魏文洋

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

0 引言

沉管隧道接岸二次止水是沉管隧道施工的一個重要環(huán)節(jié)。已建港珠澳大橋沉管隧道接岸二次止水采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[1]：管節(jié)兩側(cè)是現(xiàn)澆扶壁，管節(jié)及扶壁底部設(shè)置高壓旋噴樁止水帷幕；管節(jié)頂部是沉箱結(jié)構(gòu)，在沉箱與管節(jié)及扶壁之間設(shè)置止水，形成閉合的二次止水系統(tǒng)。港珠澳大橋施工需要考慮防臺問題，所在海域潮差大，同時兼顧臨時結(jié)構(gòu)與永久結(jié)構(gòu)結(jié)合，采用上述方案是合理的。

在早期的研究中，大連灣海底隧道也傾向于采用上述方案，因此，大連灣海底隧道建設(shè)工程北岸工程二次止水臨時結(jié)構(gòu)的原定設(shè)計方案是利用現(xiàn)澆鋼筋混凝土沉箱結(jié)構(gòu)構(gòu)建接岸二次止水系統(tǒng)。但該方案在實施過程中遇到了一系列問題：1） 大連灣海底隧道位于掩護條件較好的港灣內(nèi)，接岸二次止水結(jié)構(gòu)所處環(huán)境明顯優(yōu)于港珠澳大橋，存在簡化結(jié)構(gòu)、降低成本的可能；2） 現(xiàn)澆沉箱結(jié)構(gòu)占用現(xiàn)場施工時間長，對其他現(xiàn)場作業(yè)及總工期有一定影響；3） 沉管接岸段空間狹小，布置現(xiàn)澆沉箱的施工通道和必要的作業(yè)設(shè)備存在較大困難?；诖颂岢隽瞬捎么笮弯摻Y(jié)構(gòu)體系[2]替代現(xiàn)澆沉箱結(jié)構(gòu)的新方案。

實施該方案，需要進行詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計，盡可能控制水壓力作用下鋼結(jié)構(gòu)的變形；需解決鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接及止水問題；需保證使用期間鋼結(jié)構(gòu)止水體系不會因為差異沉降過大而導(dǎo)致開裂。同時考慮采用預(yù)制安裝工藝，減少現(xiàn)場作業(yè)時間。本文針對上述問題介紹了大連灣海底隧道工程的具體做法，以供參考。

1 工程概況

大連灣海底隧道建設(shè)工程北岸暗埋段及敞開段主體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆沉管Z13 節(jié)段南端作為與預(yù)制沉管E1 的對接端，對接處設(shè)置端鋼殼結(jié)構(gòu)，端鋼殼為大型環(huán)向鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件，長33.4 m，高9.7 m，斷面形式為H 形，該結(jié)構(gòu)加工工藝采用在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加工廠中依次分段加工。傳統(tǒng)安裝施工技術(shù)為依次分段安裝，因整體工程工期較緊且端鋼殼安裝精度要求高，實際安裝施工時采用增加鋼支撐體系及端鋼殼整體拼裝焊接后吊裝的施工技術(shù)。本文主要對現(xiàn)澆沉管端鋼殼高精度安裝的施工方法進行分析和總結(jié)。

端鋼殼預(yù)埋件為環(huán)向鋼構(gòu)件，結(jié)構(gòu)水平長度為33.4 m，高度為9.7 m，其斷面形式為H 形，主要包含兩側(cè)翼緣板、腹板，腹板間隔布置橫隔板，內(nèi)側(cè)翼緣板設(shè)置預(yù)留套筒及注漿孔等，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)置止水鋼片、加勁板、連接套筒及錨筋，見圖1、圖2。

圖1 端鋼殼立面布置圖（mm）Fig.1 Vertical layout of end steel shell（mm）

根據(jù)Z13 節(jié)段主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑分層，將底板及側(cè)墻下部約2.8 m 范圍劃為底板部分，其余為側(cè)墻及頂板部分；根據(jù)設(shè)計要求，按照對稱原則將其分段加工，其中D-1—D-7 為底板部分，D-8—D-14 為側(cè)墻及頂板部分，見圖3、圖4。

圖3 K0+783-K0+785 端鋼殼結(jié)構(gòu)效果圖（mm）Fig.3 Structural rendering at the end steel shell K0+783-K0+785（mm）

圖4 端鋼殼分段示意圖（mm）Fig.4 Schematic diagram of end steel shell segmentation（mm）

2 工程特點

1） 端鋼殼在后方場地分段加工焊接、分兩大部分組拼，現(xiàn)場整體吊裝、支撐體系精確調(diào)整，克服了現(xiàn)場焊接易出現(xiàn)變形的問題，大大提高端鋼殼安裝精度，降低安全風(fēng)險。

2） 與GINA 止水帶接觸面板的二次精確調(diào)整位置，進一步提高板面平整度，誤差在1 mm 內(nèi)，確保E1 沉管的精準(zhǔn)對接。

3） 支撐體系同時用作沉管結(jié)構(gòu)模板的支立體系，“一系兩用”，完美結(jié)合。

3 端鋼殼高精度安裝施工方法

3.1 工藝流程

端鋼殼施工工藝流程為：鋼支撐預(yù)埋件加工及施工→鋼支撐組拼焊接→端鋼殼底板部分拼裝焊接→鋼支撐安裝→底板部分端鋼殼頂推→側(cè)墻及頂板鋼支撐安裝→側(cè)墻及頂板端鋼殼整體吊裝→側(cè)墻及頂板端鋼殼頂推。

3.2 沉管隧道現(xiàn)澆段端鋼殼安裝施工

1） 鋼支撐預(yù)埋件施工

根據(jù)相關(guān)設(shè)計圖紙，加工鋼支撐預(yù)埋件，包括300 mm×300 mm×10 mm 鋼板帶6 根φ16 圓鋼（帶彎鉤）、800 mm×800 mm×10 mm 鋼板帶9 根φ16 圓鋼（帶彎鉤），錨筋塞焊。Z13 節(jié)段墊層施工時，將300 mm×300 mm×10 mm 預(yù)埋件按1.655 m間距固定至墊層端面。同樣，Z13 節(jié)段南端墊層施工時，按圖紙將800 mm×800 mm×10 mm 預(yù)埋件固定至相應(yīng)位置。

2） 鋼支撐體系加工組裝

為保證整體施工工期，鋼構(gòu)件原材進場后即在項目部預(yù)制場內(nèi)提前加工組裝。鋼支撐底板部分主要為工字鋼20 號鋼筋，共21 套，立桿長2.37 m，斜桿長2.55 m，兩部分底標(biāo)高相差0.53 m，底部橫向間距為1.3 m，頂部交界處焊縫必須滿焊[3]，該部分安裝見圖5。

圖5 鋼支撐體系底板部分結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Schematic diagram of the bottom plate structure of the steel support system

鋼支撐側(cè)墻部分因高度較高，立桿與斜桿間增加中部連桿，共2 套，側(cè)墻部分鋼支撐立桿采用400×400×16×16 箱型柱，長度為11.07 m，斜桿采用400×400×21×21H型鋼，長度為11.67 m，中部連桿采用300×300×14×16 H 型鋼以保證支撐穩(wěn)定，立桿與斜桿底部高差為0.535 m，橫向間距為5.196 m，該部分安裝見圖6。

圖6 鋼支撐體系側(cè)墻部分結(jié)構(gòu)示意圖（mm）Fig.6 Schematic diagram of the side wall structure of the steel support system（mm）

鋼支撐頂板部分與側(cè)墻部分相似，共11 套，立桿采用200×200a×8×12H型鋼，長度為11.07 m，外部支撐采用φ299×16 mm 鋼管，長度11.6 m，內(nèi)部支撐采用φ219×12 mm 鋼管以保證支撐穩(wěn)定，立桿與外部支撐底部高差為0.535 m，橫向間距為5.125 m，該部分安裝見圖7。

圖7 鋼支撐體系頂板部分結(jié)構(gòu)示意圖（mm）Fig.7 Schematic diagram of the top plate structure of the steel support system（mm）

3） 端鋼殼底板部分拼裝及頂推

按照分段加工圖紙，依次將端鋼殼拼裝，初次定位以端部處往南側(cè)偏移5 cm 為前沿線，以避免與主體鋼筋綁扎發(fā)生沖突；同時在里程785 南側(cè)按設(shè)計圖紙定位鉆孔將膨脹螺栓埋入，安裝鋼板并緊固，將鋼支撐運至施工現(xiàn)場起吊安裝并將預(yù)埋件接觸面滿焊保證強度滿足要求[4]。

端鋼殼拼裝焊接完成后，將多臺千斤頂橫向固定至鋼支撐與端鋼殼腹板間，中間鋪墊鋼板保證頂推距離在千斤頂工作范圍內(nèi)。頂推開始后，多名施工人員同時按壓千斤頂，保證頂推過程各處連續(xù)且勻速，并且測量人員時刻觀察端鋼殼各處里程位置，若發(fā)現(xiàn)局部位移不均勻立即提醒修正；在即將達到設(shè)計里程時，放緩頂推速度，直至頂推到位。頂推完成后，撤去千斤頂，在鋼支撐和端鋼殼間塞入找正木楔，確?；炷翝仓陂g端鋼殼不發(fā)生位移。

4） 側(cè)墻及頂板部分鋼支撐體系安裝

該部分鋼支撐安裝與底板部分安裝[5]工藝相似，同樣采用吊裝并與預(yù)埋件進行滿焊，期間同時在施工現(xiàn)場附近進行端鋼殼側(cè)墻及頂板部分的組拼焊接。

5） 側(cè)墻及頂板部分端鋼殼整體起吊安裝并頂推

Z13 節(jié)段內(nèi)模安裝完成后，使用25 t 塔吊整體起吊安裝端鋼殼至鋼支撐北側(cè)，同樣使用千斤頂頂推至設(shè)計里程，見圖8。

圖8 鋼支撐體系頂板部分整體吊裝圖Fig.8 Integrated lifting diagram of the top plate of the steel support system

6） 材料與設(shè)備

本工程使用鋼構(gòu)件作為鋼支撐結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)件總重量約為30 t，用于主體墊層的預(yù)埋件總重量約0.2 t。所有材料應(yīng)經(jīng)檢驗、復(fù)檢合格[6]后方可用于工程施工。

本工程的設(shè)備主要使用1 臺130 t 的履帶吊和1 臺25 t 的塔吊，用于鋼構(gòu)件起吊，使用5 臺焊機用于鋼構(gòu)件的焊接。所有設(shè)備均按要求進行檢驗和驗收[7]，合格后方可用于工程施工。

7） 測量控制方法

本工程中模板安裝測量定位均采用全站儀放線。當(dāng)模板初步固定后，采用全站儀三維坐標(biāo)精測模板位置，精調(diào)后加固到位，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，作為監(jiān)測初始數(shù)據(jù)。一般預(yù)埋件、預(yù)留洞口的測量控制均采用全站儀三維測量[8]，通過粗調(diào)和精調(diào)完成安裝測量。對于高程精度要求高的部位，精調(diào)時應(yīng)采用水準(zhǔn)儀測量模板（預(yù)埋件、預(yù)留洞口）的標(biāo)高，完成加固后復(fù)測合格并記錄。

3.3 高精度安裝技術(shù)保證措施

1） 根據(jù)鋼支撐體系受力計算，在主體結(jié)構(gòu)墊層中增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

2） 端鋼殼預(yù)埋件底板部分先組拼后頂推安裝，確保主焊縫可雙面焊接且與鋼筋綁扎施工不發(fā)生沖突；

3） 端鋼殼側(cè)墻及頂板部分在南側(cè)塢上進行組裝焊接，施工期間可大大減少吊車的使用頻率；

4） 主體結(jié)構(gòu)內(nèi)模安裝定位完成后整體起吊安裝側(cè)墻及頂板部分端鋼殼，避免與鋼筋綁扎施工發(fā)生沖突；

5） 鋼支撐體系除作為端鋼殼定位使用，還可以作為端模固定體系。

4 端鋼殼高精度安裝質(zhì)量控制

1） 鋼支撐拼裝及相關(guān)預(yù)埋件施工

①鋼支撐中各類鋼構(gòu)件嚴(yán)格按照相關(guān)圖紙進行加工，焊縫處保證滿焊。

②預(yù)埋鋼板尺寸與圖紙相符，錨筋長度不得短于設(shè)計長度且?guī)濄^。

③預(yù)埋鋼板安裝時定位準(zhǔn)確，使用鋼筋焊接加固防止混凝土澆筑發(fā)生位移。

2） 鋼支撐安裝

①起吊安裝前，合理設(shè)置吊點，確保吊裝過程中結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形。

②焊接處兩側(cè)將鐵銹等打磨，保證焊縫內(nèi)無雜渣。

3） 頂推施工

①頂推使用千斤頂型號統(tǒng)一，加墊鋼板各處厚度相同，確保頂推過程勻速。

②頂推過程中由專人進行指揮，并安排測量人員全程監(jiān)測，臨近設(shè)計里程時，減緩頂推速度，防止過度頂推。

③端鋼殼拼裝過程中，在腹板中間位置間隔1 m 粘貼反光貼，用于測量人員校核位置及標(biāo)高并指導(dǎo)施工。

5 關(guān)鍵技術(shù)

1） 端鋼殼分段組拼安裝，控制其各表面平整度、構(gòu)件凈寬度、凈高度；

2） 鋼支撐體系定位準(zhǔn)確，各焊縫保證滿焊及焊縫強度滿足要求；

3） 頂推過程中保證同時且連續(xù)施工。

6 效益分析

1） 鋼支撐施工

本工程采用鋼支撐體系，施工時先組裝后整體安裝。端鋼殼安裝所需鋼支撐結(jié)構(gòu)總重約30 t，安裝期間每天正常投入人員為現(xiàn)場代班2 人、專業(yè)焊工5 人、普通工人4 人，底板部分施工時間共10 d，側(cè)墻及頂板部分施工時間共30 d，總工期40 d。鋼支撐施工設(shè)備統(tǒng)計見表1。

表1 鋼支撐施工設(shè)備統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of steel support construction equipment

2） 常規(guī)工藝

常規(guī)工藝為依次分段安裝施工，施工時間會大大增加，且受其他施工工序影響，施工無法保證連續(xù)性，預(yù)估總工期為80 d。常規(guī)工藝施工設(shè)備統(tǒng)計見表2。

表2 常規(guī)工藝施工設(shè)備統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of conventional process construction equipment

經(jīng)計算，端鋼殼高精度安裝施工工程創(chuàng)造的節(jié)約價值為：60-45.25=14.75 萬元。

3） 社會效益分析

本次端鋼殼安裝，2020 年7 月14 日開始正式施工，2020 年8 月25 日完成施工。對比常規(guī)依次分段安裝，先組拼后安裝施工更加高效，施工提前完成，為后續(xù)施工爭取了寶貴的時間，節(jié)約項目成本，對項目按時履約起到良好保障。

7 結(jié)語

本工程端鋼殼安裝采用分層提前組拼配合鋼支撐體系的施工技術(shù)，在滿足設(shè)計要求面板每延米平整度小于1 mm、結(jié)構(gòu)凈高度和凈寬度小于5 mm 的前提下，比傳統(tǒng)工藝施工周期減少40 d，大大地縮短了施工工期，為后續(xù)施工爭取了寶貴的時間，節(jié)約了項目成本，對項目按時履約起到了良好的保障作用，該施工技術(shù)可在類似工程中推廣。