沉管端鋼殼施工工藝研究論文
沉管端鋼殼施工工藝研究論文
1工程概況
端鋼殼安裝在沉管管節的2個端頭，與管節混凝土澆築為整體，其施工方法有一次整體澆築的一次成型和分段施工的二次成型，一次成型適用於工法廠管節預製，二次成型適用於管節乾塢法預製。本文闡述的一次成型端鋼殼施工工藝主要借鑑港珠澳大橋島隧工程，二次成型施工工藝主要參考洲頭咀隧道工程。港珠澳大橋海底沉管隧道全長5.664km，由33個管節組成，共34個管節接頭，標準管節長180m，寬37.95m，高11.4m，採用兩孔一管廊截面形式，端鋼殼採用一次性整體澆築形式，有兩種型別：A型（共34套）、B型（共32套），端鋼殼尺寸為650mm×280mm的L形截面，主要由端部面板（24mm×620mm）、翼緣板（30mm×280mm）、加勁板及連線焊釘（準25mm）組成。
2一次成型端鋼殼施工工藝
一次成型端鋼殼是指管節端鋼殼採用整體式設計，在管節混凝土澆築時安裝就位並調整到設計要求的精度，管節預製完成後即可使用，無需進行面板安裝、灌漿及防腐等二次施工。施工工藝流程：端鋼殼製作→端鋼殼拼裝→端鋼殼安裝固定→端鋼殼調整→端鋼殼防腐。
2.1端鋼殼製作
為提高階鋼殼的加工製作精度，單個端鋼殼由專業鋼結構製作廠家分14塊在工廠內製作，如圖3所示。為方便製作過程的變形控制，端鋼殼所有材料均使用數控下料，採用專業工裝拼裝固定後再進行分段焊接成型。考慮到沉管預製在島上施工，為保證端鋼殼對接接頭的焊接質量及控制單塊構件的變形，在考慮構件裝車運輸全體下，將部分較小的端鋼殼加工成型後對接成整體，減少後期現場拼裝、焊接的工作量。根據端鋼殼加工分塊的特點，到達預製廠時為10大塊。
2.2端鋼殼拼裝
端鋼殼拼裝分為三部分，一是在工廠內預拼裝，二是在預製廠拼裝場地拼裝，三是在預製廠廠房內拼裝。預製廠拼裝場地拼裝指端鋼殼運輸到達預製廠後，為減少安裝對接的工作量，加快端鋼殼安裝進度，在拼裝場地專用拼裝臺座上，提前將B1+B2、B3+B4、B9+B10對接成整體再運輸至預製廠廠房內，拼裝完成後，端鋼殼共分為7塊。預製廠廠房內拼裝指在端鋼殼安裝前，提前將端鋼殼轉運至廠房內，將（B1+B2+B3+B4）、（B7+B8+B9+B10+B11+B12）在廠房內進行拼裝、焊接、調整平整度，提前對焊接點進行焊縫檢測，以減少在鋼筋籠上的對接工作量，拼裝完成後，端鋼殼共分為4塊，分別為底板1塊、牆體2塊、頂板1塊。
2.3端鋼殼安裝固定
頂板鋼筋綁紮完成後，為便於端鋼殼安裝，提前將鋼筋籠向前頂推1m，在測量放樣出端鋼殼定位基準線後開始安裝。端鋼殼安裝採用先底板、後側牆、再頂板的安裝順序，對底板端鋼殼與牆體端鋼殼接頭進行對接、焊接及打磨。頂板端鋼殼安裝前，提前對底板與牆體接頭平整度及焊縫進行檢測，再根據測量臺架上的放樣點，安裝頂板端鋼殼，並固定於鋼筋籠上，隨鋼筋籠一起頂推至澆築坑。
2.4端鋼殼調整
端鋼殼調整共分為3個階段：體系轉換後、模板安裝後、混凝土澆築過程中。鋼筋籠頂推至澆築坑，完成體系轉換後，透過全站儀測量，按底板、側牆、頂板的順序，採用手拉葫蘆將端鋼殼整體初調至基準線。端鋼殼初調到位，安裝模板端模系統，透過端鋼殼與端模支撐系統上的定位螺栓對端鋼殼進行精調，並調節端模支架的支撐螺栓，使支撐與端鋼殼緊貼、固定。仔細檢查各支撐螺栓的預緊狀況，然後再次對端鋼殼進行全面複測，確認平整度滿足要求後，用角鋼將端鋼殼與鋼筋籠進行焊接加固。在管節混凝土澆築過程中，對端鋼殼進行全過程實時監測，根據測量資料透過調節支撐螺栓對端鋼殼的平整度進行微調，確保端鋼殼質量。
2.5端鋼殼防腐處理
端鋼殼除在鋼結構廠內進行防腐處理外，在管節頂推到淺塢，完成預應力施工後，對所有焊接位置及表面重新進行防腐處理，端鋼殼防腐按永久鋼結構等級標準執行，採用熱浸鋅70μm重度防腐塗裝，並在底板內側鋼結構上附加犧牲陽極保護，外側設定5mm預留腐蝕厚度。
3二次成型端鋼殼施工工藝
二次成型端鋼殼指在管節混凝土澆築時先安裝端鋼殼主體結構，等管節預製完成後再整體安裝端鋼殼面板，最後需在端鋼殼主體與面板之間灌注高強砂漿。端鋼殼的現場安裝分3次進行：第一次在澆築混凝土底板前安裝下段，第二次在澆築上層結構前安裝上段，第三次是待混凝土充分固化後安裝端鋼殼面板。二次成型端鋼殼施工工藝流程為：端鋼殼製作→端鋼殼下段工字鋼安裝→端鋼殼上段工字鋼安裝→端鋼殼面板安裝→端鋼殼防腐→端鋼殼注漿。
3.1二次成型端鋼殼製作
二次成型端鋼殼工字鋼及鋼面板分開加工製作，考慮到端鋼殼整體尺寸、加工誤差、運輸便利、現場拼裝和精度控制等因素，將工字鋼分9段加工，鋼面板按設計圖紙分塊加工製作。
3.2二次成型端鋼殼下段工字鋼安裝
在進行端鋼殼下段工字鋼安裝前，先進行測量放線，再將端鋼殼下段工字鋼吊至安裝位置，以中心線、半寬/全寬輪廓線定位，直立面用線錘吊點定位和照對邊牆上的斜度線進行粗安裝。粗安裝完成後，安裝支撐臺架。支撐臺架除了支撐端鋼殼外，同時提供安裝端鋼殼的操作平臺，並能夾緊端鋼殼半成品部件，使半成品固定在正確的.位置上，安裝支撐架還要抵抗澆築混凝土時的側向推力。支撐臺架安裝完成後，將直立面與支撐臺架和沉管側板固定，下樑的下翼緣固定於沉管底板和現場預埋件上，上翼緣按照現場預埋件的間隔固定於短柱上，固定完成後，進行端鋼殼下段工字鋼的精調和沉管底板混凝土的澆築。
3.3二次成型端鋼殼上段工字鋼安裝
底板混凝土澆築完成後，開始安裝端鋼殼上段工字鋼，首先在支撐臺架上標註端鋼殼安裝線，複核其半寬、全寬、高度、對角尺寸的正確性，將兩側的端鋼殼根據傾斜度進行固定，然後將上面水平兩段安裝固定在支架上，用測量儀整體測量端鋼殼的平整度和傾斜度，再焊接必要的定位馬板和準備必要的定位工具固定整個端鋼殼。整個端鋼殼固定後，先將兩側的拼縫焊接好，再依次焊接剩餘的3個接頭，待UT探傷檢驗合格後進行側牆和頂板混凝土澆築。
3.4二次成型端鋼殼面板安裝
待側牆和頂板混凝土澆築完成後，即可開始進行端鋼殼面板的安裝。首先用測量儀檢查端鋼殼在澆築混凝土後的變形情況，用測量儀定出止水板的安裝線，將安裝線用洋衝孔打在端鋼殼的上下翼緣上；其次在端鋼殼H鋼的下翼緣焊接2個卡碼，用吊碼將止水板吊入卡碼中，在端鋼殼H鋼的上翼緣再焊接2個卡碼卡住止水板，卸下吊卡，用卡碼和鐵楔固定好並點焊；最後採取從中間向兩邊、從下而上進行的安裝順序，將已焊好螺栓並開好焊接坡口的止水板吊裝定位，頂緊於定位板上，並隨時檢查與安裝線的對應，每延米間用鋼直尺檢查平整度。定位焊應牢固，無缺陷，焊接前將焊縫周圍清潔乾淨，先焊接頭隔板處的塞焊，再從中間向兩邊逐段焊接。第一塊止水板焊完後，測量其變形情況，確認施工方式能達到要求後再裝焊其它鋼面板，過程中邊裝焊邊測量，保證精度要求。
3.5二次成型端鋼殼防腐
端鋼殼製作安裝完成後，進行防鏽、防腐蝕處理，防腐塗層包括端鋼殼面板施工完成以後所有的外露表面，首先進行一道底漆施工，採用702環氧富鋅底漆（20μm厚），再進行2道防鏽漆施工，採用846環氧瀝青厚漿型防鏽漆（250μm厚）。3.6二次成型端鋼殼注漿在端鋼殼面板姿態和平整度複測滿足要求的情況下，進行端鋼殼注漿，端鋼殼注漿採用M40水泥砂漿，將端鋼殼腹板和麵板之間的空腔填充，灌注壓力控制在0.3～0.5MPa。水泥砂漿灌注從下至上，從中間至兩邊，分步對稱緩慢均勻進行。每一隔腔的灌注應待其相應的排氣孔持續流出水泥漿5s後方可封閉排氣孔，封孔後持續加壓灌注10～20s後封閉灌注孔。注漿完成後，及時將注漿孔及排氣孔封焊，並將焊疤打磨平整。
4工藝比選
透過以上一次成型和二次成型的工藝分析可知，一次成型端鋼殼存在施工費用低、施工工期短等優點，適用於工廠化、流水施工管節預製；二次成型施工工序繁雜，施工工期較長，施工費用較高，適用於分段施工的乾塢預製。以下從施工方法、施工成本、施工工期、質量控制和安全保證等方面進行對比分析。
5結語
本文透過對兩種典型沉管預製法端鋼殼施工工藝的介紹，總結、分析了兩種端鋼殼的特點和適用範圍。從分析可知，兩種端鋼殼施工工藝均可行，各具優劣，但比較而言，一次成型端鋼殼施工工藝作為端鋼殼施工的一種新型工藝，適應性強，工期短，成本低，對於管節預製數量多的沉管施工更具優勢，可為今後工廠化管節預製及其他類似工程提供參考。