沉管管节钢木结构压载水箱安装工艺及特点

陈聪，李元庆

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300）

沉管管节钢木结构压载水箱安装工艺及特点

陈聪，李元庆

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300）

在沉管浮运安装施工中，作为临时结构的压载水箱显得尤为重要，其结构设计、安装效率直接影响沉管舾装的进度及成本。结合港珠澳大桥沉管隧道管节预制一次舾装，详细介绍了钢木结构压载水箱的施工工艺及优点，可为同类工程借鉴。

港珠澳大桥；沉管隧道；钢木结构；压载水箱

1 工程概况

港珠澳大桥沉管隧道穿越珠江口广州、深圳西部港区的出海主航道，共有33个管节，自西向东依次编号为E1～E33，沉管管节安装顺序为：先由西人工岛暗埋段至E29管节，长度约5.1 km；再由东人工岛暗埋段至E30管节，长度约0.6 km。

每个管节宽度37.95 m，高度11.40 m，标准管节长180 m，由8个22.5 m的小节段组成，每个标准管节重约8万t。压载水箱是港珠澳大桥沉管隧道重要的舾装结构，每个标准管节共有6个水箱，用于调节沉管在坞内横移、出运及沉放安装过程中的负浮力及姿态（如图1）。

图1 沉管压载水箱布置示意图Fig.1 The water ballast space layout of immersed tube

该工程压载水箱为钢木结构，由两道挡墙、沉管侧墙及中墙围成，平面尺寸为14.55m×20m。挡墙由钢立柱、横梁、拉杆及木枋组合而成，木枋墙高5 m，宽14.55 m，采用TB13及TC13以上等级木材，水箱内侧铺设整体式PVC防水布作为防水层（如图2）[1]。

图2 压载水箱Fig.2 Thewater ballastspace

2 安装工艺

安装主要工艺流程：安装准备→钢立柱安装→上横梁安装→斜拉杆安装→挡墙木枋安装→墙体预埋孔洞及阳角处理→安装PVC防水布[2]。

2.1 安装准备

1）水箱预埋件清理，预埋精度、数量检查。将立柱、横梁、斜拉杆预埋件表面及螺栓孔内杂物清理干净，确保钢构件安装之后能够与预埋件表面贴紧无间隙，使钢结构之间荷载传递均匀。另外，要检查预埋件精度、数量，如果不能满足使用要求，及时联系设计部门，制定整改方案。

2）水箱材料转运。在厂房预制、舾装要形成流水作业，水箱材料要及时转入管内，避免影响封门及其它工序施工作业。由于受场地影响，只能利用叉车等小型设备进行管内转运，并制作必要的平台工装等。

2.2 钢立柱安装

1）在准备安装的立柱预埋件旁边搭设临时操作平台。

2）采用加高叉车配合吊架将钢立柱按顺序吊装到位。

3）用连接螺栓（M30×75）将立柱与预埋件进行固定，用电动扳手将螺栓打紧，每个螺栓的预紧力为280 kN，然后利用临时操作平台卸扣，按同样方法将两个挡墙立柱安装到位，但每个挡墙预留1根立柱不安装，作为临时通道，方便后续作业。

2.3 上横梁安装

1）上横梁分两段安装，利用加高叉车提升到立柱正上方临近钢立柱顶部10 cm处，利用操作平台进行人工辅助安装，用连接螺栓（M30×75）将横梁与预埋件进行固定，用电动扳手将螺栓进行预紧，预紧力为280 kN。

2）两段横梁安装好后，中间连接处用厚10 mm的连接钢板和M20×60螺栓连接成整体，用电动扳手预紧，预紧力为125 kN。

2.4 斜拉杆安装

1）斜拉杆分4段安装，第一次安装前需先在地面用厚10 mm的连接钢板及M20×60的螺栓将第1段、第2段连接成整体，螺栓用电动扳手预紧，预紧力为125 kN。

2）利用叉车及专用吊具将第4段提升到与墙体上预埋件齐平的位置，人工辅助安装，使构件方向正确且贴紧预埋件表面，用螺栓（M30×75）进行连接，使用电动扳手预紧，预紧力为280 kN。

3）利用叉车将第1段、第2段整体提升到上横梁与斜拉杆安装位置附近，搭设临时操作平台进行人工辅助调整，调整到位后用M20×70螺栓进行连接固定，螺栓施加125 kN的预紧力。

4）第3段为调节段，测量第2段与第4段之间的距离，切割长度合适的槽钢填充间距，槽钢与斜拉杆之间采用全熔透焊接成整体，斜拉杆安装完成。

2.5 挡墙木枋安装

1）水箱挡墙木枋原材料采用TB13及TC13以上等级的木材，在工厂加工成标准件，尺寸为长2.35 m、高0.20 m、厚0.90 m，另外非标准件根据现场实测尺寸进行加工，挡墙木枋划分为25层，高5m。

2）挡墙木枋安装遵循从下往上，从左到右的顺序，嵌入T形钢槽口内，可搭设临时操作平台，或用叉车辅助安装（预留通道木枋后装）。

3）挡墙两侧和倒角处木枋需按实际尺寸现量现裁现装，两侧木枋安装就位后，用水泥钉将木枋与墙体固定，防止木枋晃动，结构不稳定。

2.6 墙体预埋孔洞及阳角处理

1）管节侧墙内壁预留了消防洞室和逃生临时安全门，如果在压载水箱范围内，需要进行临时填充。

2）消防洞室用泡沫板填充至表面与墙体表面齐平，边缘粘贴无纺布保护防水布。

3）逃生临时安全门用临时封门钢板盖住洞口，背面用20号槽钢作反力梁，M20拉杆预紧封门门体，边缘同样用无纺布覆盖保护防水布。

4）管节墙体阳角要处理，先铺设三角木条，再粘贴无纺布以保护防水布。

2.7 安装PVC防水布

1）安装防水布挂钩，挂钩沿压载水箱顶面四周分布，按图纸要求两侧墙体布置间距为1.5m，挡墙布置间距为1.0mm，高度为5.033m。

2）在水箱PVC防水布转入水箱区域后，封闭预留的临时通道，并安装下横梁。

3）对水箱区域内进行全面清理，清除杂物、灰尘，并确保防水布铺设范围内无尖锐棱角。

4）将防水布移至水箱内部的正中心，按顺序对称展开，使用梯子从防水布的中心线开始往两侧将防水布均匀挂上侧墙挂钩，再进行防水布位置调整，将富余的防水布贴紧墙体，使水箱注水时防水布不会由于受力不均匀而破损。

5）安装水箱给排水支管，准确在防水布上定位，避免在防水布上二次开孔。

6）压载水箱试水试验，检查是否存在渗漏，以便及时修补。

3 钢木结构水箱特点

3.1 布局合理

1）每个标准节段有6个水箱，均匀布置在两个行车道上，可以通过调节6个水箱水位，有效调节管节在水中的姿态，保持管节稳定。

2）每个压载水箱只安装了两个立面挡墙，另外两个立面有效利用管节混凝土墙体结构，分别支撑在侧墙和中墙上，最大程度节省材料，并保持水箱结构稳定。水箱结构示意图如图3所示。

图3 压载水箱结构示意图Fig.3 Structure diagram of thew ater ballast space

3.2 结构简单

1）钢木结构压载水箱材料种类不多，并且每件重量较小，方便管内运输及安装。

2）水箱钢结构节点大部分采用螺栓连接，极少情况下采用焊接，方便安装、拆卸，操作简单方便。

3）水箱木枋直接嵌入到钢立柱上，操作简单，有效保护了木枋，同时，也能减少钢结构的使用量，降低了成本，并且减少了安装难度。

4）水箱防水布采用简单的挂钩方式直接挂在挡墙顶部，操作简单，有效防漏。

5）上下横梁、斜拉杆等钢构件，采用分段方式安装，操作简单，并且保证安装精度。

3.3 节能环保

钢木结构压载水箱基本采用螺栓连接、拼接等方式，有效减少安装、拆卸时管节内部的动火作业，尤其对于后期沉管沉放安装后，管内作业环境恶劣，通风效果较差，可有效减少管内空气污染及光污染，提高管内作业人员的舒适度，降低气体中毒的风险[3]。钢木结构压载水箱结构简单，采取有效措施可提高各种材料重复使用率，减少浪费，节能环保。

3.4 对预埋件精度要求高

由于压载水箱主体结构采用钢结构拼装，并且采用螺栓连接，所以对于水箱预埋件的精度要求非常高（＜5mm）[4]，否则螺栓孔位将无法匹配。因此，在沉管预制过程中，应特别重视预埋件安装精度控制，以便为下道工序的顺利实施提供条件，达到沉管压载水箱高效舾装的目的。

3.5 成本、工期优势

1）钢木结构水箱较钢结构水箱节约材料成本，并且安装简便，所需技术工种较少，人工成本降低，经过计算比对，单个钢木结构水箱较钢结构水箱节省成本约16.7%。在预制管节较多时，钢木结构水箱可以重复利用，成本优势更加凸显。

2）钢木结构水箱在安装中较钢结构水箱灵活，可随意留出通道供管内作业人员通行，又不影响水箱的正常施工，可错开管内交叉作业，流水施工，有效提高安装效率，比较发现，钢木结构水箱安装工期可缩短约25%。

4 结语

港珠澳大桥沉管预制中所采用的钢木结构压载水箱，从设计到实施过程中均通过多次讨论，达到结构设计最优化，从成本、工期角度出发，均有较大的优势，值得后续同类工程借鉴。

[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：管节结构施工图[R].2012. CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnelprojectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:construction drawing of immersed tunnel structure[R]. 2012.

[2] 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程第III工区一分区项目经理部.港珠澳大桥沉管预制施工组织设计[R].2012. ProjectManagementDept.of the First Subarea ofWork Area III for Island and Tunnel Project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge JointVentureofChina Communications Construction Co.,Ltd.The construction organization design of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersion precasting[R].2012.

[3] 王宇，赵立新.港珠澳大桥沉管隧道安全管理[J].中国港湾建设，2015（7）：134-136. WANG Yu,ZHAO Li-xin.Safety management of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tube tunnel[J].China Harbour Engineering,2015(7):134-136.

[4]港珠澳大桥管理局.港珠澳大桥施工及质量验收标准[S].2013. Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality acceptance criteria forHongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S]. 2013.

图5反力架Fig.5 Reaction frame

4.3 精度控制要点

预埋件安装过程中应采取有效措施保证预埋件安装精度及质量，在混凝土浇筑完成后满足设计要求。施工中应注意以下几点：

1）根据预埋件结构以及安装部位，确定预埋件安装最佳时机，提前在钢筋绑扎过程中预留其安装位置或安装固定措施。

2）顶部舾装件以及接头等多数预埋件安装采用全站仪精确定位，在混凝土浇筑过程中进行监控，保障安装精度满足设计要求。

3）安装定位架对测量塔等预埋件进行相对位置固定，保证安装精度。

4）端头预埋件安装到位后，采取有效措施与模板固定，保证其与端面的位置。

5）预埋件精调到位后，采取有效措施固定牢固，混凝土浇筑过程中监控其位置，保证预埋件最终安装质量。

6）预埋件螺栓孔（杆）应采取有效保护措施，防止封堵、损伤。

7）预埋件焊接质量应满足设计要求。

8）加强预埋件防腐涂层的保护，及时按照设计要求对防腐涂层损伤部位进行修补。

9）预埋件安装过程中与钢筋位置冲突时，可微调钢筋位置优先保证预埋件安装精度。

5 结语

目前，港珠澳大桥岛隧工程沉管预制已完成24个管节的预制，通过工厂法预制，不断优化施工技术，大型预埋件安装更加准确，保证了钢筋施工质量，为港珠澳大桥顺利完工打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]杨文武，毛儒，曾楚坚，等.香港海底沉管隧道工程发展概述[J].现代隧道技术，2008（S1）：41-46. YANGWen-wu,MAO Ru,ZENG Chu-jian,et al.Development overview on submarine immersed tube tunnelproject in Hongkong [J].Modern Tunneling Technology,2008(S1):41-46.

[2]肖晓春.大型沉管隧道管节工厂化预制关键技术[J].隧道建设，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.

[3]陆明，陈鸿.超深埋海底沉管隧道接头防水设计探讨[J].中国建筑防水，2012（8）：17-21. LU Ming,CHEN Hong.Discussion on the joints waterproofing design of ultra-deep buried submarine immersed tube tunnel[J]. China BuildingWaterproofing,2012(8):17-21.

Installation technology and characteristics of steel-wood structurewater ballast spaces in immersed tube element

CHENCong,LIYuan-qing
（No.2Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510300,China）

The water ballast spaces are importantas interim memberwhen the immersed tube was floating and transporting. The structural design and installing efficiency of water ballast space impact the plan and cost of immersed tube's outfitting. Combining with a outfitting process of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tube element prefabrication,we expounded the installation technology and characteristics of steel-wood structure water ballast spaces,and will be used in the future similar projects.

the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;immersed tunnel；steel-wood structure；water ballast spaces

U655.4；U459.5

B

2095-7874（2015）11-0106-04

10.7640/zggw js201511028

2015-10-19

2015-10-30

陈聪（1985— ），男，广东河源人，工程师，从事工程技术管理工作。E-mail：757198379@qq.com