大型沉管顶推滑板选型与优化

王李，刘然，范卓凡

（中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121）

大型沉管顶推滑板选型与优化

王李，刘然，范卓凡

（中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121）

顶推施工法工艺成熟，广泛应用于桥梁工程中，而预制沉管顶推工艺不同于传统的顶推施工法，多点支撑同步顶推的施工工艺，对顶推的同步性、设备的要求更高，尤其是顶推滑板的选型，直接关系到顶推施工中沉管的安全与质量。通过多次对顶推滑板进行选型与结构优化，保证了港珠澳大桥沉管顶推施工的安全及工效。

顶推法；预制沉管；滑板；选型；优化

0 引言

伴随着20世纪初预应力混凝土及高强度钢材的相继出现，近代桥梁施工技术应运而生。1959年，由前联邦德国的莱昂哈特博士和包尔教授首次将顶推技术运用于奥地利阿格尔桥梁的预应力混凝土连续梁上。由于顶推施工具有噪音小、占用场地少、使用设备简单即可完成重型构件的移动和安装等优点，因而在世界各国得到了广泛运用和迅速发展。而后，根据施工需要，顶推分为单点顶推和多点顶推，单点顶推对顶推力要求大，多点顶推对顶推同步性要求高。不管是单点顶推还是多点顶推，近年来随着施工大型化、装配化的趋势，顶推技术的应用必将越来越广泛。

1 工程概况

港珠澳大桥岛隧工程海底沉管隧道总长度为5 664 m，由33个管节组成，其中直线段管节28个，曲线段管节5个，曲率半径5 500 m。单个标准管节长180 m，由8个长22.5 m的节段组成。管节采用两孔一管廊截面形式，宽37.95 m，高11.40m。在管节下方设置4条滑移轨道，分别位于2个侧墙和2个中隔墙下方，滑移轨道上设置支撑千斤顶，在顶推过程中支撑节段重量[1-3]。

节段顶推采取分散连续顶推方法：在1号节段下方设置24个支撑千斤顶和8对顶推千斤顶，当1号节段混凝土达到顶推强度要求后，向浅坞方向顶推22.5 m，下一节段匹配预制（即2号节段）；2号节段则配置同样的支撑和顶推装置，连同1号节段向前顶推22.5m；以此类推，完成管节8个节段的浇筑；最后整体向前顶推至浅坞区。

2 顶推滑移参数

沉管预制顶推滑移系统包括滑道和滑板。滑道为钢混组合结构，管节重量通过支撑千斤顶、钢筋混凝土梁传递到地基；水平顶推力则通过顶推千斤顶作用于钢滑道上，钢滑道表面贴有3块3mm厚不锈钢板。滑板为高分子材料，安装于支撑千斤顶底板底面。顶推时滑板在不锈钢板上滑动，如图1。滑板与滑道间是面接触的形式，能够保证滑移面和滑道之间的接触压强相对较小，提高顶推施工的稳定性和安全性。滑板材料的选取是顶推系统设计的关键之一，摩擦系数太大会导致顶推力过大，顶推千斤顶和滑道相应增大，造成不必要的浪费。

图1 顶推滑移接触面细部图Fig.1 Detailsof push sliding contact sur face

滑板与不锈钢接触面必须保证滑动时摩擦力小于设计最大摩擦力。根据设计要求，滑板和不锈钢间的摩擦系数为：

1）最大静摩擦系数：7%（考虑2%的安全储备）。

2）滑动摩擦系数：3%～5%。

即最大摩擦系数为7%。

管节总重量为：85 325×8=682 600 kN。

所需顶推力为：0.07×682 600=47 782 kN。

单个管节下方顶推千斤顶能够提供的顶推力为：6 333×8=50 664 kN。

所需顶推力47 782 kN<千斤顶所能提供的顶推力50 664 kN，能够满足管节的顶推要求。

3 顶推滑板选型

3.1 顶推滑板材料比选

对于顶推滑板的选型，其必须满足良好的弹性和抗冲击性、摩擦系数低、承载能力大、耐磨性好、结构尺寸稳定。港珠澳大桥岛隧工程预制沉管顶推施工滑板从材料上，主要对MGC材料、聚四氟乙烯材料（PTFE）两种进行比选，通过调研论证、试验分析及现场实际情况，综合分析对比后选择聚四氟乙烯材料（PTFE），顶推滑板材料综合对比表见表1，两种材料顶推滑板图见图2。

表1 顶推滑板材料综合对比表Table1 Integrated comparison chartof push slide m aterials

图2 两种材料顶推滑板图Fig.2 Twom aterialsof push slide

3.2 顶推滑板尺寸选型

根据支撑千斤顶及滑移不锈钢板轨道的尺寸及要求，同时考虑到顶推滑板的延展性和成本，最终确定顶推滑板的尺寸为长100 cm，宽16 cm，中间设置3个螺栓孔，使用尼龙螺栓将滑板固定在支撑千斤顶底部。同时由于滑板与不锈钢轨道间需通过润滑油降低两者间摩擦系数，因此在滑板上留有油槽。滑板尺寸见图3。

图3 滑板尺寸图Fig.3 Slide size chart

4 顶推滑板优化

4.1 顶推滑板厚度的优化

施工方案中对顶推滑板的厚度拟定为15mm，现场实际使用中效果不太理想，其原因在于聚四氟乙烯材料硬度较软，顶推滑板在进行近300 m距离的顶推移动中为克服摩擦系数及沉管自身重力，将不断地变薄及被拉伸（图4），导致滑板厚度不符合顶推条件。另外，为增大顶推滑板与支撑千斤顶底部摩擦系数，防止顶推滑板从支撑千斤顶下部滑出，支撑千斤顶底面增加了约2 mm高的焊点。

图4 滑板拉伸图Fig.4 Tensile figureof push slide

为保证顶推过程中支撑千斤顶底部不会由于顶推滑板变薄而刮伤不锈钢滑轨，同时充分考虑顶推至最终位置时顶推滑板的拉伸量，因此对顶推滑板厚度增加2～17 mm。

4.2 顶推滑板结构的优化

顶推过程由于滑板长期承压变薄，润滑油无法进入滑板与不锈钢滑轨间，导致顶推摩擦系数增大、滑板被拉伸，从而增大了沉管顶推移动过程中的换板次数。为此，对顶推滑板结构进行优化。

1）对顶推滑板底部增加油孔，便于润滑油的储存。

2）增大原油槽深度至2mm，便于润滑油进入。

优化后的滑板，通过现场顶推施工的检验，较前期的滑板润滑油能够进入滑板与不锈钢滑轨之间，因而摩阻系数显著减小，同时顶推滑板的拉伸现象也大大降低，优化后顶推滑板见图5。

图5 优化后顶推滑板图Fig.5 The optim ized push slide

5 结语

沉管顶推施工中，根据顶推滑板的使用情况，对顶推滑板有针对性地进行改造与优化，从而提高了顶推滑板的使用性能，确保了预制沉管在顶推过程中的安全、质量和工效，为以后类似施工提供了借鉴。

[1]陈伟彬，刘远林，李海峰.超大型沉管顶推技术[J].中国港湾建设，2015，35（7）：100-104. CHENWei-bin,LIU Yuan-lin,LIHai-feng.Pushing technology of super large immersed tube[J].China Harbour Engineering,2015, 35(7):100-104.

[2]尹海卿.港珠澳大桥岛隧工程设计施工关键技术[J].隧道建设，2014，34（1）：60-66. YINHai-qing.Key technologies app lied in design and construction of artificial islands and immersed tunnel of Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge(HZMB)Project[J].Tunnel Construction,2014,34 (1):60-66.

[3]戴书学，游川.节段式预制沉管顶推系统比选与优化[J].中国港湾建设，2015，35（7）：4-7. DAIShu-xue,YOUChuan.Comparison and optimization for pushing system ofsectionalprefabricated immersed tube[J].China Harbour Engineering,2015,35(7):4-7.

Selection and optim ization of push p late in large-scale immersed tube

WANG Li,LIURan,FAN Zhuo-fan
（China Communications2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401121,China）

The pushing construction technology is mature,and widely used in bridge engineering.However,the pushing technology for prefabricated immersed tube is different from the traditional pushing construction method,it is a construction technology of themulti point supporting synchronous pushing,and the synchronization push and equipment requirements are higher,especially for the selection of push plate,which is directly related to the safety and quality of construction to push the immersed tube.Through repeated selection and structure optimization of the push plate,we ensured the safety and efficiency for pushing construction of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge.

pushingmethod;prefabricated immersed tube;push plate;selection;optim ization

U655.4

B

2095-7874（2015）11-0049-03

10.7640/zggw js201511014

2015-10-12

王李（1989— ），男，四川资阳市人，助理工程师，土木工程专业。E-mail：315584312@qq.com