陳偉彬，劉榮崗，戴雙全

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

超大型沉管管節(jié)橫移施工工藝

陳偉彬，劉榮崗，戴雙全*

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

管節(jié)橫移施工是沉管預制階段的最后一道工序。通過對布纜設計、設備選型計算，制定了一套完善的管節(jié)橫移施工流程和操作方法。實際工程已經(jīng)成功完成24個管節(jié)橫移施工，該方法施工效率高、易于操作、安全性高、施工成本低。

沉管隧道；管節(jié)；橫移；施工工藝

1 工程概況

港珠澳大橋海底隧道共有預制沉管管節(jié)33節(jié)，其中E1、E2管節(jié)為5個節(jié)段，其余為8個節(jié)段，分17次在完成管節(jié)的預制、一次舾裝、塢內(nèi)灌水試漏等相關工作后，將管節(jié)從淺塢區(qū)橫移至深塢區(qū)寄放[1-3]。

2 施工順序及施工流程

根據(jù)淺塢區(qū)的布置特點，管節(jié)橫移采用從前到后的施工順序，即先將鄰近深塢的2號生產(chǎn)線上的管節(jié)橫移到深塢區(qū)寄放位置，再起浮橫移1號生產(chǎn)線上的管節(jié)。

管節(jié)橫移在以下兩種工況下進行：

1）深塢區(qū)內(nèi)沒有管節(jié)寄放時：兩個管節(jié)檢漏完成后通過橫移絞車將管節(jié)橫移到深塢區(qū)寄放；

2）深塢區(qū)已有兩個管節(jié)寄放時：塢內(nèi)灌水前，須將低水位管節(jié)的系泊纜繩移至高水位纜樁系泊，當塢內(nèi)水位升高時需適當收緊已系泊管節(jié)纜繩，確保已系泊管節(jié)位置正確。當塢內(nèi)灌水到設計標高時，開始對淺塢區(qū)管節(jié)橫移。完成橫移作業(yè)后，排低塢內(nèi)水位，將管節(jié)在低水位系泊。

3 管節(jié)橫移施工

3.1 管節(jié)起浮

3.1.1 塢內(nèi)水尺設置

淺塢西南角（即塢墻B、C區(qū)交界處）的兩塢墻面各設置1個水尺；淺塢鋼閘門兩端（即塢墻A、B區(qū)）攔水壩各設置1個水尺；塢口左右兩邊靠深塢側(cè)的塢墩垂直面各設置1個水尺。水尺采用我國1985國家高程系統(tǒng)，字樣采用紅底白字。

3.1.2 塢內(nèi)水位觀測

塢內(nèi)灌水后，在管節(jié)起浮前需通過塢內(nèi)設置的水尺觀察塢內(nèi)水位高度變化，同時檢查整個塢內(nèi)及沉管的滲漏情況。滲漏量較小時，可以開啟1～2臺水泵進行補水，補水量3 960～7 920 m3/h。滲漏嚴重時則需先堵漏，再進行管節(jié)起浮橫移施工，以保證管節(jié)橫移安全。

3.1.3 管節(jié)起浮

管節(jié)水密性檢漏合格后，將橫移絞車纜繩帶到待起浮管節(jié)的纜樁上，其中溜尾纜交叉布置，牽引纜垂直管節(jié)平行布置；同時管節(jié)兩端分別向東西方向與攔水壩纜樁用高強纜繩帶緊管節(jié)（管節(jié)起浮帶纜方式示意圖見圖1所示），防止管節(jié)起浮過程中飄移。

圖1 管節(jié)起浮帶纜示意圖Fig.1 The schematic of the linehandling and floating of immersed tubeelement

管節(jié)完成系泊帶纜后則開始對管節(jié)壓載水箱排水，管節(jié)壓載系統(tǒng)均勻?qū)ΨQ地將壓載水排出管外，管節(jié)隨之起浮。管節(jié)起浮后，根據(jù)管節(jié)的平衡狀態(tài)進行管節(jié)調(diào)平、干弦高度調(diào)整等工作。

在前一管節(jié)起浮橫移施工時，后一管節(jié)保持坐底狀態(tài)，避免影響前一管節(jié)的施工。

3.2 管節(jié)橫移

3.2.1 管節(jié)橫移施工

先收緊各橫移絞車纜繩，使各纜繩受力均衡，然后將溜尾纜5號、6號絞車轉(zhuǎn)換為恒張力功能，同時采用二檔（80 kN力）拖住，牽引纜1號、2號絞車同時采用一檔以0.05 m/s的速度絞纜，使管節(jié)向深塢方向起步橫移。當管節(jié)發(fā)生左右偏移時，可變換溜尾纜5號、6號絞車的恒張力大小進行糾偏。當管節(jié)橫移平穩(wěn)后，1號、2號絞車可采用二檔絞移，速度控制在0.1m/s以內(nèi)。

管節(jié)橫移過程中，在管節(jié)頂面安裝GPS接收機，對管節(jié)進行實時監(jiān)測，指揮者根據(jù)測量數(shù)據(jù)變化情況對各橫移絞車下達相應指令，對管節(jié)進行糾偏操作和橫移操作，確保管節(jié)在橫移過程中其端部距離塢底邊坡最小距離不得小于4.0m。

管節(jié)橫移至寄放區(qū)后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)對管節(jié)進行調(diào)位，實現(xiàn)準確定位，保證管節(jié)的偏移量在±0.5 m內(nèi)，然后將管節(jié)系泊到深塢區(qū)高水位纜樁上。系泊采用四點對稱布纜，纜繩采用高強纖維繩纜，用帶纜艇配合，人工帶纜。將牽引纜繩和溜尾纜解除，移至下個管節(jié)的管頂上，進行下個管節(jié)的橫移施工。

3.2.2 深塢無管節(jié)寄存時管節(jié)橫移施工步驟

第一步：通過1號、2號、5號、6號絞車將管節(jié)橫移約265 m，到達寄放區(qū)指定位置，進行帶纜系泊。分別將管節(jié)四角纜樁與岸上H4、H8、H18、H21纜樁用高強纜連接，采用人工圍纜帶緊。然后解除1號、2號、5號、6號絞車鋼絲繩，并用帶纜艇將1號、2號、5號、6號絞車鋼絲繩帶到第二管節(jié)的纜樁上，進行第二管節(jié)橫移施工。第二管節(jié)起浮前管節(jié)兩端用高強纜與岸上纜樁H12、H13用人工圍纜帶緊，預防起浮飄移。然后管內(nèi)壓載系統(tǒng)排水，使第二管節(jié)起浮，如圖2。

第二步：管內(nèi)壓載水排完并調(diào)平后，1號、2號絞車同步收緊纜繩，同時5號、6號絞車轉(zhuǎn)換為恒張力功能，緩慢起動管節(jié)橫移至寄放區(qū)指定位置，然后采用高強纜繩將管節(jié)系泊在H5、H9、H17、H18高水位纜樁上，如圖3。

圖2 管節(jié)系纜示意圖Fig.2 The schematic of the linehandling of immersed tubeelement

圖3 管節(jié)高水位系泊示意圖Fig.3 The schematic of themooring of immersed tube element in thehigh water level

第三步：塢內(nèi)排水，管節(jié)將隨水位同步下降，當深塢內(nèi)水位降至與外海同高時，將管節(jié)系泊到低水位纜樁上，每個管節(jié)采用四點系泊。系纜方式：管節(jié)兩端采用交叉纜系泊，用人工圍樁帶緊纜繩，纜繩采用φ40mm高強纖維纜，如圖4。在塢內(nèi)降水過程中，根據(jù)纜繩張緊程度適當調(diào)整纜繩長度，防止纜繩受力過大發(fā)生斷纜。

圖4 管節(jié)換纜系泊示意圖Fig.4 The schematic of switching andmooring of immersed tube elem ent

第四步：管節(jié)在低水位系泊后，解除高水位纜繩，完成兩管節(jié)的橫移施工。

3.2.3 深塢已有兩管節(jié)寄放時管節(jié)橫移

在進行塢內(nèi)灌水前，先將寄放區(qū)的管節(jié)采用高強纜系泊在高水位纜樁上，然后向塢內(nèi)灌水，隨著塢內(nèi)水位上升，同時收緊各系泊纜繩，使寄放區(qū)的管節(jié)位置不發(fā)生偏移，水位上升到+15.30 m后，開始淺塢區(qū)的管節(jié)橫移施工。具體施工方法參照前面兩管節(jié)的橫移施工。

3.3 管節(jié)橫移測量控制

管節(jié)橫移、系泊定位采用預制廠內(nèi)設定的施工坐標系和1985國家高程系統(tǒng)。先在深塢內(nèi)布置管節(jié)系泊位置和移動路線，設定目標坐標點；定位時在管節(jié)頂面采用2臺Trimble R5 GPS移動接收機跟蹤目標點，指導管節(jié)移位和管節(jié)系泊定位。

管節(jié)橫移前，先在管節(jié)頂面確定對應點，架設GPS接收機，輸入目標點坐標，接收陸地基站傳來的信號撲捉目標點。點位布置如圖5所示。

圖5 管節(jié)橫移、寄放測量點位布置示意圖Fig.5 The layout of the traversing and depositing survey pointsof immersed tubeelement

4 設備選型計算

4.1 受力計算

4.1.1 管節(jié)在塢內(nèi)橫移時拖帶力計算

管節(jié)在塢內(nèi)橫移時拖帶力按以下公式計算[4]：

式中：F為拖帶力標準值，kN；A為受水阻力面積，m2；VW為水的重度，kN/m3，本工程取10.025 kN/m3；α為吃水寬度，m，本工程取180 m；T為吃水深度，m，本工程取11.37 m；δ為涌水高度，m，通常取0.6倍航程中可能出現(xiàn)的波高H，本工程由于受風浪影響較小，可取δ=0；V為對水流的相對速度，m/s，取0.1 m/s；K為擋水形狀系數(shù)，對矩形K取1。

管節(jié)橫移相對水流速度為0.1 m/s，則管節(jié)橫移拖帶力為：

4.1.2 溜尾纜張力及作用效果計算

管節(jié)橫移前方采用2臺卷揚機纜繩垂直管節(jié)平行牽引，后方采用2臺恒張力卷揚機纜繩溜尾，溜尾纜交叉布置作為管節(jié)方向控制和保證管節(jié)及時制動，溜尾纜與管節(jié)縱向角度最小為4.2°（管節(jié)啟動時），最大角度為57.3°（管節(jié)移到位后）。

溜尾纜在第1節(jié)管牽引到位時對牽引方向制動作用最大，對第4節(jié)管制動作用最小，這時溜尾纜與管節(jié)縱向角度為35.9°。選擇溜尾纜以保證第4節(jié)管牽引到位時能得到有效制動為準。

設管節(jié)以額定速度0.1m/s前行，最快制動時間選為70 s，制動時前行距離3.5m，管節(jié)完全止住，可計算出需克服的慣性力為F=112.56 kN，則要求單根溜尾纜恒張力為：

F0=F/（2sin 35.9）=96 kN （4）

4.2 卷揚機及纜繩選擇

4.2.1 后方溜尾卷揚機

根據(jù)以上計算分析，后方溜尾卷揚機選為恒張力卷揚機2臺，其性能為：卷揚機轉(zhuǎn)換為恒張力功能時恒張力為100 kN，即當纜繩受力大于100 kN時滾筒出纜，出繩速度0.1m/s；當纜繩受力小于100 kN時滾筒收纜。卷揚機轉(zhuǎn)換為非恒張力功能時，卷揚機額定拉力為150 kN，滿足管節(jié)調(diào)位克服慣性力和水阻力要求F=（131.2+10.7）÷ 2÷sin 35.9=121 kN，繩速0.1m/s。

剎車制動力300 kN，以滿足應急制動要求。鋼絲繩直徑φ32 mm，破斷力645 kN[5]，安全系數(shù)n=645/150=4.3。

容繩量500m，以滿足管節(jié)牽引長度要求。

4.2.2 前方牽引卷揚機

前方牽引卷揚機選擇2臺250 kN電控慢速卷揚機，卷揚機額定拉力為250 kN，滿足管節(jié)橫移到位調(diào)節(jié)牽引力最大要求F=309.5 kN÷2= 154.75 kN，繩速0.1m/s。

剎車制動力320 kN，以滿足應急制動要求。

鋼絲繩直徑φ40 mm，破斷力1 010 kN，安全系數(shù)n=1 010/250=4.0。

容繩量500m，以滿足管節(jié)牽引長度要求。

4.2.3 系泊纜繩

系泊纜選用φ40 mm高強纖維繩纜，破斷力974 kN，400 kN拉力時伸長4.5%～4.6%，滿足系泊力要求F=131.3 kN，安全系數(shù)n=974/131.2= 7.4。

5 管節(jié)橫移質(zhì)量保證措施

1）管節(jié)橫移過程中，必須對管節(jié)平面位置進行實時監(jiān)測，確保管節(jié)不發(fā)生過大偏移。

2）管節(jié)橫移過程中，必須實時觀測塢內(nèi)水位，防止水位下降造成管節(jié)擱淺。

3）管節(jié)橫移絞拖采用“先松后緊”或恒張力溜尾的絞拖方式，以減少管節(jié)橫移過程中拉力超載現(xiàn)象。

4）管節(jié)換纜、系泊時必須先系新增纜繩，再逐個解除絞車的纜繩，確保管節(jié)安全。

5）管節(jié)系泊時必須留有足夠的富余長度，防止潮位變化拉斷纜繩。

6）管節(jié)系泊纜富余長度不得過長，以免發(fā)生管節(jié)碰撞情況。

6 結(jié)語

港珠澳大橋島隧工程于2015年4月18日、19日完成了E19、E20管節(jié)橫移，從E1至E20管節(jié)橫移情況看，均能按計劃一次性完成施工，并且滿足安全、質(zhì)量要求，取得了較大成功，為管節(jié)的出塢施工創(chuàng)造了條件[5]，為后續(xù)管節(jié)橫移積累了寶貴經(jīng)驗。

[1]中交公路規(guī)劃設計院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設計：沉管隧道[R].2011. CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnelprojectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:immersed tunnel[R].2011.

[2]中交公路規(guī)劃設計院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設計：沉管預制廠[R].2011. CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawingofisland and tunnel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge main project:factoryofprefabricating immersed tunnels[R].2011.

[3]寧進進，丁宇誠.超大型沉管出塢施工及控制方法[J].中國港灣建設，2014（7）：54-55，58. NING Jin-jin,DINGYu-cheng.Construction of large tunnel elementdock outing and the controlmethod[J].China Harbour Engineering,2014(7):54-55，58.

[4]JTJ290—98，重力式碼頭施工與設計規(guī)范[S]. JTJ290—98，Design and construction code forgravity quay[S].

[5]GB/T 20118—2006，一般用途鋼絲繩[S]. GB/T 20118—2006,Steelwire ropes forgeneralpurpose[S].

Traversing construction technology of super large immersed tube elements

CHENWei-bin,LIURong-gang,DAIShuang-quan*
（No.2 Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510300,China）

The traversing construction of immersed tube elements is the last step of immersed tube prefabrication.By the cabling design,and the calculation of equipment selection,we developed a comprehensive construction process and the operationmethod of immersed tube traversing.Actually,the project has been successfully comp leted the traversing construction of24 tubeelements,which proved themethod ishigh construction efficiency,easy to operate,safeand low construction cost.

immersed tunnel;tube element;transversemove;construction technology

U655.4；U459.5

B

2095-7874（2015）11-0064-04

10.7640/zggw js201511018

2015-10-19

2015-10-30

陳偉彬（1976— ），男，廣東人，高級工程師，水運工程專業(yè)，從事項目管理工作。*通訊作者：戴雙全，E-mail：1012189857@qq.com