新型预应力管道接头连接件性能试验

张文森，刘荣岗，黄海斌

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300）

新型预应力管道接头连接件性能试验

张文森，刘荣岗，黄海斌*

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300）

沉管预制生产过程中由于各种原因，节段预应力管道在匹配对接中可能产生一定的间隙、位移及错位，在连接处容易出现渗水漏浆。通过对接头材料工艺的优化并通过模拟试验验证，阐述节段接头连接件在不同间隙情况下的密封性和连接件埋入混凝土后的无黏结性，能够满足沉管预应力管道水密性等技术要求，为连接件在沉管预制中的应用提供了技术支持。

预应力管道；节段接头；连接件；沉管；水密性

0 引言

沉管隧道的预制管节首先要满足水密性要求，每个管节是由数个节段组成，通过纵向预应力筋使各个节段连接为一个整体，管节节段接头处预应力管道连接件所采用的材料与连接工艺直接影响预应力管道的水密性。本文根据工程实际情况对预应力管道节段接头的连接件材料进行了模拟试验。

1 工程简介

港珠澳大桥海底沉管隧道长5 664 m，分33个管节，其中标准管节长180 m，由8个长度为22.5 m的节段组成。沉管预制采用工厂法匹配浇筑施工，每次1个节段浇筑完成后，通过节段接头连接件将管节上预埋的60个预应力管道进行匹配连接，在确保每个预应力管道接缝处紧贴平顺后，再进行混凝土浇筑。8个节段预制完成后将管节顶推到浅坞区，进行预应力筋穿束张拉及压浆工作，使8个节段连接成为一个管节，最后经过压水试验观察节段接头水密性质量[1]。管节节段接头连接示意图见图1。

图1 管节节段接头连接示意图Fig.1 Pipe segment jointconnection diagram

2 预应力管道节段接头施工质量要求

1）每个节段有60个预应力管道需要对接，一个管节需要匹配对接420次，如预应力管道节段接头连接件在安装过程中管控不严，实际位置与设计位置存在一定偏差，当偏差超限时，就会导致前后节段管道匹配存在过大的角度和错位，出现预应力管道不顺直，直接影响预应力筋的穿束。

2）如果已浇筑的管节端面混凝土不平整，部分预应力管道存在内陷，在预应力管道对接过程中，连接件的密封圈和卡环容易发生挤压变形或者破坏，造成前后节段对接后连接件与预应力管道内存在一定缝隙，影响预应力管道结构水密性。

3）沉管在预制完成后的顶推过程中，由于顶推千斤顶存在不同步和各轨道之间高程有差异，容易引起节段接缝处出现不同程度的拉开或错位，需要节段接头处波纹管本身能与混凝土之间有一定的无黏结性来缩小前后节段波纹管接头之间的缝隙距离，以保障整个预应力管道的密封性。

4）预应力管道节段接头连接的质量直接影响预应力管道真空辅助压浆施工质量，如果接头不密封，预应力管道抽真空就达不到要求，同时也容易出现接头处漏浆，造成预应力管道压浆不饱满，在后期进行压水试验中就会出现渗水现象，将直接影响整个沉管结构的水密性功能。

3 节段接头波纹管连接件技术要求

为克服施工中节段接头连接件存在的一些问题，根据设计要求，预应力管道在节段接头两侧各3 m长的波纹管接头连接件与混凝土之间需无黏结作用。为确保预应力筋的顺利穿束、节段管道之间的水密性以及防止深海环境下预应力筋遭受侵蚀，节段接头处预应力波纹管匹配施工时必须保证接头的连续性和密封性。为此，采用由VSL国际有限公司设计的节段接头连接件（三件套）[2]，其由2个3 m长的外壁套管、设有密封O形圈的内接管三部分组成，如图2。

图2 节段接头波纹管连接件示意图Fig.2 Segment joint corrugated pipe fittings

预应力管道节段接头连接件是特殊定制产品，需满足以下技术要求[3]：

1）外管外表光滑，与混凝土的握裹力应尽量小，以满足无黏结要求，在节段接头张开量<6 mm前提下，预应力筋的应力增量≤195 MPa。

2）应选用耐久性材料，在工作环境下设计使用寿命不小于120 a。外管环向刚度、抗冲击性、抗局部横向荷载及外管不圆度不低于JT/T 529—2004《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》的要求，并且保证混凝土浇筑过程中少变形，前后匹配对接存在3°转角时需满足内管穿管要求。

3） 对于内、外管应使用原始粒状原料，严禁使用粉状和再造粒状颗粒原料；内、外管间隙充填可压缩材料，使正常情况下节段接头处能适应不小于4mm的剪切变形。

4）内、外管接口处错台应不影响钢绞线穿束，连接配合应满足0.6MPa的水密性要求。

4 模拟试验验证

为了确定节段接头连接件是否满足设计要求，为施工提供技术支持，重点对节段接头连接件的水密性和无黏结性两项指标进行了模拟试验。

4.1 水密性试验

验证预应力管道连接件接缝间隙从4 mm到极限最大间隙16mm时的密封性。

将接头管1和接头管2分别预埋在2个混凝土墩块中，接头管内安装有内接管（图3），完全模拟管节预应力管道接头部位，并使用密封盖帽将接头管1和接头管2两端密封，在浇筑的混凝土墩块中形成管道内部的密封环境。

图3 水密性试验的连接件样品Fig.3 W ater tightness testof p ipe fitting joint sam p les

给试验连接件内部施加0.6 MPa水压，通过检测两件混凝土墩块接缝处是否漏水，验证接缝连接件的水密性。同时，试验模拟管节接缝位置从完全贴紧状态，至逐渐拉开不同距离间隙的工况下连接件的密封性。按照设计要求，间隙从4 mm逐渐加大到设计理论最大值6～8mm，并继续逐渐加大至极限16 mm（图4）。

图4 水密性试验的2组混凝土试块Fig.4 Two groupsof concrete specimensofwater tightness test

试验块1使用不缠绕遇水膨胀密封带的内接管，仅使用经过老化试验后的O形密封圈。试验块2使用缠绕遇水膨胀密封带的内接管，同时使用经过老化试验后的O形密封圈，与试验块1进行对比。

试验结果：在间隙分别为4 mm、6 mm、8 mm、10mm、12 mm、14 mm、16 mm的情况下，观察接缝处在1 min、10 min、30 min、1 h的渗水情况，未见漏水。

为进一步验证连接件在施工或使用过程中可能发生的横向或纵向位移所带来的影响，在完成最后极限间隙16 mm水密性试验后，将1个混凝土墩块整体垫高4 mm，然后在0.6 MPa的水压下保压试验24 h，观察连接件接缝处也未见漏水。

4.2 无黏结性试验

将连接器接头管1和接头管2分别预埋在2个混凝土墩台内，并通过张拉千斤顶和张拉锚具对安装在接头管内的钢绞线（已压浆）进行拉拔作用，钢绞线的拉拔力通过管内的握裹浆体传递给接头管1和接头管2（图5）。由于聚丙烯接头管光滑外壁与混凝土的无黏结作用，当接头管1和接头管2受到一定拉拔力后，即与混凝土接触面产生位移。

图5 无黏结性试验的2组混凝土试件Fig.5 Two groupsof concrete specimen of unbonded test

为了试验不同润滑条件下的拉拔力，进行2组试验：试件1为接头管1表面涂抹低黏度润滑油，试件2为接头管2表面涂抹低黏度润滑油。

试验结果：当千斤顶加压到3 MPa时，试件1的连接件与混凝土接触面发生了0.05 mm的位移，继续加压到5MPa时，位移为5mm。试件2加压到2 MPa时，位移为0.01 mm，加压到3 MPa时，位移为0.08mm，继续加压到5 MPa时，位移为5mm。

5 结语

港珠澳大桥沉管采用节段匹配预制，节段与节段之间的预应力管道连接施工难免给预应力结构防水带来一定风险，预应力管道接头的施工质量关系到后续压浆施工。本次预应力管道连接件水密性、黏结性试验结果证明了连接件在高水压作用下的水密性，并且与混凝土本体无黏结，试验的成功为后续沉管预应力施工提供了有力的技术支持。

[1]中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥主体工程岛隧工程施工图设计：管节接头、节段接头施工图[R].2012. CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel projectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:construction drawing of socket joint and segment joint[R]. 2012.

[2]VSL香港公司.VSL专利节段接缝连接器水密性试验和无黏结拉拔试验方案[R].2013. VSL Hongkong Ltd.VSL proprietary segment joint coupler water seal testand unbounded behaviour pull-out testscheme[R].2013.

[3]中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道节段接头波纹管连接件技术要求[R].2013. CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Technical requirements of immersed tube tunnel segment joint corrugated pipe fittings of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island&tunnelproject[R].2013.

Perform ance test of new prestressed pipe joint connector

ZHANGWen-sen,LIURong-gang,HUANGHai-bin*
（No.2 Eng.Co.,Ltd.of CCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510300,China）

Because of various reasons during the prefabrication of immersed tubes,there would be some gaps,displacement and dislocation between segmentalprestressed pipesduring docking process,therefore,it'svery easy to have leakage and water seepage situation at the junctions.Through optimization of jointmaterial technique and simulation tests verification,the section joint connectors＇sealabilities in differentgaps and its non-adhensiveness after embedded in concrete canmeet the technical requirementsof immersed tube tunnel prestressed duct,and provide technical support for jointsused for immersed tube tunnel. Keywords：prestressed pipe;section joint;connector;immersed tube;water tightness

U459.5；TU394

A

2095-7874（2015）11-0039-03

10.7640/zggw js201511011

2015-10-19

张文森（1983— ），男，福建三明市人，工程师，土工工程专业。*通讯作者：黄海斌，E-mail：404192082@qq.com