李凱凱，馮偉

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

1 工程概述

港珠澳大橋島隧工程海底沉管隧道由33個(gè)管節(jié)組成，其中直線段管節(jié)28個(gè)，曲線段管節(jié)5個(gè)，曲率半徑5 000 m。沉管采用兩孔一管廊截面形式，寬3 795 cm，高1 140 cm，底板、側(cè)墻及頂板厚150 cm，中隔墻厚80 cm，見(jiàn)圖1。標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)180 m，分成8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，每個(gè)節(jié)段長(zhǎng)22.5 m，單節(jié)段鋼筋重量約1 100 t，鋼筋級(jí)別為HRB400。

2 工程特點(diǎn)

港珠澳大橋沉管隧道是國(guó)內(nèi)首個(gè)采用工廠法進(jìn)行沉管預(yù)制的工程，也是迄今為止世界上最大規(guī)模的海上沉管隧道[2]，較之其他工程，其鋼筋籠施工具有以下顯著特點(diǎn)。

圖1 沉管管節(jié)Fig.1 Immersed tube tunnel

1）所采用的鋼筋強(qiáng)度等級(jí)高，所有鋼筋均采用HRB400，主筋最大直徑為40，箍筋最大直徑為25，對(duì)鋼筋加工及綁扎要求高。

2）單個(gè)節(jié)段鋼筋籠總重量大，為了確保整體質(zhì)量，只能將整體拆分，進(jìn)行分區(qū)域流水綁扎，對(duì)鋼筋綁扎技術(shù)要求高。

3）沉管斷面尺寸大，且不單獨(dú)設(shè)置鋼筋綁扎胎架（滑移臺(tái)車充當(dāng)鋼筋籠支撐），鋼筋定位和綁扎難度大。

4）體積龐大，鋼筋籠整體高度高，采用頂推移動(dòng)分區(qū)流水綁扎工藝，確保鋼筋籠在移動(dòng)過(guò)程中的位置及不變形等難度大，如鋼筋籠變形將導(dǎo)致整條流水線停工，將對(duì)整個(gè)港珠澳大橋項(xiàng)目造成較大影響。

5）鋼筋籠頂推及體系轉(zhuǎn)換的程序多，工藝較復(fù)雜。

3 鋼筋施工

3.1 鋼筋加工

由于本工程的預(yù)制場(chǎng)地限制，材料運(yùn)輸不便，為了降低成本且避免影響工期，本工程鋼筋采用現(xiàn)場(chǎng)全自動(dòng)化分區(qū)加工[2]，運(yùn)輸加工一體化，不僅滿足鋼筋需求量和減少資源消耗，且保證了工程的連續(xù)性。

3.1.1 鋼筋剪切

鋼筋下料主要采用一套自動(dòng)化鋸（剪）切生產(chǎn)線，滿足預(yù)制場(chǎng)加工量和套絲對(duì)端頭的要求，其中，為提高鋸切線的效率，采用雙層供料系統(tǒng)，鋸切過(guò)程與原材料碼放同時(shí)進(jìn)行。鋸切線鋼筋定位裝置采用固定擋板，每500 mm一格，主機(jī)在縱向可移動(dòng)500mm，嚴(yán)格控制鋼筋下料的長(zhǎng)度，精度可達(dá)到±1mm。

3.1.2 鋼筋套絲

采用滾扎直螺紋套筒機(jī)械連接方式，根據(jù)配料通知單，取用相應(yīng)的鋼筋，核對(duì)下料鋼筋的品種、規(guī)格及套絲長(zhǎng)度，調(diào)整套絲機(jī)定位裝置，進(jìn)行套絲操作。絲頭加工完畢經(jīng)檢驗(yàn)合格后，立即帶上絲頭保護(hù)帽或擰上連接套筒，防止移運(yùn)鋼筋時(shí)損壞絲頭。

3.1.3 鋼筋彎曲

從直徑上總共分為兩類鋼筋的彎曲：φ32mm以上及以下的鋼筋；從工序上分為兩類鋼筋的彎曲：鋸（剪）切料直接彎曲和需要套絲后的彎曲；對(duì)于直徑φ32 mm以上的鋼筋，采用B-52S平彎式自動(dòng)彎曲機(jī)，可最大彎制φ50的鋼筋，通過(guò)對(duì)彎曲中心進(jìn)行調(diào)整，彎制沉管特殊彎曲半徑的鋼筋；而對(duì)于直徑φ32 mm以下（含φ32 mm）的鋼筋，包括主筋和箍筋，采用B-33平彎式自動(dòng)彎曲機(jī)和TBS-25-NC4立式彎曲機(jī)進(jìn)行加工。

3.2 鋼筋安裝

與一般的工程整體安裝不同，本工程將鋼筋籠“拆分”，通過(guò)臺(tái)車移動(dòng)完成底板、中側(cè)墻、頂板鋼筋綁扎流水作業(yè)，從根本上解決大型鋼筋籠綁扎難的問(wèn)題[3]。

3.2.1 底板鋼筋定位及綁扎

底板鋼筋的擺放和綁扎順序：底板箍筋下半肢→底板橫向鋼筋→縱向鋼筋（中部分層綁扎）→安裝勁性骨架→分層擺放頂層橫向鋼筋→縱向鋼筋→頂層橫向鋼筋→箍筋上半肢和拉鉤筋。底板鋼筋墊塊的布置密度按側(cè)墻底板（橫向4 m寬）和中隔墻底板（橫向4 m寬）4個(gè)/m2，其余部分按2個(gè)/m2布置。

1）底板下方鋼筋依靠在鋼筋籠滑移臺(tái)車上設(shè)置的定位鋼板進(jìn)行定位，滑移鋼板兩側(cè)安裝2塊鋸齒形鋼板，鋸齒凹槽按主筋間距布置，主筋直接放入凹槽定位。臺(tái)車在鋼筋綁扎過(guò)程中固定，不得產(chǎn)生位移。

2）底板側(cè)墻外側(cè)橫向主筋定位利用限位裝置上安裝的定位鋼板進(jìn)行定位。

3）底板縱向主筋定位采用型鋼開槽定位，槽鋼安放在滑移臺(tái)車上。

3.2.2 中側(cè)墻鋼筋安裝及定位

側(cè)（中隔）墻鋼筋綁扎前，先安裝鋼筋綁扎支架，利用內(nèi)外鋼筋綁扎支架進(jìn)行鋼筋定位。

鋼筋綁扎時(shí)，先綁扎封閉箍區(qū)域，箍筋和縱向主筋交替綁扎，形成整體。再依次按從下到上的順序進(jìn)行豎向鋼筋和縱向鋼筋的綁扎，最后依次綁扎箍筋另半肢和拉鉤筋。在側(cè)墻、中墻箍筋綁扎時(shí)，需預(yù)先按2.5 m的間距預(yù)留混凝土溜筒的安放位置，并根據(jù)施工實(shí)際需要預(yù)留混凝土工振搗通道，在混凝土澆筑過(guò)程中進(jìn)行復(fù)位綁扎。

3.2.3 頂板鋼筋安裝及定位

頂板鋼筋綁扎定位采用在綁扎托架上焊接定位型鋼對(duì)橫、縱向主筋進(jìn)行定位。

頂板鋼筋綁扎步驟：外墻倒角→頂板箍筋→橫向鋼筋→縱向鋼筋→勁性骨架安裝→底層橫向鋼筋分層鋪設(shè)→勁性骨架安裝→頂層橫向鋼筋分層鋪設(shè)→頂層縱向鋼筋→頂層橫向鋼筋→箍筋。

頂板鋼筋綁扎前，先安裝頂板綁扎支架。頂板底層鋼筋主要依靠鋼筋綁扎支架進(jìn)行定位，頂板頂層鋼筋主要依靠勁性骨架進(jìn)行定位。頂板綁扎支架如圖2所示。

圖2 頂板鋼筋綁扎支架Fig.2 Roof reinforcementbracket

在頂板鋼筋綁扎時(shí)，需預(yù)先考慮側(cè)墻、底板混凝土澆筑的下料孔及人孔。預(yù)留位置每道墻考慮1排，間距按2.5 m布置，同時(shí)與側(cè)墻預(yù)留孔在同一條通道，孔洞尺寸40 cm×40 cm。頂板鋼筋采用錐形墊塊支撐，密度按2個(gè)/m2布置。

3.3 鋼筋連接點(diǎn)

因管節(jié)斷面尺寸較大，鋼筋定尺長(zhǎng)度有限，故必須對(duì)鋼筋各個(gè)連接點(diǎn)（接頭）進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以滿足設(shè)計(jì)受力和安裝工藝要求。

3.3.1 鋼筋連接點(diǎn)設(shè)置原則

根據(jù)鋼筋綁扎總體工藝要求，鋼筋分為底板、側(cè)墻及頂板3個(gè)綁扎區(qū)，鋼筋連接必須在底板和側(cè)（隔）墻，側(cè)（隔）墻和頂板之間設(shè)置分段連接點(diǎn)。連接點(diǎn)設(shè)置的基本原則為：

1）盡量減少鋼筋接頭，減少絲頭加工量和套筒數(shù)量。

2）考慮施工的可操作性和便利性，合理斷開界面。

3）科學(xué)合理考慮鋼筋配料，減少鋼筋損耗。

3.3.2 鋼筋連接點(diǎn)設(shè)置

為提高鋼筋使用效率，加快施工進(jìn)度，提前進(jìn)行各部分鋼筋的配料設(shè)計(jì)。側(cè)墻外倒角連接點(diǎn)設(shè)置以距離底板2.5 m高度為基準(zhǔn)，中隔墻以倒角處為基準(zhǔn)，同時(shí)考慮搭接頭的錯(cuò)開，其中側(cè)墻外倒角中加強(qiáng)鋼筋較短，不考慮截?cái)?。中隔墻處豎向主筋在側(cè)墻綁扎區(qū)域綁扎，縱向鋼筋分為兩段，連接點(diǎn)設(shè)在節(jié)段中部附近。所有箍筋不考慮接頭。

4 鋼筋籠變形控制

鋼筋籠變形控制是最大難題，由于鋼筋籠體積龐大，整體高度高，且采用頂推移動(dòng)分區(qū)流水綁扎工藝，鋼筋籠頂推距離長(zhǎng)達(dá)200m，在綁扎、頂推移動(dòng)和鋼筋籠體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中，鋼筋籠整體形態(tài)極易變形。由于鋼筋籠自身?xiàng)l件所限，一般控制變形的方案無(wú)法滿足本工程的需求。為了確保鋼筋籠在綁扎、頂推移動(dòng)和體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中整體變形不會(huì)太大，施工技術(shù)中除了針對(duì)胎架進(jìn)行專門設(shè)計(jì)外，還針對(duì)鋼筋籠自身選擇加強(qiáng)方案。通過(guò)方案比選，采用勁性骨架。勁性骨架起著鋼筋籠成型和控制大跨度鋼筋變形的雙重作用，橫向骨架設(shè)置在上下兩層主筋之間，與鋼筋籠連接起來(lái)，共同承擔(dān)鋼筋的重量，減少橫向撓度，同時(shí)形成一個(gè)封閉整體，提高鋼筋籠的穩(wěn)定性。對(duì)于內(nèi)層加強(qiáng)鋼筋層，采用縱向型鋼隔開，既可以與橫向骨架連接增加穩(wěn)定性，也可嚴(yán)格控制主筋層距。

4.1 頂推變形控制

采用計(jì)算機(jī)控制同步液壓頂推系統(tǒng)完成鋼筋籠頂推，鋼筋籠下方設(shè)置了14條鋼筋綁扎臺(tái)車（由導(dǎo)軌和滑軌組成）和4條頂推軌道，鋼筋籠在臺(tái)車上綁扎成型后，安裝頂推裝置，進(jìn)行鋼筋籠頂推施工，如圖3所示。

圖3 鋼筋籠頂推Fig.3 Steel cage pusher

鋼筋籠頂推過(guò)程中變形控制難度大，為了保證鋼筋籠質(zhì)量，在頂推過(guò)程中主要采取以下措施。

1）鋼筋籠頂推過(guò)程中4個(gè)頂推千斤頂必須同步啟動(dòng)和停止，平衡頂推鋼筋籠，且測(cè)量全過(guò)程監(jiān)控，確保鋼筋籠按照軸線前行，保證同步。

2）保證鋼筋籠頂推軌道對(duì)接處平滑過(guò)渡，活動(dòng)滑軌安裝過(guò)程中控制中心線偏差小于5mm。

3）鋼筋籠頂推時(shí)14條滑軌均勻涂抹潤(rùn)滑油，減小滑軌與綁扎臺(tái)車滑塊件的摩阻力，從而減小鋼筋籠震動(dòng)。

4.2 體系轉(zhuǎn)換變形控制

體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中，鋼筋籠頂板綁扎胎架拆除后，頂板鋼筋籠處于懸空狀態(tài)，鋼筋籠受自重會(huì)出現(xiàn)下?lián)犀F(xiàn)象，造成鋼筋籠整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形。勁性骨架的安裝和頂板鋼筋籠增設(shè)吊點(diǎn)提升頂板鋼筋籠很好地解決了鋼筋籠體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中的變形難題。

體系轉(zhuǎn)換主要工序是：鋼筋籠頂推移至澆筑臺(tái)座后，采用16個(gè)吊點(diǎn)懸掛鋼筋籠頂板鋼筋，拆出頂板綁扎胎架進(jìn)入內(nèi)模，充氣膠囊充氣頂升鋼筋籠，滑出鋼筋綁扎臺(tái)車，然后膠囊泄氣下放鋼筋籠直到鋼筋籠全部由底模上墊塊承受，完成鋼筋籠的體系轉(zhuǎn)換。鋼筋籠體系轉(zhuǎn)換如圖4所示。

圖4 鋼筋籠體系轉(zhuǎn)換Fig.4 System conversion of steel cage

針對(duì)鋼筋吊點(diǎn)和鋼筋籠的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多點(diǎn)懸吊分散鋼筋籠自重的系統(tǒng)，主要由橋吊、吊桿、液壓千斤頂及花籃螺栓組成，鋼筋籠頂推入模后懸掛鋼筋籠頂板，通過(guò)該系統(tǒng)從根本上對(duì)鋼筋籠變形進(jìn)行控制，主要措施為：

1）保證頂升過(guò)程中鋼筋籠受力平衡，將所有充氣膠囊并聯(lián)在一起，控制空氣機(jī)壓力到指定壓力，充氣膠囊需滿足最大承受0.8 MPa的壓力。

2）16個(gè)吊點(diǎn)均勻分布在鋼筋籠頂板上，體系轉(zhuǎn)換中16個(gè)吊點(diǎn)同時(shí)工作，并且液壓千斤頂壓力都必須達(dá)到10.0 MPa。

3）頂板吊點(diǎn)必須在內(nèi)模全部進(jìn)入并且打開后才能拆除。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，港珠澳大橋島隧工程沉管預(yù)制項(xiàng)目已完成160個(gè)節(jié)段的鋼筋籠綁扎、頂推和體系轉(zhuǎn)換施工。通過(guò)工廠法預(yù)制，不斷優(yōu)化施工技術(shù)，使鋼筋籠形態(tài)得到了有效的控制，保證了鋼筋施工質(zhì)量，為港珠澳大橋沉管預(yù)制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 肖曉春.大型沉管隧道管節(jié)工廠化預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2011，31（6）：701-705.XIAOXiao-chun.Key technology formanufactory prefabrication of tube elements of large-scale immersed tunnels[J].Tunnel Construction,2011,31(6):701-705.

[2]楊紹斌，張洪.自動(dòng)化鋼筋加工生產(chǎn)線在港珠澳大橋沉管預(yù)制中的運(yùn)用[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2013（3）：66-70.YANGShao-bin,ZHANGHong.Automated reinforcementproduction line used in prefabrication of immersed tube sections for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].China Harbour Engineering,2013(3):66-70.

[3]杜治良.鋼筋施工中常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題及處理措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（10）：80.DU Zhi-liang.Common quality problems and treatmentmeasures in reinforcement construction[J].Science and Technology Innovation Herald,2008(10):80.