王曉東，董洪靜

0 引言

港珠澳大橋隧道工程的沉管采用工廠法預制方式，為國內首例。該預制廠主要由工廠區(qū)、淺塢區(qū)及深塢區(qū)組成，工廠區(qū)及淺塢區(qū)布置通長的縱向頂推軌道，滿足沉管從工廠區(qū)向淺塢區(qū)的頂推滑移功能，用于寄存管節(jié)的深塢區(qū)與外海相連，滿足管節(jié)出運安裝的功能[1-3]。而當管節(jié)灌水橫移期間，整個深淺塢區(qū)域形成1個連續(xù)封閉止水體，深淺塢灌水至+15 m標高，工廠區(qū)正常作業(yè)。連續(xù)封閉止水體主要由沉箱結構和原有巖體結構組成，除此外有一道大跨度自穩(wěn)式橫拉鋼閘門止水構造將工廠區(qū)及淺塢區(qū)隔開，還需一套結構將深塢與外海隔開[4]，因此設計研發(fā)了大體積鋼扶壁混凝土組合式浮塢門，在深淺塢灌水期間起到攔水圍堰功能。塢區(qū)連續(xù)封閉止水體示意圖見圖1。

圖1 塢區(qū)連續(xù)封閉止水體示意圖Fig.1 The diagram of continuous closed water sealing structure in dockland

1 概述

浮塢門采用鋼筋混凝土重力式箱形結構+鋼扶壁組合結構形式，浮塢門沉箱長59 m，寬25.2 m，高29.1 m，重量約為1.3萬t，設計吃水10.5 m[3]。整個浮塢門沉箱高度方向分為兩個部分，下部18.6 m（標高-13.30~+5.30 m）范圍內，由40個倉格（長度方向10個，寬度方向4個）組成；上部10.5 m（標高+5.3~+15.8 m）范圍內，靠塢墩兩側倉格（共2列8個倉格）高出10.5 m，高出的倉格之間靠海側處設置10.5 m高擋水鋼扶壁[5-6]。浮塢門立體結構示意圖見圖2。

圖2 浮塢門立體結構Fig.2 Three-dimensional structure of floating dock gate

浮塢門關閉時，通過絞纜系統(tǒng)將浮塢門沿規(guī)定路線從寄存區(qū)絞移至塢口區(qū)，控制倉格內壓載水高度，精確地放置到塢口基礎上；蓄水時浮塢門倉格內水位與塢內水位同步上升；完成塢內蓄水管節(jié)橫移工作后，通過浮塢門上的排水管將塢內蓄水排出，直至塢內水位與海側水位齊平。浮塢門開啟時，使用水泵排出倉格內壓載水使浮塢門起浮，最后通過絞纜系統(tǒng)將浮塢門絞移至寄存區(qū)。浮塢門在寄存區(qū)存放，下一批管節(jié)預制完成后，再進行下一次的浮塢門關閉，如此循環(huán)。浮塢門寄存區(qū)和塢口區(qū)平面示意圖見圖1，浮塢門啟閉施工流程圖見圖3。

圖3 浮塢門啟閉施工流程圖Fig.3 The open/close flow chat of floating dock gate

2 浮塢門壓載系統(tǒng)

浮塢門壓載系統(tǒng)可實現以下功能：排水起浮、灌水坐底和蓄水管節(jié)橫移后塢內排水。

浮塢門的40個倉格（長5.565 m，寬5.78 m）劃分為4個獨立大倉格，也稱調載倉。每個大倉格由10個倉格組成，倉格之間連通。在每個調載倉配有各式閘門、閥門及水泵等附屬設施以實現相應功能。

排水起浮：在每個調載倉各設置1個水泵，并設置1個300 mm排水口，用于排出調載倉內的壓載水，使塢門起浮。潛水泵控制開關設在頂部操作平臺上。

灌水坐底：在離塢門底板8.8 m高處，每個調載倉設置1個400 mm進水口，可在操作平臺上通過控制桿實現對閘門進行不同開閉角度的操作，控制塢門調載倉的灌水速度。

深塢排水：在離塢門底板11.3 m高處，設置2根800 mm的排水管，用于塢內高水位的排水，排水管靠塢側設置閥門，控制深塢與外海的通斷。

合理利用各調載倉內的進水口和排水口，控制4個獨立大倉格內壓載水水位，確保深塢門在排水起浮和灌水坐底過程中的水平狀態(tài)。

3 浮塢門絞纜系統(tǒng)

深淺塢區(qū)布置卷揚機及導纜樁，塢門頂部布置系纜樁，經過合理纜繩布置，構成深塢門絞纜系統(tǒng)，實現深塢門在寄存區(qū)和塢口區(qū)的絞移。深塢門頂部設置6套250 kN雙柱型纜樁供系泊絞纜用（南北側各均勻布置3套），分別為1號—12號纜樁，詳見圖4。

絞纜系統(tǒng)各卷揚機鋼絲繩纜繩布置如下：1號絞車纜繩L1通過H-2、H-25纜樁至2號系纜柱，2號絞車纜繩L2通過H-2纜樁至1號系纜柱上，4號絞車纜繩L4通過H-26、H-10、H-11至11號系纜柱，7號絞車纜繩L7通過H-17至10號系纜柱，8號絞車纜繩L8通過H-17、H-19至9號系纜柱，9號絞車纜繩L9通過H-21至4號系纜柱，10號絞車纜繩L10通過H-20、H-23至3號系纜柱。具體布置圖見圖5。

圖4 浮塢門纜樁平面布置圖Fig.4 Floating dock gate bollard layout

4 浮塢門啟閉施工

4.1 排水起浮

完成浮塢門纜繩布置，方可進行浮塢門的排水起浮作業(yè)。排水起浮具體步驟如下：

1）根據塢門浮運時間段的海水潮位，計算深塢門臨界起浮和起浮完成時倉格內水位。

計算不同潮位，浮塢門起浮時和起浮完成是浮塢門倉格內的水位情況，以便實際操作中及時控制。設海水潮位為h（h>0，m），浮塢門倉格內海水高度為H，m。

計算公式如下：

起浮時：

起浮完成后：

式中：g=10 N/kg；G1為浮塢門自重，N，本工程為1.3伊108N；G2為浮塢門倉格內壓載水自重，N；F為起浮過程中的浮塢門的浮力，N；籽海為海水的密度，kg/m3，本工程取1 025；V1為浮塢門起浮過程排水體積，m3；S2為浮塢門倉格面積，m2，本工程為1 286.63；S1為浮塢門底板面積，m2，本工程為1 486.8；A為浮塢門在海平面下高度，m，本工程為13.3；B為浮運時需滿足的起浮高度，m，本工程為2.5。

綜上式（1）~（4）可得，

起浮時：

起浮完成后：

在確定了具體塢門啟閉時間后，查閱當時海水潮位，根據式（5）、式（6）大致計算浮塢門不同起浮過程中倉格內的水位高度，以便在現場施工中做到精細控制。

2）啟動塢門4臺水泵排水；排水過程中，定時用水位測繩測出調載倉格內水位。

3）接近臨界起浮水位時加大測量頻率且關注塢門情況；起浮后，測量4個角點標高，通過水泵調整4個調載倉內水量，確保浮塢門水平。

4）塢門4個角頂標高達18.3 m，平穩(wěn)起浮2.5 m后，停止排水。

4.2 絞移浮運

浮塢門排水起浮完成后，即可進行絞移浮運作業(yè)，實現浮塢門在寄存區(qū)和塢口區(qū)位置轉變，從而達到塢門啟閉的功能。塢門從寄存區(qū)絞拖至塢口施工流程如下：

1）塢門起浮后，調整各絞車纜繩均勻受力。

圖6 浮塢門關閉流程步驟圖Fig.6 The closed process diagram of floating dock gate

2）塢門處于穩(wěn)定狀態(tài)后，絞動4號、8號絞車纜繩，同時保持受力均勻松1號、2號、10號絞車繩，調整7號纜繩不受力，塢門向南移動。

3）塢門向南移動40 m后，調整牽引絞車，改為4號、7號絞車主拖，8號絞車輔拖，絞動4號、7號絞車，同時保持受力均勻松1號、2號、10號絞車繩，調整8號纜繩不受力，塢門向南移動，見圖 6（a）。

4）塢門向南移動至至正對塢口時，暫停絞拖；將9號絞車纜繩帶至塢門4號纜樁，松掉1號纜繩，見圖5。

5）將8號、9號絞車轉為恒張力絞拖，以6 t力絞動8號、9號絞車，2號、4號絞車保持受力均勻松纜，塢門向塢口移動，調整7號、10號絞車纜繩，輔助塢門進入塢口，移動塢門至深塢側平齊南北塢墩時，停止絞拖，見圖6（b）。

4.3 壓載坐底

浮塢門絞移浮運到位后，即可在寄存區(qū)或者塢口區(qū)進行壓載坐底作業(yè)，打開浮塢門進水閥，對浮塢門倉格進行灌水壓載作業(yè)，把浮塢門準確地安裝在寄存區(qū)或者塢口區(qū)指定的位置。

浮塢門底部0.5 m范圍內四邊側面削成斜面，整個浮塢門為楔字形，該斜面表面鋪設護面鋼板與塢內側和海側塢門檻及基梁兩端導向檻相匹配。浮塢門就位坐底過程中，通過四邊斜面與底部塢門檻和導向檻起導向作用，保證浮塢門精確就位坐底[5]。在進行浮塢門關閉施工時，需精確把握浮塢門底部與塢門檻的位置。浮塢門底部與塢門檻匹配示意圖見圖6。

塢門開啟施工流程為，將塢門沉箱從塢口絞拖至寄存區(qū)，步驟與塢門關閉流程相反。

5 塢口止水

塢口止水分為2個部位：塢口底部止水和塢門側面止水。

5.1 塢口底部止水

塢口底板頂部鋪設2條贅止水橡膠（高出橡膠墊3 cm），采用螺栓固定于預埋鋼板上，深塢門坐底與贅止水橡膠壓緊，實現雙向止水。贅止水橡膠布置示意圖見圖7。

圖7 贅止水橡膠雙向止水布置示意圖Fig.7 The layout of贅gasket used to double-way stealing

5.2 塢門側面止水

塢口寬61 m，深塢門寬59 m，深塢門與兩側塢門墩之間存在1 m間距。兩側1 m空隙，通過鋼閘門止水。鋼閘門主體為壁厚16 mm的鋼管，長28.95 m，鋼管海側焊接限位鋼板、深塢側安裝吊耳以便吊裝，鋼管兩側分別焊接止水鋼板，止水鋼板側面焊設加強肋，止水鋼板海側面通長鋪設承壓墊和贅止水橡膠[5]。鋼閘門俯視圖見圖8。

圖8 鋼閘門俯視圖Fig.8 Top view of the steel gate

鋼閘門平時系存于塢門墩側面。蓄水時，通過設置于塢門墩頂部的桅桿吊吊裝。鋼閘門就位后在預緊措施的作用下贅止水橡膠與塢門塢墩止水面貼緊止水。

6 結語

大體積鋼扶壁混凝土組合式浮塢門有效地解決了工廠法沉管預制中深淺塢和外海的隔離，具有操作簡單、安全可靠等優(yōu)點。在港珠澳大橋沉管隧道沉管預制中已成功完成幾十次啟閉過程，施工工藝也得到了不斷的提升和改進，具有廣闊的推廣應用前景。

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