港珠澳大桥岛隧工程沉管预制顶推技术

杨红，王李，刘然

（中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121）

1 工程概况

港珠澳大桥岛隧工程海底沉管隧道总长度为5 664 m，由33个管节组成，其中直线段管节28个，曲线段管节5个，曲率半径5 000 m。管节采用两孔一管廊截面形式，宽3 795 cm，高1 140 cm。单个标准管节长180 m，由8个长22.5 m的节段组成。混凝土强度等级为C45（28 d）、C50（56 d），单次混凝土浇筑方量约3 400 m3，是迄今为止世界上规模最大的沉管隧道工程。

沉管预制采用工厂法节段匹配顶推施工[1]：在浇筑台座完成1号节段施工，待节段混凝土达到顶推强度后，将管节向前顶推22.5 m，即单个节段长度，匹配浇筑2号节段；2号节段达到顶推强度后，连同1号节段再向前顶推22.5 m，匹配浇筑第 3号节段；以此类推完成 8号节段的浇筑，并最终将8个节段组成的管节向前顶推约130 m至浅坞区，进行后续舾装横移工作。管节顶推采用水平向及竖直向的千斤顶在4条分别位于两个侧墙和两个中隔墙下方的滑移轨道上顶推滑移。顶推技术常用于桥梁施工[2-4]，沉管顶推系统在国内尚属首次使用。

2 节段顶推系统

2.1 垂直支撑系统

每条轨道上6台支撑千斤顶，每个节段由4×6=24台支撑千斤顶支撑，见图1。垂直支撑千斤顶的位置被均分为等距的3.75 m，起始位置从各自节段端面1.875m开始。1个沉管节段共8个管节，共有8×24=192台支撑千斤顶。沉管管节总重约72 000 t，故每个千斤顶承重72 000/192=375 t。根据VSL相关计算书，采用载荷能力为8 500 kN千斤顶，安全系数为2.391，能在半数千斤顶失效的情况下确保结构安全。

图1 单个节段千斤顶布置图Fig.1 Single segmental jack arrangement

垂直支撑千斤顶安装有蓄能器，蓄能器里充填非活泼性的氮气；蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置，当出现漏油、卸压严重时，蓄能器可以及时对系统补给压力，对垂直支撑系统起到保护作用。

2.2 顶推系统

每个节段由各条轨道上2套顶推单元顶推。顶推单元安装在最前和最后2台支撑千斤顶之间，见图1。每套顶推单元由1对长行程顶推千斤顶组成，该千斤顶类型为HZP40/17-850，设计顶推力为395.8 kN，16个千斤顶顶推力总和大于所受的摩擦力，行程850mm。顶推千斤顶一端是由1对反作用连接销承载，并固定在垂直支撑千斤顶的顶板。顶推千斤顶的另一端（活塞端）使用销轴与包含有反力座的顶推支架连接，用于传递顶推力至滑移梁两侧垂直板的凹槽内。滑移梁垂直板的凹槽中心点间距为750 mm。因此，节段顶推中每次移动的距离为750mm。

2.3 滑移系统

滑移系统主要是由滑板和轨道组成。轨道为钢混组合结构，由混凝土、灌浆层、钢板组成，总长约320 m。由于轨道在高荷载作用下会导致轨道接头处灌浆层发生破坏或轨道钢板裂开，最终在接头处出现明显高差，导致支撑千斤顶经过接头时滑板受损严重。为解决该问题，采取再次注浆处理。经设计验算和工艺试验，将顶推轨道接头焊接连接成3段（浇筑区至浅坞门分为1段、浅坞区分为2段）。浅坞门段为活动块，安装时严格控制轨道面高程，与固定轨道梁的接头控制为后高前低状态以避免造成滑板受损。采用PTFE滑板，考虑安全储备，故摩擦系数取为0.07。

2.4 监控与纠偏系统

监控系统主要以测量监控为主，顶推控制系统监控为辅，纠偏系统采用导向装置纠偏。

2.5 系统安装

垂直支撑系统和顶推系统全部连接在顶板上，顶板是底模的一部分。顶板有3种类型，拼装完毕后，安装到滑移梁上。顶板类型1安装6块，顶板类型2安装2块，顶板类型3安装16块。顶板类型1和顶板类型2的唯一区别是没有侧导向千斤顶。

2.5.1 顶板类型1

组成部分有：2件底板、2套支撑千斤顶以及长顶板类型1、顶推千斤顶2套以及顶推架、液压装置，主要构配件见表1。

表1 顶板类型1的构配件Table1 Roof type1 componentsand parts

2.5.2 顶板类型2

组成部分有：2件底板、2套支撑千斤顶以及长顶板类型2（用于侧导向装置）、顶推千斤顶2套以及顶推架、液压装置，主要构配件见表2。

表2 顶板类型2的构配件Table 2 Roof type2 com ponentsand parts

2.5.3 顶板类型3

组成部分有：1件底板、1套支撑千斤顶以及短顶板类型3、液压装置，主要构配件见表3。

表3 顶板类型3的构配件Table 3 Roof type 3 com ponentsand parts

3 液压系统

液压系统由垂直支撑液压系统、顶推液压系统和控制系统3部分组成。

3.1 垂直支撑液压系统

每节段1条滑移梁上布置6个垂直支撑千斤顶。将1、3、5千斤顶用油管串联成A路，2、4、6千斤顶串联成B路，A路和B路连接到油泵上，见图2。

图2 单条轨道上的垂直支撑液压布置Fig.2 Verticalsupporthydraulic arrangementon the single track

支撑液压系统按照三点构成一平面的几何原理进行布置，如图3所示。虚线区域内的垂直支撑千斤顶油管与其他区域隔断，自身区域内A路和B路分别串联在一起，连接到同一个油泵，千斤顶油压相同。因此支撑液压系统需要3台油泵，分别是1台EHPS12MS和2台EHPS6MS。其中EHPS12MS连接区域1中的油管，EHPS6MS连接区域2和3中的油管。

图3 垂直支撑三点布置Fig.3 Three-point layoutof verticalsupport

3.2 顶推液压系统

每节段1条滑移梁上布置4个顶推千斤顶。顶推千斤顶为双作用油缸，将进油口用油管串联在一起，回油口用油管串联在一起，并连接到油泵EHPS24MS或EHPS24MSR上。1个顶推油泵可连接1条滑移梁上最多两节段的顶推油泵，而其中油泵EHPS24MSR必须安装在新浇筑节段。因此8个节段时，需要12台EHPS24MS和4台EHPS12MSR。

3.3 控制系统

1个控制箱最多能收集1条轨道上两节段的传感器电子信号——支撑千斤顶油压和油缸行程、顶推千斤顶油压和油缸行程、顶推油泵的电机频率和油压等。控制箱串联在一起，最终将所有的电子信号汇总到主面板控制箱。在控制箱的触摸显示屏中，可以直观地观察到整个顶推系统的参数状态，并及时根据参数进行调整控制。

4 施工步骤

4.1 新节段的重量90%荷载转移

1）按照要求连接辅助支撑装置与垂直支撑装置，松动千斤顶截止阀的接头，启动油泵并排除油管内的空气后，再次拧紧。

2）打开所有新节段千斤顶的截止阀（并与旧节段油管截断）。

3）用EHPS12MS分步加压从5 000 kN/m2（50 bar）至90%的节段重量。

4）关闭所有支撑千斤顶的截止阀并锁定螺母。5）释放辅助支撑装置的压力。

6）从千斤顶上拆除包括辅助支撑装置的油管和截止阀。

4.2 打开模板

确认荷载加至90%后，打开模板，完成底模拆模。

4.3 安装顶推千斤顶油路和控制设备

按照图纸将顶推千斤顶油路及电子控制设备连接起来，并进行调试。调试完毕后，荷载加载到100%。

1）打开旧节段纵向接头上所有的针式阀门。

2） 将区域2和区域3中的油管按A路和B路连接到油泵EHPS6MS，如图2或图3。

3）打开油泵和支撑装置之间的截止阀。

4）分节段加压从5 000 kN/m2（50 bar）至90%的节段重量。

5）打开千斤顶处的截止阀。

6） 区域1的EHPS12MS以及区域2和区域3的EHPS6MS的3台油泵共同加压到100%，致使螺母松动。

7） 旋转螺母，使其与垂直支撑千斤顶有5 mm的空隙。

4.4 参数设置

在顶推过程中，所有的数据将在控制系统的触摸屏上显示，所有数据都设有“警告”限值，如果数据超出规定的“警告”限值，将会出现警告信号。

节段顶推前，需对所有参数进行设置，如表4。

表4 顶推系统各参数设置Table4 The parameters setof pushing system

管节的侧向位置在触摸屏幕上无显示，故侧向位置在顶推过程中需要由测量人员进行监控，如果偏离过大需按照侧导向调整指导书进行调整。需要特别注意的是有些数据可能需要依照滑动轨道的实际条件进行调整。

4.5 顶推到设计距离

1）调试完毕后，启动控制系统，开始顶推。

2）按下“回缩”按钮，使顶推千斤顶回到开始位置，检查所有的顶推千斤顶是否回程到位（在屏幕上显示），检查所有的反力座是否处于工作状态（在屏幕上指示）。

3） 按下 “伸长”按钮，当顶推千斤顶的压力到达预先设置值时，系统将会自动停止。

4） 按下 “伸长”按钮，开始顶推，当到达预设的顶推距离后，系统将会自动停止。

5）按下“回缩”按钮使顶推千斤顶回缩。

6） 重复以上步骤，每次顶推750 mm，直至完成顶推距离。

5 结语

管节顶推在管节预制生产中占至关重要的地位，为此在施工中必须高度重视安装、调试和运行中的每个环节和细节，否则会带来许多问题，如沉管的开裂、模板匹配困难、顶推作业无法顺利进行等。加强对沉管预制顶推的步骤控制，才能有效保证顶推的顺利完成以及确保沉管质量和人员安全。

[1] 李惠明，梁杰忠，董政.沉管预制混凝土施工工艺比选[J].中国港湾建设，2013（4）：57-62.LIHui-ming,LIANG Jie-zhong,DONG Zheng.Comparison and selection of technologies for prefabrication of immersed tube sections in factory[J].ChinaHarbour Engineering,2013(4):57-62.

[2] 崔科宇.多点曲线连续顶推技术[D].成都：西南交通大学，2003.CUI Ke-yu.Construction technology ofmultiple points curve successive launching[D].Chengdu:Southwest Jiaotong University,2003.

[3] 杨沪湘.预应力连续梁顶推技术的成熟[J].公路，2001（3）：14-20.YANG Hu-xiang.Mature of incremental launching technique of prestressed continuousbeams[J].Highway,2001(3):14-20.

[4]胡指南.沉管隧道节段接头剪力键结构形式与力学特性研究[D].西安：长安大学，2013.HU Zhi-nan.Research onmechanic chracteristicsand structuresof section jointshear keyson immersed tube tunnel[D].Xi'an:Chang′an University,2013.