安裝面進行結(jié)構(gòu)處理。一端面安制固定結(jié)構(gòu),采用螺栓壓板夾緊翼緣的方式,并設(shè)置緩沖擋塊,另一端面安制承壓結(jié)構(gòu)[6](圖5)。

        在止水帶分塊運送到現(xiàn)場接駁完成后,在安裝前需進行壓縮和水密試驗,確保檢驗質(zhì)量后,安裝于管段主體,其安裝流程為:

        (1)準備工作包括腳手架鋪設(shè)、吊具準備,采用吊機配合吊梁的方式起吊止水帶,并通過人手操作調(diào)整位置,避免出現(xiàn)拖拉現(xiàn)象。

        (2)為保證止水帶的順利安裝,需對接口處的壓塊、抗剪塊及鋼面板進行試裝,確認尺寸無誤后,編號拆下。

        (3)起吊止水帶滑進設(shè)定的臨時定位銷,檢查準確無誤后,拆除保護木塊和麻繩,使止水帶滑入接口。

        (4)GINA帶就位后,將拆下的壓塊逐件裝回,豎邊由下往上,橫邊由中點、折角開始向中間對稱上緊螺栓。

        (5)為避免浮運時造成止水帶損傷,需安裝GINA帶保護罩。保護罩使用現(xiàn)場配裝的方式,除銹上紅丹二度后方可安裝。

        3.4.2 OMEGA止水帶

        OMEGA帶由高強度合金鋼彎制而成,通過錨固螺栓安裝在端鋼殼上連接相鄰兩管段,它主要承受管段變形應(yīng)力,作為保證接頭防水的第二道防線,也兼具保護GINA帶的作用。

        確保鋼端殼的制作和預(yù)埋質(zhì)量是保證OMEGA帶水密效果的前提,在對止水帶和壓板進行全面檢查和清理后,通過預(yù)設(shè)的吊裝設(shè)備將止水帶運至接頭處開始安裝作業(yè)[7]:頂部安裝時,從轉(zhuǎn)角部分開始,以二分法的順序安裝:轉(zhuǎn)角、1/2、1/4、1/8、1/16(圖6)。

        豎邊按同樣的方法從上往下安裝OMEGA止水帶。OMEGA帶材質(zhì)具有較大的彈性,螺栓采用電動扳手初擰、液壓扳手終擰的施擰方法。為保證止水帶的耐久性,需對其采用硫化處理,硫化后需對其質(zhì)量進行檢驗。在安裝完成后,需進行整體水密試驗,做到無滲漏、無可見異常變形、無異常響聲即為檢驗合格。

        4 安裝精度控制

        接頭預(yù)埋件體量大、類型多,為保證管段的連接質(zhì)量,在安裝過程中把握時機,輔以可靠的設(shè)備,采用先進的施工技術(shù),有效地控制安裝精度和質(zhì)量:

        (1)明確安裝流程,在綁扎鋼筋時在預(yù)埋件安裝部位預(yù)留足夠的施工位置和工作空間。當預(yù)埋件與鋼筋沖突時,微調(diào)鋼筋保證預(yù)埋件安裝精度。

        (2)通過測量定位架對預(yù)埋件進行安裝定位,定位架上標明控制中心線和高程。根據(jù)預(yù)埋件大小和安裝位置設(shè)計固定架,固定架桿件可利用主體結(jié)構(gòu)作為支撐點,通過微調(diào)螺栓控制偏差。

        (3)根據(jù)預(yù)埋件的使用要求和工作性能,選擇恰當?shù)暮附庸に?。通過選定適當?shù)暮笚l和焊劑型號和焊縫形式,保證預(yù)埋件焊接質(zhì)量。

        (4)復檢是預(yù)埋件施工的一個重要環(huán)節(jié),復核預(yù)埋件的規(guī)格型號、位置高程,通過水密試驗檢驗安裝質(zhì)量,確保預(yù)埋件達到使用要求。

        (5)重視預(yù)埋件的保護工作,進行涂料防腐防銹處理,并按需要為預(yù)埋件作上標識。

        5 結(jié)論

        佛山市汾江路南延線隧道工程沉管管節(jié)在現(xiàn)場一次性預(yù)制完成,有效避免了管段接頭預(yù)埋件的運輸損失,通過不斷優(yōu)化施工技術(shù)方案和質(zhì)量檢驗體系,保證了接頭預(yù)埋件的安裝質(zhì)量和工作效能,為沉管隧道工程的順利完工打下了堅實的基礎(chǔ)。

        [1] 李凱凱,李譽文,馮偉. 預(yù)制沉管大型預(yù)埋件精確安裝技術(shù)[J]. 中國港灣建設(shè),2015(11):98-101.

        [2] 周華貴,邢永輝,王麗. 淺談佛山市汾江路南延線工程沉管隧道特點及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù),2012(5):85-90.

        [3] 唐英,管敏鑫,萬曉燕. 沉管隧道接頭的理論分析及研究[J]. 中國鐵道科學,2002(1):69-74.

        [4] 周仲賀. 沉管隧道管段預(yù)制施工技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù),2008(S1):427-430.

        [5] 陳正杰. 港珠澳大橋沉管隧道端封門鋼梁牛腿預(yù)埋件承載試驗研究[J]. 地下工程與隧道,2014(3):1-3.

        [6] 陳韶章.沉管隧道設(shè)計與施工[M].北京:科學出版社,2002.

        [7] 周建民,唐永波,魏杰. 管節(jié)接頭OMEGA止水帶安裝工藝[J]. 中國港灣建設(shè),2016(7):105-107.

        葉桂瑩(1978~),男,本科,現(xiàn)從事道路與橋梁施工技術(shù)管理工作。

        U459.5

        B

        [定稿日期]2017-04-20

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