[工作精品论文]沉管隧道端钢壳施工技术.pdf

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 沉管隧道端钢壳施工技术沉管隧道端钢壳施工技术 陈坦 顾桃源 （中交四航局二公司洲头咀项目部 广东 广州 510300） 摘摘 要：要：水下沉管隧道收到越来越多国家的重视，正逐渐发展成为水下大型隧道工程的首选。沉 管隧道的各个管节间需要利用接头来连接。端钢壳作为半刚半柔接头、柔性接头和半刚性接头必 要组成部分。本文介绍了沉管隧道端钢壳的施工方法，对端钢壳的施工要点进行了探讨。得到几 点有益的经验，可供业界参考。 关键词：关键词：沉管隧道 端钢壳 technical summary of side steel shell at immersed tube tunnel chen tan gu tao yuan (the second construction company ltd of ccc fourth harbor engineering co. ltd, guangzhou 510300, china) abstract：the immersed tube tunnel on waters has been attracted attentions by many countries in the world and gradually considered as the first choice for construction of large tunnel on waters. for the each element of immersed tube tunnel use joint to connect. side steel shell is considered as the necessary part of the semi-rigid semi-flexible joints、flexible joints and semi-rigid joints. this paper presents the installation technology of side steel shell in immersed tube tunnel. this paper explores the essentials for side steel shell, some helpful experience is summarized and can be reference to the same sectors. key words：immersed tube tunnel； side steel shell 1 引言 沉管隧道是将若干预制的管段运至设定的水下基槽内，组合安装成连接水体两端路上交通的 隧道型交通运输载体。沉管隧道的各个管节间需要利用接头来连接。端钢壳作为半刚半柔接头、 柔性接头和半刚性接头必要组成部分。它由钢板、型钢焊接而形成强度、刚度均较大的钢构件， 且其端部作为可用以安装 gina 止水带和 omega 止水带。 沉管端钢壳的安装尺寸最终影响到管 节的制作尺寸，端钢壳误差在 03mm 内，精度要求高，采用哪些措施来达到目标是本文的主要 内容。本文中主要介绍了端钢壳结构、端钢壳制作安装所在的场地、设备、分段、支撑、测量等 内容，总结了沉管端钢壳的制作安装要点，为沉管技术人员提供一定的经验参考。 2 工程概况 广州市洲头咀隧道工程沉管采用混凝土管段，分 5 节进行预制，所有管节分两批在芳村干坞 内预制，各管节水平投影长度分别对应为 85m、85m、79.5m、3.5m、85m，管段纵剖面图见图 1。 沉管横断面为两个车道廊和中隔廊组成的方箱型钢筋混凝土框架结构，见图 2。 3 端钢壳结构 沉管端钢壳安装于每节沉管的两端头， 由 16mm 厚钢板焊接成 h 型， 翼板和腹板角度与沉管 外轮廓尺寸和安放角度有关。端钢壳接头处见图 3。端钢壳的面板、分隔板同样采用 16mm 厚钢 板，加劲板采用 10mm 厚钢板。端钢壳面板和腹板之间灌注水泥砂浆。 作者简介：陈坦（1983-），男，助理工程师，从事港口、市政施工技术管理工作。 - 210 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 图 1 管段纵剖面图 1503015030 1505015050 1505015050 3030 1503015030 3030 968 130708130 180215102931080180 11013201718701407013201718110 图 2 沉管横断面图 图 3 沉管端钢壳示意图 4 端钢壳制作安装要求 4.1 几何尺寸要求 端钢壳安装于沉管的两端头，沉管制作几何尺寸要求反映在端钢壳的制作上。端钢壳制作几 何尺寸允许误差： 外包宽度4mm；外包高度3mm； 面板不平整度3mm；每延米内不平整度1mm。 4.2 安装精度要求 端钢壳的安装及面板安装精度要求 端钢壳的安装应分两步进行，根据定位图先将除面板外的端钢壳与主体连接浇注，待稳定后 再根据定位图焊接端钢壳面板，保证面板安装精度满足以下要求： - 211 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 横向垂直度（左、右侧墙上端钢壳面板外缘两点之差）3mm； 竖向倾斜度（顶、底板外端钢壳面板外缘两点之差）3mm。 4.3 空腔灌浆 端钢壳腹板和面板之间的空腔采用 m40 水泥砂浆灌浆，灌注压力控制在 0.30.5mpa； 水泥砂浆的收缩率不得大于 210-4，膨胀率不得大于 4.510-4； 水泥砂浆灌注从下至上，从中间至两边，分步对称缓慢均匀进行。 每一隔腔的灌注应待其相应的排气孔持续出水泥浆 5 秒后方可封闭排气孔，封孔后持续加压 灌注 1020 秒后方可封闭灌注孔。 灌注过程应作好记录，对每隔腔实际灌注量和理论体积应逐一比较，如发现出入应找出原因 并采取措施，保证水泥砂浆的密实。 4.4 止水带安装要求 端钢壳不仅受控于沉管尺寸，制作和安装还需满足 gina、omega 止水带的安装要求。 在安装 gina、omega 止水带前需在端钢壳上钻孔，钻孔时应严格按设计要求进行，为保 证每组压块、抗剪块及其所在位置处的端钢壳面板能顺利安装，钻孔时可以用样板钻孔或进行配 钻。 为了保证止水带安装质量，应选用 1 米长的端钢壳面板相应的压块、抗剪块、螺栓、螺母等 进行预压、预紧试验, 安装时参照厂方安装说明进行。 在起吊安装 gina 止水带前，在运输过程中为了防止碰撞等对 gina 止水带的损坏，在端钢 壳上安装保护装置，具体装置严格按照设计图纸。 安装 gina、omega 止水带时，需对每个螺栓施加预紧力后，应将螺栓、垫块连同压块互 相点焊，螺栓安装前应上防锈油。抗剪块、压块应上漆，漆种与端钢壳相同。 5 沉管预制场地基础情况 沉管底基础自上而下是 150mm 厚 c30 混凝土、150mm 厚级配碎石、基岩。端钢壳临时支撑 安装前充分考虑场地基础情况。 6 现场起重设备布置 干坞预制场配备的起重设备是一台 150t/m 的塔吊和一台 20t 门式起重机。 150t/m 的塔吊安装 于干坞的北侧。20t 门式起重机横跨沉管预制场地，轨距 44m。 沉管端钢壳从加工厂运至现场后，用塔吊将需要安装的端钢壳分段吊到坞底近门吊北侧支腿 内侧，端钢壳分段安装时用门吊吊装。 7 沉管端钢壳施工分段 沉管端钢壳在加工厂加工完成后，用 13 米长、2.3 米宽的平板车公路运输到现场。沉管尺寸 分段依公路运输要求和干坞预制场吊装设备配备情况分成 6 段。最大端钢壳分段质量近 3850kg， 重约 38kn。 - 212 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 54 6 3 12 图 4 沉管端钢壳分段布置示意图 8 端钢壳安装流程 按照设计意图，端钢壳制作共分为 2 种完成型式部件进行加工，分为 h 型钢和钢面板两种。 工字钢与端头混凝土一起浇筑，待混凝土收缩后即可焊接钢面板。整体施工流程见图 5。 端钢壳安装场地测 标高、整平 下层端钢壳分段拼 焊 端钢壳分段运至现 场，覆盖存放 起吊端钢壳分段到 安装位置 下层端钢壳与临时 支撑加固 下层端钢壳安装验 收 下层端钢壳临时支 架安装 沉管底板砼浇筑 起吊上层端钢壳到 安装支架 上层端钢壳分段拼 焊 上层端钢壳与临时 支撑之间加固 端钢壳分段测量定 位 上层端钢壳临时支 架安装 沉管顶板砼浇筑 端钢壳分段拼焊前 测量定位 下层端钢壳临时支 撑拆除 端钢壳面板安装后 复测 端钢壳面板安装 下层端钢壳位置复 测 上层端钢壳位置复 测 上层端钢壳临时支 撑拆除 端钢壳空腔灌浆 端钢壳空腔灌浆后 复测 图 5 端钢壳安装流程图 9 测量 9.1 安装测量 端钢壳安装的整个过程采用全站仪控制，主要以假定面法控制翼板边缘点等特征点的安装。 在施工过程的过程中假定一个垂线面，然后计算每段端钢壳至假定面的相对距离。在端钢壳安装 的过程中，摆设一台全站仪，在端钢壳附近设置假定竖直面。采用高精密度卡尺量取端钢壳至假 - 213 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 定面的距离进行安装。如图 6 所示。 图 6 端钢壳安装测量放样示意图 在端钢壳安装的过程有存在着许多不可预测的因素，如阻挡物过多，将给假定面的定位造成 干扰，为使安装过程能顺利完成，将在假定面上作六个控制点保证通视。在干坞底上布设三个点 （两边点和中心点） ，在干坞冠梁顶上布设三个点（两边点和中心点） 。 9.2 校核测量 端钢壳安装过程中采用上述相对距离量取方法中，难免会出现一些人为的误差。为保证安装 的正确性，将采用相对距的校正。在假定面与端钢壳边沿线上架设仪器，测量假定面至端钢壳的 相对距离是否与计算值一致。 10 端钢壳临时支撑 根据沉管分层浇筑工艺，端钢壳安装分上、下层，因此临时支撑亦分为上、下层。临时支撑 大样见图 7 和图 8。沉管端钢壳安装定位后，端钢壳与临时支撑之间用钢板焊接加固。 图 1 下层支架立面图 - 214 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 图 2 上层端钢壳支架立面图 11 端钢壳面板安装方法 端钢壳面板用于安装 gina 止水带和沉管接头止水，安装精度要求高,每道工序应控制好精 度和尽可能减少焊接变形。用于 gina 止水带安装的端钢壳面板须严格控制 gina 紧固件开孔上 下排、左右列的轴线间距，如不按图纸控制，将严重影响到 gina 止水带的安装。 1. 拆除工装支架，并搭置安全的施工平台。 2. 清理干净端钢壳内残留的混凝土、锈块等杂物。 3. 测量检查端钢壳在浇筑混凝土后的变形情况。 4. 在端钢壳的上下翼缘每隔 2 米焊接一块小钢板用于端钢壳面板安装时定位。 5. 使用全站仪根据假定竖直面定出端钢壳面板的安装线,将安装线划在端钢壳的上下翼缘 的焊接钢板上。 6. 在端钢壳翼缘内侧每隔 1 米上下各焊接一块定位板，根据假定面到端钢壳面板之间的距 离定制定位板的外露端头的位置。 7. 端钢壳面板板安装顺序是从中间向两边，从下而上进行。 8. 将端钢壳面板吊入卡码中，在端钢壳的上翼缘再焊接两个卡码卡住止水板，卸下吊卡， 用卡码和铁楔固定好面板。 9. 实时测量面板与安装线之间的距离，每延米间用钢直尺检查平整度。面板准确到位后将 面板与翼板之间进行定位焊。定位焊须保证牢固，无缺陷，间距 200300mm。 10. 临时封堵端钢壳上的注浆孔和排气孔，防止雨水和杂物进入即将满焊的空腔内。 11. 面板与端钢壳翼板焊接前必须将焊缝周围清洁干净，先焊接头隔板处的塞焊。再以中向 两边逐段焊接，先打底，清洁后再焊。 12. 第一块面板焊完后，测量其变形情况，确认施工方式能达到要求后再装焊其它止水板。 边装焊边测量，保证精度要求。 由于端钢壳上焊接了很多特种螺栓,每个螺栓上必须用塑料套管或其它包裹保护.在沉管段各 个施工单位的整个施工过程中,螺栓应重点保护,不得有损毁、撞击、挤压、加热、碰电、绑扎等 - 215 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 有损螺栓的现象发生。 12 端钢壳施工注意要点 12.1 测量 沉管端钢壳起到保证管节两端面平直度达到设计允许误差要求的作用， 端钢壳安装精度不仅 影响着管节预制完成后长度的精度，还影响到 gina 止水带的安装精度。所以测量工作是端钢壳 安装甚至是沉管预制的首要控制点。 不仅在沉管预制场地干坞的施工前要进行施工场地的控制点复测、 仪器复验， 在端钢壳 安装前后都要进行施工场地的控制点复测，确保测量控制点的精度。 在端钢壳安装过程存在以下工况都要进行必不可少测量放样和复测工作， 并形成完整的测量 数据供前后比较。 1. 端钢壳定位安装前； 2. 各构件定位安装后构件之间焊接前； 3. 沉管分段钢筋绑扎后； 4. 沉管侧模模板安装后混凝土浇筑前； 5. 沉管分段混凝土浇筑后端钢壳面板安装前； 6. 端钢壳面板定位安装后焊缝满焊前； 7. 端钢壳面板焊缝满焊后端钢壳空腔灌浆前； 8. 端钢壳面板空腔灌浆后； 9. gina 止水带安装时。 这些过程测量数据是调整端钢壳几何变形偏差、检查干坞基础有无沉降的重要依据。 12.2 端钢壳预制 端钢壳预制前使用钢结构详图软件，如 tekla 先建模检查端钢壳各构件和沉管主体尺寸匹配 的情况，检查止水带转角压条的匹配情况, 有无螺栓孔和灌浆孔之间位置冲突的问题。 端钢壳预制分段考虑依据是沉管预制现场的吊车起重能力和端钢壳从加工厂到现场运输工 具的能力。 端钢壳加工完毕后， 须对端钢壳上的螺帽等孔洞进行封堵， 防止在混凝土浇筑时混凝土浆液 流入孔内造成堵孔。 12.3 端钢壳安装 端钢壳临时支撑关系到端钢壳在混凝土浇筑后的变形情况， 支架设计须确保端钢壳在混凝土 浇筑后不变形。 端钢壳临时支撑布局设计时应考虑支撑与沉管模板之间的距离， 防止因缺乏考虑造成实际支 撑安装时，支撑受到沉管预制用的台车模板阻碍。 一套端钢壳预制和现场安装的工期在 60 天左右，管节预制前须提前做好端钢壳的预制计划 以免影响关键工期。 沉管预制前须对预制场地做坞底处理， 所以在坞底处理前须完成端钢壳安装临时支撑选型以 及结构计算，确定端钢壳安装临时支撑的结构形式，确定临时支撑固定需要的底钢板大小和锚固 深度。在干