干坞工程坞口区止水施工关键技术

刘忠鹏 ，张赫然 ，蒲红家

（1.中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116083；2.中交天津港湾工程设计院有限公司，天津 300461；3.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461；4.天津市水下隧道建设与运维技术企业重点实验室，天津 300461）

1 工程概述

大连湾海底隧道建设工程干坞子项工程位于大连市甘井子区，其中干坞预制场用于主线18 节沉管预制，其余为干坞附属配套区。干坞坞口区东西方向总长205.91 m，占地面积约为4 200 m2，顶标高+3.5 m，由2 个浮坞门沉箱、4 个坞门墩沉箱、3 个挡水坝沉箱、1 个东坞壁沉箱、4 个钢闸门形成坞口止水体系[1]。坞口止水结构形成后，现场进行了围堰灌水试验，渗流量完全满足设计要求，止水效果良好，目前已正式投入使用。

2 坞口设计方案

每个坞室南侧设置1 个坞口，坞口结构由浮坞门、坞门墩、拦水坝和底板组成。坞口顶高程为+3.5 m，浮坞门下设底板，两侧为坞门墩，坞门墩两侧为拦水坝。浮坞门与坞门墩之间设置1 m缝隙，安装钢闸门[2-4]。

浮坞门采用重力式大沉箱结构，沉箱内填2 m中粗砂，其余部分为海水。坞门墩沉箱内回填开山石渣，坞门墩下方为混凝土基础，与底板连成整体。坞门墩内设置干坞灌水管道。

坞口之间、坞口与东、西护岸间均采用拦水坝沉箱连接，沉箱内填开山石渣，坞口区立面图如图1 所示。坞口沉箱的下方设置钢筋混凝土底板，底板下方外侧设置1 组帷幕灌浆（3 排），孔间距为2.0 m，排距为0.75 m，帷幕灌浆孔位布置图如图2 所示。拦水坝沉箱与浮坞门沉箱中间设置企扣预埋止水带（Z9-30），企口之间浇筑混凝土。浮坞门底板透空位置下方500 mm 厚素混凝土垫层处设置泄压孔，泄压孔直径为100 mm，间距500 mm。

图1 坞口区立面布置图Fig.1 Elevation layout of dock entrance area

图2 帷幕灌浆孔位布置图（mm）Fig.2 Layout of curtain grouting hole(mm)

3 施工工艺方法

3.1 坞口基础止水

坞口区位于大连湾海域，地貌属海漫滩。为保证止水效果，设计要求基槽需开挖至中风化白云岩。在实际开挖过程中发现，该区域溶沟溶槽较为发育，局部超深处超过5 m。为了保证上部结构稳定和整体止水质量，对低于主体基础底标高的溶沟溶槽采用C20 素混凝土填充后，再进行帷幕灌浆施工，以确保坞口结构底部止水效果。

1）坞口基础施工前清理场地障碍物，平整场地。采用挖掘机开挖基槽，基底溶沟溶槽人工清理，开挖至设计要求地层，验收合格后进入下道工序。

2）采用C20 素混凝土分层振捣填充至主体结构底部，待混凝土强度到达设计要求后，进行下道工序施工。

3）坞口基础止水结构采用3 排帷幕灌浆（见图2），首灌排每10 个孔取1 个孔做为先导孔进行压水试验，施工帷幕钻孔深度至渗透系数不大于3×10-5cm/s 的土层为灌浆深度[5]；总体采用自下至上分级多次加压灌注，破碎带采用自上至下方式灌注；其余孔深度以先导孔深度为参考进行钻孔和灌浆，灌浆结束封孔时，严格控制灌浆压力和浆液的注入率，每次封孔后做好对孔口的保护，直至封孔结束；达到14 d 龄期后，对帷幕灌浆效果进行验证，按帷幕灌浆孔总数的10%进行抽查，结果显示，检查孔渗透系数均小于3×10-5cm/s，满足设计要求。

3.2 浮坞门沉箱止水

东、西坞坞口区各设置浮坞门沉箱1 座。浮坞门沉箱通过比选采用原位现浇工艺，即浇筑成型后直接形成止水体系（底部Ω 止水带成压缩状态），浮坞门沉箱底部止水布置如图3 所示。

图3 浮坞门沉箱底部止水布置图Fig.3 Water stop arrangement at the bottom of caisson of floating dock gate

具体工艺：在进行现浇底部基础施工时使两条止水带保持原状并预留顶升廊道，一层沉箱浇筑成型后整体顶升（沉箱底部顶升如图4 所示）、人工清理砂垫层及底模、沉箱回落，使沉箱底部与止水带、橡胶支座充分紧密接触，止水带至设计压缩量，达到止水要求；然后再浇筑第二、三层沉箱，整体成型[6]。

图4 沉箱底部顶升Fig.4 Jacking at the bottom of caisson

1）底板止水体系施工：底板钢筋绑扎时，埋设橡胶支座及止水带预埋件并精确定位，底板混凝土浇筑养护完成后，分别安装上下两层的加劲钢板及中间的橡胶块，橡胶块与加劲钢板之间采用耐海水粘结剂连接。采用吊车将Ω 止水带移至安装位置，人工采用螺栓连接固定。螺栓全部采用天然牛油防腐，并用靠尺和塞尺检查止水带安装质量，全部合格。

2）上部止水体系施工：沉箱一、二、三层绑扎钢筋时，埋设钢闸门止水钢板；支立模板并浇筑混凝土。沉箱支顶完成后，人工进行沉箱底部清砂、拆除模板、牛皮纸及其他杂物等作业，并逐条对Ω 止水带表面质量进行检查（清砂完成后的沉箱底部Ω 止水带及橡胶支座如图5 所示）；沉箱回落后，压缩至Ω 止水带3 cm；经过程中的各项检查，Ω 止水带工作性能良好，压缩量、沉箱预埋止水钢板面板平整度等各项检测项目均完全满足设计要求。

图5 清砂完成后的沉箱底部Ω 止水带及橡胶支座Fig.5 Ω water stop belt and rubber support at the bottom of the caisson after sand cleaning

3.3 其他常规沉箱止水

坞口区其他各类常规沉箱共8 座。其中西坞口区包括坞门墩沉箱2 个、挡水坝沉箱2 个；东坞口区包括坞门墩沉箱2 个、挡水坝沉箱1 个，坞壁沉箱1 个。常规沉箱间止水依托止水带和企口素混凝土形成止水体系；沉箱止水带在钢筋绑扎后安装，在模板安装时，用夹子拉住模板外的止水带与模板紧贴；沉箱混凝土浇筑过程中，采用土工布对高出沉箱部分的止水带进行包裹保护；沉箱企口塑性混凝土浇筑时，止水带与塑性混凝土结合严密，确保无卷曲、错位及不平整现象。

3.4 钢闸门止水

坞口结构设置4 座钢闸门，主要功能为浮坞门与拦水坝沉箱间缝隙止水。针对单个钢闸门体量较大、结构形式复杂等特点，为充分保证止水效果，钢闸门制作过程中，重点控制止水面面板的垂直度及焊接质量；钢闸门安装过程中，主要控制钢闸门预紧压缩量、钢闸门与沉箱止水钢板间紧固程度。

1）为确保钢闸门在不同工况下的止水效果，首先加工1 座钢闸门并进行水密试验验证。

2）钢闸门在加工场加工，逐个构件下料，采用胎架整体组装焊接；加工过程中严格控制下料尺寸及焊接精度，对所有焊缝进行探伤，以保证焊接质量。

3）对钢闸门整体在涂装前进行联合验收，验证整体尺寸及平整度满足设计要求。喷砂除锈，涂装防腐油漆。

4）对止水带、承压垫按200 mm 间距打孔，焊接螺栓并确保螺栓垂直度。

5）安装止水带、承压垫，并采用螺栓固定。采用靠尺及钢板尺对止水带平整度进行检查，均满足要求。

6）分3 种不同工况进行钢闸门水密试验。

工况一：坞内外侧均无海水，拆除临时围堰过程中，坞外侧逐渐注满海水过程中，观察钢闸门是否有漏水渗水现象。

工况二：坞内外侧均有海水，排出坞内一侧海水过程中，观察钢闸门是否有漏水渗水现象。

工况三：坞门沉箱安装，存在最大偏差错位3 cm 时，坞内外无（有）海水，单侧灌（排）水止水试验。

在特制的水箱内将钢闸门安装并预紧后，在一侧进行灌水，进行试验观测，并对止水带密封情况进行检查，结果显示能够达到止水效果，本次试验为后续3 座钢闸门加工机安装提供了可靠依据。

7）在坞口浮坞门沉箱安装就位后，对钢闸门止水带平整度以及外观进行安装前的全面检查，同时对拦水坝、浮坞门沉箱止水钢板尺寸进行复测，均满足设计要求。现场采用25 t 汽车吊，将钢闸门吊运至安装位置；精调到位后，预紧钢丝绳，当紧张器预紧力达到100 kN 后，紧固螺栓，将钢闸门紧贴在止水钢板面上。坞口钢闸门安装如图6 所示。

图6 坞口钢闸门安装Fig.6 Installation of steel gate at dock entrance

8）现场各项工作完成后，按2～3 m/d 速度进行围堰灌水试验，坞口灌水试验如图7 所示，安排专职人员巡查坞内止水情况，经验证，坞口区止水效果良好。

图7 坞口灌水试验Fig.7 Irrigation test at dock entrance

4 施工关键技术及效果

本项目作为PPP 项目，充分利用了“设计与施工联动，施工优化设计”的优势进行设计及施工工艺调整，在确保止水效果的基础上，实现了效益最大化。

1）秉承装配式理念，采用钢闸门+大沉箱坞门组合止水体系。通过1∶1 钢闸门原型试验，模拟止水体系止水效果，为设计提供了可靠依据；止水体系中，止水钢闸门、大沉箱、密集弹性点支座、Ω 形止水带等联合应用，有效形成装配式止水体系，便于坞门拆装；坞门沉箱尺寸为41.15 m×22.55 m×16.5 m，共32 个大仓格，整体性好；坞门底板为减压格栅式结构[7-9]，有效降低渗透压；底板限位装置，精准控制沉箱位置；坞门抽水自浮、绞移变位，使用方便。

2）浮坞门沉箱作为干坞坞室的口门结构，在综合考虑现场施工环境、施工工期、施工难度、成本等多方面因素后，通过比选最终采用坞口原位现浇施工工艺，大大缩短了工期，降低了施工成本，进而确保沉管预制按期进行。

3）原设计待首次沉箱起浮后，水下清理砂垫层及底模，施工困难，且施工期无法保证止水带受力均匀，影响止水效果。经优化后，在沉箱底部基础预留顶升廊道，当完成沉箱一层现浇即进行顶升，采用沉箱顶升设备即可施工，施工操作简单，安全性好，并可以满足一次性压缩止水带的设计要求。

4）钢闸门止水体系应用：制作1∶1 模型，在陆上应用3 种工况模拟钢闸门止水效果，为结构设计和施工进行工艺验证。通过调整预紧点的位置和预紧力来控制Ω 止水带压缩量，并确定了分阶段安装及预紧的施工方法，为保证钢闸门止水效果奠定了坚实基础。

5）在坞壁咬合桩与临时围堰钢板桩衔接处、与坞口沉箱衔接处的止水结构采用旋喷桩+压密注浆的形式，对接缝进行有效止水封堵。

5 结语

1）干坞正式投入使用后，干坞整体渗流量为3 600 m3/d，小于设计的4 000 m3/d 最大渗流量要求，止水效果良好。

2）目前东、西坞已预制、出运两批12 节沉管，干坞坞口区止水结构运行良好，该技术在海底隧道工程中得到了充分的验证并成功应用，保证了工程的顺利实施，经济和社会效益显著，具有推广价值。