沉管端钢壳施工工艺研究论文
时间：2021-08-31沉管端钢壳施工工艺研究论文
1工程概况
端钢壳安装在沉管管节的2个端头，与管节混凝土浇筑为整体，其施工方法有一次整体浇筑的一次成型和分段施工的二次成型，一次成型适用于工法厂管节预制，二次成型适用于管节干坞法预制。本文阐述的一次成型端钢壳施工工艺主要借鉴港珠澳大桥岛隧工程，二次成型施工工艺主要参考洲头咀隧道工程。港珠澳大桥海底沉管隧道全长5.664km，由33个管节组成，共34个管节接头，标准管节长180m，宽37.95m，高11.4m，采用两孔一管廊截面形式，端钢壳采用一次性整体浇筑形式，有两种类型：A型（共34套）、B型（共32套），端钢壳尺寸为650mm×280mm的L形截面，主要由端部面板（24mm×620mm）、翼缘板（30mm×280mm）、加劲板及连接焊钉（准25mm）组成。
2一次成型端钢壳施工工艺
一次成型端钢壳是指管节端钢壳采用整体式设计，在管节混凝土浇筑时安装就位并调整到设计要求的精度，管节预制完成后即可使用，无需进行面板安装、灌浆及防腐等二次施工。施工工艺流程：端钢壳制作→端钢壳拼装→端钢壳安装固定→端钢壳调整→端钢壳防腐。
2.1端钢壳制作
为提高端钢壳的加工制作精度，单个端钢壳由专业钢结构制作厂家分14块在工厂内制作，如图3所示。为方便制作过程的变形控制，端钢壳所有材料均使用数控下料，采用专业工装拼装固定后再进行分段焊接成型。考虑到沉管预制在岛上施工，为保证端钢壳对接接头的焊接质量及控制单块构件的变形，在考虑构件装车运输全体下，将部分较小的端钢壳加工成型后对接成整体，减少后期现场拼装、焊接的工作量。根据端钢壳加工分块的特点，到达预制厂时为10大块。
2.2端钢壳拼装
端钢壳拼装分为三部分，一是在工厂内预拼装，二是在预制厂拼装场地拼装，三是在预制厂厂房内拼装。预制厂拼装场地拼装指端钢壳运输到达预制厂后，为减少安装对接的工作量，加快端钢壳安装进度，在拼装场地专用拼装台座上，提前将B1+B2、B3+B4、B9+B10对接成整体再运输至预制厂厂房内，拼装完成后，端钢壳共分为7块。预制厂厂房内拼装指在端钢壳安装前，提前将端钢壳转运至厂房内，将（B1+B2+B3+B4）、（B7+B8+B9+B10+B11+B12）在厂房内进行拼装、焊接、调整平整度，提前对焊接点进行焊缝检测，以减少在钢筋笼上的对接工作量，拼装完成后，端钢壳共分为4块，分别为底板1块、墙体2块、顶板1块。
2.3端钢壳安装固定
顶板钢筋绑扎完成后，为便于端钢壳安装，提前将钢筋笼向前顶推1m，在测量放样出端钢壳定位基准线后开始安装。端钢壳安装采用先底板、后侧墙、再顶板的安装顺序，对底板端钢壳与墙体端钢壳接头进行对接、焊接及打磨。顶板端钢壳安装前，提前对底板与墙体接头平整度及焊缝进行检测，再根据测量台架上的放样点，安装顶板端钢壳，并固定于钢筋笼上，随钢筋笼一起顶推至浇筑坑。
2.4端钢壳调整
端钢壳调整共分为3个阶段：体系转换后、模板安装后、混凝土浇筑过程中。钢筋笼顶推至浇筑坑，完成体系转换后，通过全站仪测量，按底板、侧墙、顶板的顺序，采用手拉葫芦将端钢壳整体初调至基准线。端钢壳初调到位，安装模板端模系统，通过端钢壳与端模支撑系统上的定位螺栓对端钢壳进行精调，并调节端模支架的支撑螺栓，使支撑与端钢壳紧贴、固定。仔细检查各支撑螺栓的预紧状况，然后再次对端钢壳进行全面复测，确认平整度满足要求后，用角钢将端钢壳与钢筋笼进行焊接加固。在管节混凝土浇筑过程中，对端钢壳进行全过程实时监测，根据测量数据通过调节支撑螺栓对端钢壳的平整度进行微调，确保端钢壳质量。
2.5端钢壳防腐处理
端钢壳除在钢结构厂内进行防腐处理外，在管节顶推到浅坞，完成预应力施工后，对所有焊接位置及表面重新进行防腐处理，端钢壳防腐按永久钢结构等级标准执行，采用热浸锌70μm重度防腐涂装，并在底板内侧钢结构上附加牺牲阳极保护，外侧设置5mm预留腐蚀厚度。
3二次成型端钢壳施工工艺
二次成型端钢壳指在管节混凝土浇筑时先安装端钢壳主体结构，等管节预制完成后再整体安装端钢壳面板，最后需在端钢壳主体与面板之间灌注高强砂浆。端钢壳的现场安装分3次进行：第一次在浇筑混凝土底板前安装下段，第二次在浇筑上层结构前安装上段，第三次是待混凝土充分固化后安装端钢壳面板。二次成型端钢壳施工工艺流程为：端钢壳制作→端钢壳下段工字钢安装→端钢壳上段工字钢安装→端钢壳面板安装→端钢壳防腐→端钢壳注浆。
3.1二次成型端钢壳制作
二次成型端钢壳工字钢及钢面板分开加工制作，考虑到端钢壳整体尺寸、加工误差、运输便利、现场拼装和精度控制等因素，将工字钢分9段加工，钢面板按设计图纸分块加工制作。
3.2二次成型端钢壳下段工字钢安装
在进行端钢壳下段工字钢安装前，先进行测量放线，再将端钢壳下段工字钢吊至安装位置，以中心线、半宽/全宽轮廓线定位，直立面用线锤吊点定位和照对边墙上的斜度线进行粗安装。粗安装完成后，安装支撑台架。支撑台架除了支撑端钢壳外，同时提供安装端钢壳的操作平台，并能夹紧端钢壳半成品部件，使半成品固定在正确的位置上，安装支撑架还要抵抗浇筑混凝土时的`侧向推力。支撑台架安装完成后，将直立面与支撑台架和沉管侧板固定，下梁的下翼缘固定于沉管底板和现场预埋件上，上翼缘按照现场预埋件的间隔固定于短柱上，固定完成后，进行端钢壳下段工字钢的精调和沉管底板混凝土的浇筑。
3.3二次成型端钢壳上段工字钢安装
底板混凝土浇筑完成后，开始安装端钢壳上段工字钢，首先在支撑台架上标注端钢壳安装线，复核其半宽、全宽、高度、对角尺寸的正确性，将两侧的端钢壳根据倾斜度进行固定，然后将上面水平两段安装固定在支架上，用测量仪整体测量端钢壳的平整度和倾斜度，再焊接必要的定位马板和准备必要的定位工具固定整个端钢壳。整个端钢壳固定后，先将两侧的拼缝焊接好，再依次焊接剩余的3个接头，待UT探伤检验合格后进行侧墙和顶板混凝土浇筑。
3.4二次成型端钢壳面板安装
待侧墙和顶板混凝土浇筑完成后，即可开始进行端钢壳面板的安装。首先用测量仪检查端钢壳在浇筑混凝土后的变形情况，用测量仪定出止水板的安装线，将安装线用洋冲孔打在端钢壳的上下翼缘上；其次在端钢壳H钢的下翼缘焊接2个卡码，用吊码将止水板吊入卡码中，在端钢壳H钢的上翼缘再焊接2个卡码卡住止水板，卸下吊卡，用卡码和铁楔固定好并点焊；最后采取从中间向两边、从下而上进行的安装顺序，将已焊好螺栓并开好焊接坡口的止水板吊装定位，顶紧于定位板上，并随时检查与安装线的对应，每延米间用钢直尺检查平整度。定位焊应牢固，无缺陷，焊接前将焊缝周围清洁干净，先焊接头隔板处的塞焊，再从中间向两边逐段焊接。第一块止水板焊完后，测量其变形情况，确认施工方式能达到要求后再装焊其它钢面板，过程中边装焊边测量，保证精度要求。
3.5二次成型端钢壳防腐
端钢壳制作安装完成后，进行防锈、防腐蚀处理，防腐涂层包括端钢壳面板施工完成以后所有的外露表面，首先进行一道底漆施工，采用702环氧富锌底漆（20μm厚），再进行2道防锈漆施工，采用846环氧沥青厚浆型防锈漆（250μm厚）。3.6二次成型端钢壳注浆在端钢壳面板姿态和平整度复测满足要求的情况下，进行端钢壳注浆，端钢壳注浆采用M40水泥砂浆，将端钢壳腹板和面板之间的空腔填充，灌注压力控制在0.3～0.5MPa。水泥砂浆灌注从下至上，从中间至两边，分步对称缓慢均匀进行。每一隔腔的灌注应待其相应的排气孔持续流出水泥浆5s后方可封闭排气孔，封孔后持续加压灌注10～20s后封闭灌注孔。注浆完成后，及时将注浆孔及排气孔封焊，并将焊疤打磨平整。
4工艺比选
通过以上一次成型和二次成型的工艺分析可知，一次成型端钢壳存在施工费用低、施工工期短等优点，适用于工厂化、流水施工管节预制；二次成型施工工序繁杂，施工工期较长，施工费用较高，适用于分段施工的干坞预制。以下从施工方法、施工成本、施工工期、质量控制和安全保证等方面进行对比分析。
5结语
本文通过对两种典型沉管预制法端钢壳施工工艺的介绍，总结、分析了两种端钢壳的特点和适用范围。从分析可知，两种端钢壳施工工艺均可行，各具优劣，但比较而言，一次成型端钢壳施工工艺作为端钢壳施工的一种新型工艺，适应性强，工期短，成本低，对于管节预制数量多的沉管施工更具优势，可为今后工厂化管节预制及其他类似工程提供参考。
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