拉合工艺在沉管隧道中的应用

拉合工艺在沉管隧道中的应用

林涛

E4-1、E3管段在干坞内预制完成并达到强度后，需在干坞内进行拉合对接，两管节间距为1.5米。

1管节主要参数

E3管节主要参数为：L×B×H＝105×39.9×9m，重量36800t。E4-1管节主要参数为：L×B×H＝3.88×39.9×9m，重量1300t，两管节在干坞内进行顶推、拉合后，进行后续工作。

2施工主要使用设备及其工作原理介绍

2.1主要使用设备

短管节的推移及拉合主要是由液压同步提升系统来完成，液压同步提升系统由钢绞线及提升油缸集群（承力部件）、液压泵站（驱动部件）和传感检测及计算机控制（控制部件）三个部分组成。

（1）钢绞线及提升油缸是系统的承力部件，用来承受提升构件的作用力。可以根据承力（提升载荷）的大小来配置提升油缸的数量，本次拉合共使用12个提升油缸（千斤顶），油缸型号如下：

（2）液压泵站是提升系统的动力驱动部分，它的性能及可靠性对整个提升系统稳定可靠工作影响最大。在液压系统中，采用比例同步技术，这样可以有效地提高整个系统的同步调节性能。本次拉合使用液压泵站型号如下：

（3）传感检测主要用来获得提升油缸的位置信息、载荷信息和整个被提升构件空中姿态信息，并将这些信息通过现场实时网络传输给主控计算机。这样主控计算机可以根据当前网络传来的油缸位置信息决定提升油缸的下一步动作，同时，主控计算机也可以根据网络传来的提升载荷信息和构件姿态信息决定整个系统的同步调节量。

2.2提升系统工作原理

在短管推移、拉合施工前，在E3管段预留孔及E4-1南端对应轴线上安装好拉合横梁；提升油缸（千斤顶）安装在E4-1南端拉合横梁后，油缸上部朝南摆置；钢绞线穿过油缸及两条对应横梁后连接固定在E3管段内拉合横梁北侧布置的地锚上；通过油缸的提升动作，产生尾推作用力把E4-1往E3方向平稳推进，在完成所有动作后锁住油缸上下锚，通过钢绞线的作用可限制GINA止水带轴向回弹。

3施工流程

施工流程分两个阶段，第一步推移阶段，第二步拉合阶段。

3.1推移阶段

将E4-1沉管推移到离E3沉管端头，GINA带距离E3南端10～20mm位置处。

操作6台千斤顶使纲铰线逐级增加荷载，直到E4-1管段平稳向E3滑动。

3.2拉合阶段

3.2.1安装连接

在E4-1南端工作平台上及E3管内预留拉合工艺孔位置安装长、短拉合横梁，所有轴向对应拉合横梁各设置两组千斤顶，共计6组12个千斤顶。用钢绞线通过两组拉合横梁将E4-1与E3连接起来。

3.2.2拉合

操作12台千斤顶使纲铰线逐级增加荷载，直至E4-1管段向E3管段移动，使整圈GINA止水带被均匀、稳定地压缩到70mm（预留5mm回弹量）为止。

4施工工艺

4.1推移

4.1.1准备工作

采用6台千斤顶将E4-1沉管推移到GINA带离E3沉管端头10~20mm位置处。

4.1.2推移施工步骤

千斤顶布置完成→6台3500KN千斤顶同时加载→从初始50KN起以10KN为一级逐级施加顶力→直到E4-1管段开始移动→千斤顶达到一个行程后管段暂停移动，油缸活塞回程→油缸继续提升动作→E4-1管段继续移动→千斤顶重复行程保持协调缓慢将E4-1沉管推移到要求位置。

整个过程密切检测，加强控制推移速度，同时观测千斤顶的累计行程量及两节管段的相对位置。

4.2拉合

4.2.1相关计算

E4-1沉管与E3沉管的拉合，根据施工图设计要求，即整圈GINA止水带被均匀、稳定地压缩70mm。

（1）首先计算GINA止水带被压缩70mm所需要的力：

查GINA带压缩曲线：压缩量70mm时，需180kN/m。

GINA带一圈长度为：94.942m

所以GINA带压缩所需力：

180kN/m×94.942m＝17090kN。

17090+6550kN（摩檫力取最大摩擦系数）=23640kN

因此：要将GINA带压缩70mm，只需产生23640kN就能实现。

（2）千斤顶：

选择每个千斤顶的有效张力不小于3500KN，根据施工图设计要求，E4-1与E3段上、下设置12只千斤顶，每个千斤顶有效张力不小于3500KN，12×3500KN＝42000kN，满足要求。

（3）钢绞线：

采用31-φj15.24钢绞线，12×31＝372根Фj15.24钢绞线：

钢绞线能够承受的最大力为：Fb=140×1721=241kN。

整根钢绞线受力到80%的力为：241kN×0.8＝192.8kN。

372×192.8＝71722kN。

所以：372根钢绞线能够承受71722kN力大于压缩GINA带所需要的力23640kN，满足要求！

4.2.2拉合施工步骤

首先将E3沉管与E4-1沉管连接起来→当推移管段E4-1至GINA止水带尖嘴与E3管南端面板局部接触还未压缩时，调整各千斤顶的张拉力使两管节结合面基本平行→将12只千斤顶同时施加张拉力，以10KN为一级逐级施加，以平稳，分级，及时调整均匀地压缩GINA止水带。→当整圈GINA止水带被均匀、稳定地压缩70mm后，立即锁定12只千斤顶，确保接头不松动回弹。

4.2.3拉合完成后处理阶段

（1）连接E3和E4-1管段接头的PC拉索。

（2）平缓同步释放12只千斤顶内的拉合力，并逐步将千斤顶顶力转由接头PC拉索承担。经测量确认E3和E4-1管段接头无松动张开后，拆除拉合千斤顶。

（3）测量并记录E3和E4-1管段接头GINA的实际最终预压缩量。

5施工要点及其控制措施

5.1减小底钢板摩擦阻力

底钢板杂物清洗干净，焊渣、凸点要磨平，推移前要在底钢板表面涂层黄油，注意保护GINA止水带不要受到油污。

5.2短管节移动过程轴线控制

5.2.1管节外部测量监测

（1）沿着E4-1及E3东西侧四个底角引出两条南北走向标准线，均位于南北底角连线的外侧10cm距离部位，可方便直观的监测短管节的移动轨迹是否于标准线平行（即轴线不变）。

（2）设置有代表性的测量监控点

短管节设置多个测量监控点，加强对两节管段相对位置的监测。

5.2.2计算机主控柜界面控制

（1）压力平衡控制

计算机主控柜操作人员要时刻注意界面上所显示的油压参数，在施工中E4-1管节南端所布置的每一条拉合横梁上安装的两个（侧边隔墙）或四个（中隔墙）千斤顶的压力需一致，保持每条横梁对称受力整体作用在隔墙上以形成推移或拉合动作。

若出现横梁上对称布置的千斤顶油压参数差距较大，应暂停施工并检查是否横梁偏位或是混凝土接触面不规则破坏，待处理完成后才可继续施工。

（2）钢绞线绞动位移控制

计算机主控柜操作人员要时刻注意界面上所显示的行程值，代表了油缸锚具绞动钢绞线的距离，即短管节的移动距离，控制短管节在移动时其左右侧对应千斤顶的行程一致。推移要缓慢平稳并加强测量监控，直至E4-1北端GINA止水带尖嘴部位移动至离E3南端1～2cm处。

若在暂停施工后的测量监测中发现E4-1轴线偏差超过2cm，必须通过不同位置千斤顶的作用来调整，调整方法如下：

A．可通过改变钢绞线受力角度（移动E3管段拉合横梁位置）把E4-1管段往轴线偏移的反方向拖动。

B．若监测发现轴线偏东，应把西侧两台千斤顶卸载，先拖动东侧千斤顶行走3～5cm，保持东侧千斤顶压力，西侧千斤顶行走相同行程，该过程能微调轴线偏差1mm左右，重复上诉过程直至符合要求。

轴线偏差调整完成后才可继续整体推移。

5.3拉合中GINA止水带压缩量控制

5.3.1压缩过程

开始压缩GINA止水带后每拉合1～1.5cm，就必须暂停拉合检查GINA带整圈受压状态，且测量相关数据；重复上述步骤不断压缩GINA止水带直至其整体压缩量达到70mm为止。

5.3.2压缩量控制

若压缩过程中通过测量人员测出GINA止水带压缩量最大偏差超过10mm，必须暂停压缩过程，计算机主控柜操作人员注意观察界面上的油压参数，控制对称位置的千斤顶组压力基本保持一致，通过千斤顶组的作用力来调整GINA止水带整圈均匀受压，调整完成后才可继续重复拉合施工。

结语：沉管隧道施工中，水下柔性最终接头工艺必须设置短管节，并且在干坞内完成预拉合连接，本文介绍的拉合工艺技术成熟，广州市仑头-生物岛隧道、天津海河隧道、佛山东平隧道等沉管预制中均采用本工艺。