大型沉管端钢壳施工工艺比选

张文森，黄文慧

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300）

1 工程概况

端钢壳安装在沉管管节的2个端头，与管节混凝土浇筑为整体，其施工方法有一次整体浇筑的一次成型和分段施工的二次成型，一次成型适用于工法厂管节预制，二次成型适用于管节干坞法预制。本文阐述的一次成型端钢壳施工工艺主要借鉴港珠澳大桥岛隧工程，二次成型施工工艺主要参考洲头咀隧道工程。

港珠澳大桥海底沉管隧道全长5.664 km，由33个管节组成，共34个管节接头，标准管节长180 m，宽37.95m，高11.4m，采用两孔一管廊截面形式，端钢壳采用一次性整体浇筑形式，有两种类型：A型（共34套）、B型（共32套），端钢壳尺寸为650 mm×280 mm的L形截面，主要由端部面板（24 mm×620 mm）、翼缘板（30 mm×280 mm）、加劲板及连接焊钉（φ25 mm）组成，端钢壳断面图如图1所示。

图1 一次成型端钢壳断面图Fig.1 Section ofone-stepmolding steelshell

洲头咀隧道工程沉管段全长340 m，预制混凝土沉管数量为5节，各管节水平投影长度分别为85 m、85 m、79.5 m、3.5 m、85 m，宽 31.4 m，高9.68m，端钢壳共10个，采用在干坞预制的方法。二次成型端钢壳断面图如图2所示。

图2 二次成型端钢壳断面图Fig.2 Section of two-stepmolding steelshell

2 一次成型端钢壳施工工艺

一次成型端钢壳是指管节端钢壳采用整体式设计，在管节混凝土浇筑时安装就位并调整到设计要求的精度，管节预制完成后即可使用，无需进行面板安装、灌浆及防腐等二次施工[1-2]。施工工艺流程：端钢壳制作→端钢壳拼装→端钢壳安装固定→端钢壳调整→端钢壳防腐。

2.1 端钢壳制作

为提高端钢壳的加工制作精度，单个端钢壳由专业钢结构制作厂家分14块在工厂内制作，如图3所示。为方便制作过程的变形控制，端钢壳所有材料均使用数控下料，采用专业工装拼装固定后再进行分段焊接成型。考虑到沉管预制在岛上施工，为保证端钢壳对接接头的焊接质量及控制单块构件的变形，在考虑构件装车运输全体下，将部分较小的端钢壳加工成型后对接成整体，减少后期现场拼装、焊接的工作量。根据端钢壳加工分块的特点，到达预制厂时为10大块。

2.2 端钢壳拼装

端钢壳拼装分为三部分，一是在工厂内预拼装，二是在预制厂拼装场地拼装，三是在预制厂厂房内拼装。预制厂拼装场地拼装指端钢壳运输到达预制厂后，为减少安装对接的工作量，加快端钢壳安装进度，在拼装场地专用拼装台座上，提前将B1+B2、B3+B4、B9+B10对接成整体再运输至预制厂厂房内，拼装完成后，端钢壳共分为7块。

图3 端钢壳加工分段图Fig.3 Steelshellprocessing section

预制厂厂房内拼装指在端钢壳安装前，提前将端钢壳转运至厂房内，将（B1+B2+B3+B4）、（B7+B8+B9+B10+B11+B12）在厂房内进行拼装、焊接、调整平整度，提前对焊接点进行焊缝检测，以减少在钢筋笼上的对接工作量，拼装完成后，端钢壳共分为4块，分别为底板1块、墙体2块、顶板1块。

2.3 端钢壳安装固定

顶板钢筋绑扎完成后，为便于端钢壳安装，提前将钢筋笼向前顶推1 m，在测量放样出端钢壳定位基准线后开始安装。端钢壳安装采用先底板、后侧墙、再顶板的安装顺序，对底板端钢壳与墙体端钢壳接头进行对接、焊接及打磨。顶板端钢壳安装前，提前对底板与墙体接头平整度及焊缝进行检测，再根据测量台架上的放样点，安装顶板端钢壳，并固定于钢筋笼上，随钢筋笼一起顶推至浇筑坑，如图4所示。

图4 端钢壳与钢筋笼一起顶推Fig.4 The steelshellpushesw ith steelcage

2.4 端钢壳调整

端钢壳调整共分为3个阶段：体系转换后、模板安装后、混凝土浇筑过程中。

钢筋笼顶推至浇筑坑，完成体系转换后，通过全站仪测量，按底板、侧墙、顶板的顺序，采用手拉葫芦将端钢壳整体初调至基准线。

端钢壳初调到位，安装模板端模系统，通过端钢壳与端模支撑系统上的定位螺栓对端钢壳进行精调，并调节端模支架的支撑螺栓，使支撑与端钢壳紧贴、固定。仔细检查各支撑螺栓的预紧状况，然后再次对端钢壳进行全面复测，确认平整度满足要求后，用角钢将端钢壳与钢筋笼进行焊接加固。

在管节混凝土浇筑过程中，对端钢壳进行全过程实时监测[3-4]，根据测量数据通过调节支撑螺栓对端钢壳的平整度进行微调，确保端钢壳质量。

2.5 端钢壳防腐处理

端钢壳除在钢结构厂内进行防腐处理外，在管节顶推到浅坞，完成预应力施工后，对所有焊接位置及表面重新进行防腐处理，端钢壳防腐按永久钢结构等级标准执行，采用热浸锌70μm重度防腐涂装，并在底板内侧钢结构上附加牺牲阳极保护，外侧设置5 mm预留腐蚀厚度。

3 二次成型端钢壳施工工艺

二次成型端钢壳指在管节混凝土浇筑时先安装端钢壳主体结构，等管节预制完成后再整体安装端钢壳面板，最后需在端钢壳主体与面板之间灌注高强砂浆。端钢壳的现场安装分3次进行：第一次在浇筑混凝土底板前安装下段，第二次在浇筑上层结构前安装上段，第三次是待混凝土充分固化后安装端钢壳面板。二次成型端钢壳施工工艺流程为：端钢壳制作→端钢壳下段工字钢安装→端钢壳上段工字钢安装→端钢壳面板安装→端钢壳防腐→端钢壳注浆。

3.1 二次成型端钢壳制作

二次成型端钢壳工字钢及钢面板分开加工制作，考虑到端钢壳整体尺寸、加工误差、运输便利、现场拼装和精度控制等因素，将工字钢分9段加工，钢面板按设计图纸分块加工制作。

3.2 二次成型端钢壳下段工字钢安装

在进行端钢壳下段工字钢安装前，先进行测量放线，再将端钢壳下段工字钢吊至安装位置，以中心线、半宽/全宽轮廓线定位，直立面用线锤吊点定位和照对边墙上的斜度线进行粗安装。粗安装完成后，安装支撑台架。支撑台架除了支撑端钢壳外，同时提供安装端钢壳的操作平台，并能夹紧端钢壳半成品部件，使半成品固定在正确的位置上，安装支撑架还要抵抗浇筑混凝土时的侧向推力。

支撑台架安装完成后，将直立面与支撑台架和沉管侧板固定，下梁的下翼缘固定于沉管底板和现场预埋件上，上翼缘按照现场预埋件的间隔固定于短柱上，固定完成后，进行端钢壳下段工字钢的精调和沉管底板混凝土的浇筑。

3.3 二次成型端钢壳上段工字钢安装

底板混凝土浇筑完成后，开始安装端钢壳上段工字钢，首先在支撑台架上标注端钢壳安装线，复核其半宽、全宽、高度、对角尺寸的正确性，将两侧的端钢壳根据倾斜度进行固定，然后将上面水平两段安装固定在支架上，用测量仪整体测量端钢壳的平整度和倾斜度，再焊接必要的定位马板和准备必要的定位工具固定整个端钢壳。

整个端钢壳固定后，先将两侧的拼缝焊接好，再依次焊接剩余的3个接头，待UT探伤检验合格后进行侧墙和顶板混凝土浇筑。

3.4 二次成型端钢壳面板安装

待侧墙和顶板混凝土浇筑完成后，即可开始进行端钢壳面板的安装。首先用测量仪检查端钢壳在浇筑混凝土后的变形情况，用测量仪定出止水板的安装线，将安装线用洋冲孔打在端钢壳的上下翼缘上；其次在端钢壳H钢的下翼缘焊接2个卡码，用吊码将止水板吊入卡码中，在端钢壳H钢的上翼缘再焊接2个卡码卡住止水板，卸下吊卡，用卡码和铁楔固定好并点焊；最后采取从中间向两边、从下而上进行的安装顺序，将已焊好螺栓并开好焊接坡口的止水板吊装定位，顶紧于定位板上，并随时检查与安装线的对应，每延米间用钢直尺检查平整度。定位焊应牢固，无缺陷，焊接前将焊缝周围清洁干净，先焊接头隔板处的塞焊，再从中间向两边逐段焊接。

第一块止水板焊完后，测量其变形情况，确认施工方式能达到要求后再装焊其它钢面板，过程中边装焊边测量，保证精度要求。

3.5 二次成型端钢壳防腐

端钢壳制作安装完成后，进行防锈、防腐蚀处理，防腐涂层包括端钢壳面板施工完成以后所有的外露表面，首先进行一道底漆施工，采用702环氧富锌底漆（20μm厚），再进行2道防锈漆施工，采用846环氧沥青厚浆型防锈漆（250 μm 厚）。

3.6 二次成型端钢壳注浆

在端钢壳面板姿态和平整度复测满足要求的情况下，进行端钢壳注浆，端钢壳注浆采用M40水泥砂浆，将端钢壳腹板和面板之间的空腔填充，灌注压力控制在0.3～0.5 MPa。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流出水泥浆5 s后方可封闭排气孔，封孔后持续加压灌注10～20 s后封闭灌注孔。注浆完成后，及时将注浆孔及排气孔封焊，并将焊疤打磨平整。

4 工艺比选

通过以上一次成型和二次成型的工艺分析可知，一次成型端钢壳存在施工费用低、施工工期短等优点，适用于工厂化、流水施工管节预制；二次成型施工工序繁杂，施工工期较长，施工费用较高，适用于分段施工的干坞预制。以下从施工方法、施工成本、施工工期、质量控制和安全保证等方面进行对比分析，详见表1所示。

表1 一次成型与二次成型端钢壳施工工艺对比Table1 Contrastofone-stepmolding and two-stepmolding steelshellconstruction technologies

5 结语

本文通过对两种典型沉管预制法端钢壳施工工艺的介绍，总结、分析了两种端钢壳的特点和适用范围。从分析可知，两种端钢壳施工工艺均可行，各具优劣，但比较而言，一次成型端钢壳施工工艺作为端钢壳施工的一种新型工艺，适应性强，工期短，成本低，对于管节预制数量多的沉管施工更具优势，可为今后工厂化管节预制及其他类似工程提供参考。

[1] 向剑，刘经国，苏怀平.沉管管节端钢壳制造及安装工艺[J].中国港湾建设，2014（8）：54-56.XIANG Jian,LIU Jing-guo,SU Huai-ping.Manufacture and installation technology for the bulkhead of immersed tube elements[J].ChinaHarbour Engineering,2014(8):54-56.

[2] 梁艳.浅谈沉管隧道端钢壳设计[J].安徽建筑，2008（4）：132-133.LIANG Yan.On the design of steel shell at immersed tunnel[J].AnhuiArchitecture,2008(4):132-133.

[3] 刘凯，陈霞.沉管隧道钢端壳安装精度控制[J].隧道建设，2012（1）：99-102.LIU Kai,CHEN Xia.Control of installation accuracy of steel end shells in construction of immersed tunnels[J].Tunnel Construction,2012(1):99-102.

[4] 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 sectionsin factory[J].China Harbour Engineering,2013(4):57-62.