劉軒源，許兆勇

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510230）

引 言

沉管隧道管節(jié)預(yù)制質(zhì)量和裂縫控制是沉管隧道施工重要環(huán)節(jié)，也是保證隧道穩(wěn)定運(yùn)行的決定性因素。根據(jù)調(diào)查，目前沉管隧道管段澆筑方法主要有分段分層和全斷面澆筑兩種，一般內(nèi)河沉管隧道采用分段分層澆筑方式，已經(jīng)建成的廣州黃沙隧道、廣州侖頭～生物島～大學(xué)城隧道、廣州洲頭咀隧道及南昌紅谷灘隧道均采用該施工工藝。而外海長(zhǎng)大沉管隧道常采用工廠化全斷面澆筑方式，在建的港珠澳大橋、待建的大連灣海底隧道即采用全斷面澆筑工藝。

隧道沉管段一般采用分段分層澆筑的方式進(jìn)行預(yù)制，每小節(jié)段長(zhǎng)度不超過(guò)20 m，對(duì)單獨(dú)每一小節(jié)，豎向分兩到三次進(jìn)行澆筑，以分兩次居多。兩次澆筑方式：第一次為底板大約2.5～3 m高側(cè)墻和中隔墻；第二次為剩余側(cè)墻、中隔墻和頂板。分次澆筑的沉管節(jié)段，一方面產(chǎn)生溫度應(yīng)力，另一方面上下層混凝土收縮不同步，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮約束應(yīng)力帶來(lái)開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

沉管管節(jié)預(yù)制是隧道施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)縱向分段豎向分層預(yù)制工藝容易產(chǎn)生裂縫，因此采用全截面預(yù)制工藝對(duì)建設(shè)工程質(zhì)量整體水平全面提升，尤其是對(duì)江中沉管段預(yù)制質(zhì)量的提升有其必要性。

推動(dòng)內(nèi)河沉管隧道整體式管節(jié)預(yù)制技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的起點(diǎn)，能提高控裂性能，有效減少 60 %的裂縫，提升整體式管節(jié)預(yù)制品質(zhì)；而且能節(jié)省施工工序，加快施工進(jìn)度，如某項(xiàng)目縱向分段調(diào)整為6段整體預(yù)制后，可節(jié)約工期約90天；同時(shí)裂縫的減少，能降低運(yùn)營(yíng)期維護(hù)費(fèi)用，減少維護(hù)對(duì)運(yùn)營(yíng)期交通影響的需要，預(yù)估在整個(gè)運(yùn)營(yíng)期能減少 50 %的維修更換費(fèi)用，每條沉管能節(jié)約500～1 000萬(wàn)元維護(hù)費(fèi)用。

1 工程概況

車(chē)陂路沉管段隧道總長(zhǎng)492 m，雙向六車(chē)道，共計(jì)4個(gè)長(zhǎng)管節(jié)和1個(gè)短管節(jié)，縱向分4段在南岸獨(dú)立干塢內(nèi)分二次預(yù)制，管段按預(yù)制及浮運(yùn)長(zhǎng)度，管段組為：123+（117+3.5）+123+123 m。由南向北管段編號(hào)為E1、E2-1+E2-2（短管節(jié)）、E3、E4。沉管結(jié)構(gòu)采用單箱三室型結(jié)構(gòu)，橫向總寬度為30.4 m，總高為8.7 m，頂板厚度1.2 m，底板厚度1.2 m，側(cè)墻厚度1.1 m，中隔墻厚度0.6 m，沉管斷面如圖1所示。

圖1 沉管段橫斷面

2 施工場(chǎng)地的布置

根據(jù)本工程管節(jié)數(shù)量、工期要求及干塢規(guī)模進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置，塢內(nèi)兩節(jié)管段同時(shí)預(yù)制，每條生產(chǎn)線上施工防水底鋼板作為底胎模，直接在底胎膜上進(jìn)行鋼筋綁扎、混凝土澆筑等施工作業(yè)。

干塢基坑邊坡頂部設(shè)置 2臺(tái)重型塔式吊機(jī)TC7030B（起重能有效起重跨度半徑約70 m），塢內(nèi)每條生產(chǎn)線布置1臺(tái)25+5 t龍門(mén)吊，共計(jì)2臺(tái)，用于模板裝拆、鋼筋運(yùn)輸及鋼結(jié)構(gòu)安裝等作業(yè)。鋼筋半成品等施工材料通過(guò)平板車(chē)經(jīng)干塢周邊施工便道運(yùn)輸至塢內(nèi)，采用叉車(chē)進(jìn)行塢內(nèi)小型物件轉(zhuǎn)運(yùn)及沉管管內(nèi)材料運(yùn)輸。如出現(xiàn)局部位置塔吊、門(mén)吊無(wú)法覆蓋，使用汽車(chē)吊進(jìn)行配合。

預(yù)制生產(chǎn)線配套設(shè)置鋼筋加工區(qū)、模板車(chē)間、小型鋼結(jié)構(gòu)加工車(chē)間等作業(yè)區(qū)域，并另設(shè)區(qū)域作為員工的生活和辦公區(qū)域。

圖2 干塢預(yù)制場(chǎng)效果

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 全斷面預(yù)制管節(jié)分段方案

為減小混凝土自收縮及避免結(jié)構(gòu)不均勻沉降引起沉管開(kāi)裂，管節(jié)預(yù)制時(shí)，設(shè)置后澆帶分期澆筑，將E1、E3、E4管段每個(gè)施工段長(zhǎng)度設(shè)為16.29 m，E2-1管段每個(gè)施工段長(zhǎng)度設(shè)為15.43 m；E2-2管段不分段，一次性澆筑完成。兩施工段之間設(shè)1.5 m的中間后澆帶，中間后澆帶與管節(jié)施工段間隔足夠時(shí)間（后澆帶一般在兩側(cè)混凝土齡期達(dá)到42 d后再施工，后澆帶混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間不得少于28 d）。

3.2 全斷面預(yù)制模板體系

沉管預(yù)制是整個(gè)隧道工程施工的關(guān)鍵，為控制性工程，經(jīng)過(guò)多方案比選，選定以下方案：每個(gè)管節(jié)預(yù)制時(shí)配備兩套模板，從兩側(cè)向中間推進(jìn)的方式進(jìn)行預(yù)制。單個(gè)沉管具體施工順序詳見(jiàn)圖3。

圖3 單個(gè)沉管施工順序

1）模板體系

模板配置包括4套內(nèi)模、2片側(cè)模和3片端模（包括2片節(jié)段接頭端模及1片配合鋼端殼使用的管節(jié)接頭端模）。

模板配置長(zhǎng)度為17 m，分別于2條生產(chǎn)線澆筑，滿足所有節(jié)段構(gòu)件的生產(chǎn)，模板主要有下列三個(gè)體系組成：外側(cè)模板體系、內(nèi)模臺(tái)車(chē)模板板體系及端模體系。

內(nèi)模由內(nèi)模主桁架、模板排架、模板、液壓頂升系統(tǒng)、液壓橫移系統(tǒng)、縱向（橫向）行走系統(tǒng)組成，全長(zhǎng)17.0 m，分成兩段8.5 m段組合而成；模板主桁架中間設(shè)置兩道底部支撐，兩端帶液壓支腿及螺栓調(diào)節(jié)裝置；模板兩側(cè)設(shè)置液壓裝拆裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝拆模，絲桿撐加固；內(nèi)模通過(guò)主桁架支撐在前后支腿、中間底部支撐，將荷載傳遞到基礎(chǔ)上。中腔內(nèi)模截面小，空間較窄，采用內(nèi)針梁支撐橫向伸縮梁，懸挑內(nèi)模模板，實(shí)現(xiàn)橫向伸縮；內(nèi)模頂部采用鋼板覆蓋，以便簡(jiǎn)易拆裝，底部旋轉(zhuǎn)，以便模板能夠整體下沉；中腔內(nèi)模與兩側(cè)內(nèi)模，采用拉桿對(duì)拉。根據(jù)預(yù)制管節(jié)長(zhǎng)度，側(cè)模整體長(zhǎng)度按照17 m設(shè)計(jì)，采用吊機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)；側(cè)模上倒角設(shè)計(jì)成可翻轉(zhuǎn)開(kāi)合，方便設(shè)置側(cè)墻澆筑，以及模板的清理。模板由面板、內(nèi)楞與外桁架（橫縱桁架）組成，底部基礎(chǔ)設(shè)計(jì)反力橫梁約束模板水平力，底部基礎(chǔ)設(shè)置預(yù)埋套筒螺母，與桁架拉桿連接，提供豎向抗浮反力。端模在混凝土澆筑前運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，主要依靠支撐桿將端模固定牢固。安裝時(shí)由起重設(shè)備進(jìn)行輔助，人工進(jìn)行安裝調(diào)整。安裝總體順序?yàn)閺南碌缴?，先安裝模板構(gòu)件，再安裝支撐桿，最后調(diào)節(jié)、固定，完成端模安裝。

2）鋼筋綁扎

鋼筋籠底板鋼筋綁扎直接在底胎膜上進(jìn)行，鋼筋綁扎前，測(cè)量人員將鋼筋籠特征點(diǎn)放出，經(jīng)過(guò)物理復(fù)核后，方可使用。

側(cè)墻鋼筋高度達(dá)到 6.46 m，進(jìn)行墻體鋼筋綁扎時(shí)需使用鋼筋輔助架。進(jìn)行墻體鋼筋綁扎前，先將輔助架轉(zhuǎn)運(yùn)到位，調(diào)整好完成后，方可進(jìn)行鋼筋綁扎。墻體鋼筋綁扎時(shí)，需要使用龍門(mén)吊配合進(jìn)行鋼筋安裝。

頂板鋼筋綁扎待內(nèi)模安裝到位后，使用內(nèi)模配合進(jìn)行，在鋼筋籠綁扎前，先進(jìn)行綁扎胎架高程調(diào)整、固定。通常為保證模板在使用過(guò)程中不會(huì)受到鋼筋籠的限制，預(yù)高1～2 cm為宜。

3）混凝土澆筑

為減小結(jié)構(gòu)混凝土自收縮及避免不均勻沉降引起開(kāi)裂，管段預(yù)制時(shí)采取設(shè)置后澆帶分期澆筑的方式。管節(jié)制作時(shí)從一側(cè)施工段向另一側(cè)展開(kāi)，依次推進(jìn)澆筑，相鄰施工段混凝土澆筑后不小于42 d齡期，且沉降穩(wěn)定后進(jìn)行后澆帶施工。后澆帶混凝土生產(chǎn)時(shí)，須在外加劑中添加復(fù)合膨脹劑成分，以有效防止后澆帶混凝土收縮產(chǎn)生裂縫。

混凝土的布料分為底板、側(cè)墻和頂板三部分，混凝土布料使用2臺(tái)37 m汽車(chē)泵進(jìn)行。側(cè)、中墻身內(nèi)部設(shè)置下料串筒，保證混凝土不會(huì)因下料高度超過(guò)2 m而產(chǎn)生離析。下料串筒材質(zhì)應(yīng)考慮重量，以便工人在澆筑過(guò)程中可通過(guò)1～2人即可調(diào)整。為此，可采用PE制作。進(jìn)行串筒布置時(shí)應(yīng)考慮每個(gè)下料串筒的下料時(shí)間，每次下料的分層厚度，澆筑功率以及避免出現(xiàn)趕料的情況。同時(shí)在鋼筋籠上合理設(shè)置下人孔，在墻身內(nèi)部設(shè)置振搗通道以便在澆筑過(guò)程中，工人能進(jìn)入到鋼筋籠內(nèi)部進(jìn)行更好的混凝土振搗。下料孔布置詳見(jiàn)圖5。

圖4 沉管混凝土澆筑示意

圖5 下料孔布置示意

3.3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

沉管施工預(yù)埋件較多，可以通過(guò) BIM 技術(shù)進(jìn)行建模，提前找出預(yù)埋件可能存在的碰撞問(wèn)題，并進(jìn)行施工模擬，避免交叉作業(yè)存在的問(wèn)題，對(duì)相關(guān)進(jìn)行工藝優(yōu)化，達(dá)到減少、避免返工。

圖6 沉管BIM建模施工模擬

同時(shí)建好模型后，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題可以質(zhì)量、安全圖釘?shù)姆绞皆?BIM 模型上進(jìn)行標(biāo)識(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全問(wèn)題加強(qiáng)管控，將所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)發(fā)送給負(fù)責(zé)人，提高整改效率，盡可能消除隱患。

此外項(xiàng)目建立了基于 BIM 的信息管理平臺(tái)指揮中心，信息平臺(tái)集成了項(xiàng)目的工期、質(zhì)量安全、工程費(fèi)用及現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控信息，使得管理者能及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的各種信息，對(duì)施工進(jìn)展情況能做到集成化及直觀化，簡(jiǎn)便了現(xiàn)場(chǎng)管理流程。

圖7 質(zhì)量安全圖釘功能流程示意

圖8 指揮中心信息管理平臺(tái)界面

4 結(jié) 語(yǔ)

目前我國(guó)大陸已經(jīng)修建的沉管隧道達(dá)到十幾座，已有的內(nèi)河沉管基本采用分層澆筑的工藝。而在建及準(zhǔn)備建造的沉管也將有十幾座，特別是在廣州地區(qū)就有如意坊隧道、金光東隧道、琶洲東出口接臨港商務(wù)區(qū)過(guò)江通道（琶魚(yú)隧道）、快捷路二期（東沙-石崗）隧道、員村二橫路隧道、馬場(chǎng)路隧道及洛溪島隧道，節(jié)段全斷面澆筑的施工工藝在其控制混凝土施工裂縫方面有其較大的優(yōu)勢(shì)，可為提高國(guó)內(nèi)內(nèi)河沉管整體施工質(zhì)量，可大大節(jié)約全壽命周期的維護(hù)及運(yùn)營(yíng)成本。