劉凌鋒，陳聰，VAN STEE Joel，姬海，林巍

（1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088；2.中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東 廣州 510230；3.荷蘭特瑞堡公司，荷蘭鹿特丹）

1 背景

港珠澳大橋主體工程海底沉管隧道兩端連接?xùn)|、西兩個(gè)橋隧轉(zhuǎn)換人工島，按雙向六車道、設(shè)計(jì)速度100 km/h的高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，全長(zhǎng)6 704 m，其中沉管段長(zhǎng)5 664 m，分33個(gè)管節(jié)[1-3]。海底隧道最終接頭位于E29和E30管節(jié)之間，開發(fā)了可逆主動(dòng)止水新工法[4-7]。主體結(jié)構(gòu)采用鋼殼混凝土三明治結(jié)構(gòu)，首先在上海的鋼結(jié)構(gòu)加工廠完成鋼殼結(jié)構(gòu)，再運(yùn)輸至隧址區(qū)附近的沉管預(yù)制廠的干塢進(jìn)行高流動(dòng)性混凝土的澆筑。

最終接頭為倒梯形，頂板長(zhǎng)約12 m，底板長(zhǎng)約9.6 m，高11.4 m，斜角6°，橫截面與沉管普通管節(jié)相同。最終接頭三明治主體結(jié)構(gòu)兩端插入可伸縮的小梁結(jié)構(gòu)，小梁端部裝配止水帶，在與主體結(jié)構(gòu)相連的千斤頂頂推作用下實(shí)現(xiàn)可逆式主動(dòng)止水。最終接頭三明治主體結(jié)構(gòu)及可逆式主動(dòng)止水系統(tǒng)見圖1、圖2。

圖1 三明治主體結(jié)構(gòu)Fig.1 Main body of sandwich structure

圖2 可逆式主動(dòng)止水系統(tǒng)Fig.2 Reversible active waterstop system

最終接頭制作完成后，由駁船運(yùn)輸至安裝位置，采用世界最大12 000 t全回轉(zhuǎn)浮吊“振華30”進(jìn)行吊裝[7]。

最終接頭著床后，開始頂推小梁、壓縮小梁端部止水帶進(jìn)行臨時(shí)止水，水密效果直接影響到結(jié)合腔抽水這一關(guān)鍵工序。最終接頭后續(xù)施工期間，結(jié)合腔內(nèi)工作人員多，若止水失效，則帶來生命損失等嚴(yán)重的后果。因此，小梁端部的GINA止水帶止水保證率需要被控制在一個(gè)較高水平。止水關(guān)鍵因素為小梁端部鋼殼的平整度。最終接頭出鋼結(jié)構(gòu)廠，運(yùn)輸?shù)匠凉茴A(yù)制場(chǎng)以后，發(fā)現(xiàn)小梁端部的鋼殼平整度超標(biāo)。而且不平整有可能與以下因素有關(guān)：1）隧道線形E29、E30的偏差；2）E29、E30鋼帽的制作偏差；3）最終接頭安裝偏差；4）小梁端部鋼殼的制作偏差；5）小梁端部的GINA壓縮量等不利因素疊加。

本文討論小梁端部鋼殼的平整度問題分析與處置措施。

2 問題與分析

2.1 問題描述

最終接頭頂推小梁GINA安裝面的平整度是保證GINA止水帶壓縮量并實(shí)現(xiàn)28 m水深防水的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)要求平整度不大于3 mm。

最終接頭運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)后，安裝小梁端部GINA止水帶之前，工區(qū)測(cè)量人員對(duì)小梁頂推伸出31 cm時(shí)的GINA安裝面進(jìn)行平整度測(cè)量，E29側(cè)和E30側(cè)小梁端面分別布置90個(gè)測(cè)點(diǎn)（一圈），發(fā)現(xiàn)安裝面不平整度超標(biāo)，具體測(cè)量結(jié)果如圖3所示。

圖3 小梁Gina止水帶安裝端面平整度測(cè)量結(jié)果Fig.3 Measuring result of flatness of the end face of small beam Gina waterstop

圖3 中的橫軸，0代表小梁端部鋼殼底部的中點(diǎn)，端部鋼殼為閉合多邊形，其它數(shù)字代表順時(shí)針方向行走的距離所指位置。圖3中還顯示了E29-S8節(jié)段鋼帽與E30-S1節(jié)段鋼帽的端面平整度測(cè)量結(jié)果，其平整度值均控制在5 mm以內(nèi)。從圖3中可以看出，最終接頭E29側(cè)小梁端面最大偏差值為+20.2 mm/-18.3 mm，E30側(cè)小梁端面的最大偏差值為+17.1 mm/-12.6 mm，兩個(gè)端面平整度數(shù)值均大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值3 mm。若不處理，可能對(duì)小梁端部GINA止水帶的安裝及其止水效果造成影響，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2.2 原因分析

不平整度超標(biāo)的原因可能有以下幾點(diǎn)：

1）氣溫升降。小梁主要為鋼結(jié)構(gòu)，由于鋼材的熱脹冷縮隨著氣溫的變化較為明顯，所以在小梁的制作過程中，由于氣溫的升降可能導(dǎo)致其端面平整度受到影響。

2）焊接變形。如圖4所示，小梁結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。小梁端面鋼板為分塊焊接拼裝，GINA止水帶安裝端面鋼板后設(shè)有加勁鋼板，與端面鋼板亦為焊接連接。由于焊縫數(shù)量較多，因此，在焊接過程中易引起GINA安裝端面鋼板的平整度問題。

圖4 小梁結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of the small beam

3）小梁端部澆筑混凝土發(fā)熱。為增強(qiáng)小梁端部的剛性，在小梁端部澆筑高流動(dòng)性混凝土?；炷翝仓^程中由于產(chǎn)生水化熱，容易導(dǎo)致GINA安裝端面變形，從而引起平整度問題。

4）小梁因柔性大而產(chǎn)生的變形。小梁為環(huán)形構(gòu)件，一圈長(zhǎng)度約92 m，從其長(zhǎng)細(xì)比來看，小梁為柔性構(gòu)件。小梁安裝及預(yù)應(yīng)力張拉過程，容易造成柔性構(gòu)件的變形。

3 處置措施

因工期緊張，小梁無(wú)法運(yùn)輸回鋼結(jié)構(gòu)廠返工，因而在現(xiàn)場(chǎng)商議處置措施。

3.1 千斤頂強(qiáng)制糾正

首先想到的措施是利用小梁千斤頂?shù)耐屏ψ匀患m偏，即不處置。在現(xiàn)場(chǎng)也做了試驗(yàn)。但是這個(gè)方案存在幾個(gè)風(fēng)險(xiǎn)：1）小梁內(nèi)部千斤頂?shù)臋M斷面布置如圖5所示，結(jié)合圖3所示的測(cè)量數(shù)據(jù)可知，由于GINA安裝端面的不平整度分布規(guī)律與千斤頂?shù)牟贾貌⒉黄ヅ洌?）直接用千斤頂強(qiáng)制糾正小梁端面平整度難度較大，且容易造成最終接頭吊裝前小梁端部初始應(yīng)力過大。3）受壓時(shí)，小梁的剛度與GINA的關(guān)系是串聯(lián)的，也是相對(duì)的，而且小梁的剛度較大，在千斤頂?shù)耐屏ο麓蟛糠值淖冃伟l(fā)生在GINA止水帶上，而小梁則維持原狀；這樣GINA止水帶的壓縮量仍然是不均勻的，所以漏水的風(fēng)險(xiǎn)并沒有得以降低。

因此需對(duì)小梁自身的平整度進(jìn)行修補(bǔ)。

圖5 小梁內(nèi)部千斤頂橫斷面布置圖Fig.5 Jack cross section layout inside the small beam

3.2 鐵膩?zhàn)犹钇教幚?/h3>

對(duì)局部凹區(qū)采用小于10 mm的鐵膩?zhàn)樱ㄔ踊遥┨钇教幚?，相關(guān)技術(shù)要求如下：

1）鐵膩?zhàn)討?yīng)承受GINA止水帶5 MPa壓力；

2）鐵膩?zhàn)硬牧蠎?yīng)與端部基面100%水密粘貼；

3）粘貼后，應(yīng)進(jìn)行打磨或研磨；

4）所有交界面均應(yīng)平滑。

但是，由于鐵膩?zhàn)痈稍锖蠓浅Ｓ玻液穸容^大時(shí)易開裂，裂縫也可能成為漏水通道。

3.3 貼鋼板再打磨

基于測(cè)量結(jié)果對(duì)小梁端部GINA安裝端面局部凹陷部位進(jìn)行焊貼鋼板，再對(duì)焊縫進(jìn)行拋光打磨，如圖6所示。在歐洲某沉管隧道管節(jié)的端鋼殼采用了該方法。

圖6 貼鋼板方案示意圖Fig.6 Schematic diagram of welding steel plate

此方案較為可靠，可使GINA止水帶的安裝端面達(dá)到較好平整度，但鑒于該方案施工時(shí)間太長(zhǎng)，滿足不了工期要求，未被采納。

3.4 貼生橡膠墊片

最終采用的是墊補(bǔ)法進(jìn)行小梁平整度的調(diào)整。即采用不硫化的橡膠板（生橡膠墊片）墊補(bǔ)在鋼板表面，并利用MS-Polymer膠輔助固定。

墊補(bǔ)材料為每層厚度2 mm、硬度大約60～70紹爾的板，每層寬度250～255 mm。鋼板表面至少墊補(bǔ)一層2 mm，局部區(qū)域根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)再墊額外層，最大堆積高度16 mm（共計(jì)8層），搭接部位通過預(yù)壓順滑，搭接長(zhǎng)度不小于100 mm（圖7）。由于生橡膠墊片可能從孔及縫隙中突出，閉合所有縫隙。

經(jīng)比對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)，理論上采用圖3所示的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行墊補(bǔ)厚度的計(jì)算，墊補(bǔ)數(shù)據(jù)、墊補(bǔ)層數(shù)（厚度）見圖8。

圖7 生橡膠墊片及其堆積方案Fig.7 Un-vulcanized sheets of rubber anditsstacking plan

圖8 生橡膠墊補(bǔ)層數(shù)布置圖Fig.8 Number of layers of un-vulcanized rubber

在墊補(bǔ)實(shí)施過程中，以相對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作為分析基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施對(duì)凹處的情況進(jìn)行判斷修正，并在橡膠板墊補(bǔ)過程中應(yīng)做好施工控制，確保質(zhì)量，并注意以下事項(xiàng)：

1）應(yīng)采取措施確保GINA止水帶與墊補(bǔ)橡膠板間密貼，特別對(duì)橡膠板分層過渡區(qū)有無(wú)水通道進(jìn)行核查評(píng)估。

2）對(duì)分段的GINA壓板（含壓塊）間隙進(jìn)行密封處理以防止出現(xiàn)橡膠板受壓變形凸出的情況。

3）在壓塊與壓板之間存在間隙時(shí)，采用加設(shè)不同厚度鍍鋅墊圈（參見圖6）的方式消除。

修補(bǔ)完成之后，額外采用玻璃膠對(duì)可能的滲水通道進(jìn)行預(yù)先的填充，例如生橡膠片的搭接部位形成的臺(tái)階。需注意該措施只適用于臨時(shí)止水方案。

4 實(shí)施效果

處理后，對(duì)小梁端面的平整度數(shù)據(jù)進(jìn)行再次測(cè)量，得出結(jié)果如下：E29側(cè)小梁端面最大偏差值為+11.7 mm/-6.9 mm，E30側(cè)小梁端面的最大偏差值為+13.8 mm/-5.7 mm，較未處理前有明顯降低。

通過對(duì)小梁端部GINA止水帶安裝面平整度的處理，最終接頭頂推止水過程順利進(jìn)行，GINA止水帶充分均勻壓縮，實(shí)現(xiàn)了較好的臨時(shí)止水效果。在管內(nèi)永久連接施工階段（剛接頭焊接），未見漏水，順利完成了從臨時(shí)止水到永久止水的轉(zhuǎn)換。

5 討論

本文以港珠澳大橋?yàn)榘咐懻摿顺凉芩淼拦こ痰亩虽摎さ钠秸葐栴}的分析、處置措施比選及實(shí)施情況。

同時(shí)也提供了一個(gè)典型的風(fēng)險(xiǎn)管理案例，承包商將風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)入施工過程。對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)的完善，都決定了工程的成敗，特別是對(duì)于可逆主動(dòng)止水最終接頭這類新技術(shù)的開發(fā)和實(shí)踐。