常洪沉管隧道管段接頭施工

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摘要管段接頭是沉管隧道的重要環(huán)節(jié)，其首先要滿足水密性要求，即在施工階段和日后運(yùn)營(yíng)階段不滲漏；其次是具有抗?fàn)幐鞣N作用的能力，這些作用包括各種荷載和強(qiáng)迫變形，諸如地震、溫度和地基變形等；第三是要求受力明確，便利施工和保證施工質(zhì)量。文章根據(jù)常洪沉管隧道管段接頭的構(gòu)造形式和功能要求，介紹了接頭2道止水帶的選型依據(jù)和安裝工藝，描述了接頭其它構(gòu)造如剪切鍵等的制作方法，特別表達(dá)了接頭中鋼拉索的構(gòu)造形式、安裝工藝和防腐耐火措施，同時(shí)文章介紹了常洪沉管隧道最終接頭的施工方法。

關(guān)鍵詞沉管隧道橡膠止水帶管段接頭抗震接頭最終接頭管段止退鋼拉索

一、概況

寧波常洪隧道江中沉管段長(zhǎng)395m，共有4節(jié)管段，管段間采用柔性接頭形式，GINA橡膠止水帶和OMEGA橡膠止水帶構(gòu)成管段接頭的2道防水線。由于工程所處地區(qū)為7°地震設(shè)防區(qū)，所以在接頭處采用預(yù)應(yīng)力鋼拉索作為限位裝置，以防止接頭在地震工況下發(fā)生過大的軸向拉伸位移。

根據(jù)塢口的位置和管段由北向南的依次沉放順序，沉管段的最終接頭置于江南側(cè)的暗埋段和沉管段連接之處，采用干作法施工，即待最終一節(jié)E4管段沉放終止后，馬上封堵塢口，將塢內(nèi)的水抽排至甬江中，然后在塢內(nèi)軸線位置施工江南暗埋段，并與E4管段連接。

沉管管段接頭的設(shè)計(jì)必需結(jié)合過江段的水文條件進(jìn)行。根據(jù)常洪隧道甬江段的水文測(cè)驗(yàn)結(jié)果，得到管段各接頭和水位的關(guān)系見表1。

表1管段接頭與水位關(guān)系表

工作井～E1E1～E2E2～E3E3～E4管段接頭頂板水深(m)2.76.47.96.1管段接頭中心水深(m)6.910.612.210.4

注：表中水深以平均低水位計(jì)算。二、管段接頭的構(gòu)造形式及施工工藝

1.GINA止水帶

(1)GINA止水帶的性能

GINA止水帶是管段接頭的第一道防水線。根據(jù)接頭壓接量的計(jì)算結(jié)果，選定GINA的型號(hào)為TB-ETS-130/160，其每環(huán)尺寸為22.3m×7.95m，轉(zhuǎn)角采用135°折角連接。根據(jù)設(shè)

計(jì)要求，GINA止水帶須在0.25MPa的水壓作用下(扣除各種軸向位移量后)，能滿足最小初始?jí)航恿?50kN/m)時(shí)的水密要求。其性能指標(biāo)見表2和表3。

表2材料性能指標(biāo)

項(xiàng)目指標(biāo)材質(zhì)丁苯橡膠密度(kg/m3)硬度(ShoreA)拉伸強(qiáng)度(MPa)扯斷伸長(zhǎng)率(%)

撕裂強(qiáng)度(N)1140±3065±5＞17＞400＞50

壓縮永久變形(70℃,24h)(%)＜25耐老化性(變化率)硬度(ShoreA)拉伸強(qiáng)度(%)扯斷伸長(zhǎng)率(%)＜±6＜-15＜-25

水密性(23℃,168h)(Vol.%)＜5應(yīng)力松弛(%/10年)＜7抗臭氧性無(wú)裂縫出現(xiàn)吸水性(70℃,70h)(%)＜3

表3壓應(yīng)力與變形特性關(guān)系(誤差：±10%)

平均壓應(yīng)力(kN/m)227342349402壓縮量(mm)64676873

2)GINA止水帶的安裝

管段端部封門制作完成后，先用高精度測(cè)量?jī)x器復(fù)核安裝端面的平整度，然后安裝GINA止水帶壓板系統(tǒng)。與此同時(shí)，吊車將GINA帶移放至管段端口，并將其展開，每隔1.5m綁扎一道尼龍帶，最終將尼龍帶系掛于長(zhǎng)23m左右的型鋼梁上，再用吊車起吊整段GINA止水帶，并移至管段端部，準(zhǔn)備安裝。

安裝時(shí)先固定GINA帶的角點(diǎn)，然后固定兩角點(diǎn)的中點(diǎn)，接下來(lái)是每段中點(diǎn)，直至整條

邊乃至整環(huán)止水帶固定。

GINA帶安裝完畢后拆除尼龍帶，并用測(cè)力板手對(duì)每個(gè)壓板螺栓進(jìn)行校核，確定GINA帶安裝穩(wěn)固，但不宜過緊。

為了避免GINA止水帶在浮運(yùn)中碰撞受損，需在GINA帶上部安裝保護(hù)罩。

(3)GINA止水帶的壓接

止水帶的壓接是管段沉放過程中的一個(gè)重要部分。整個(gè)壓接過程大致可分為兩個(gè)階段，即初步壓接和最終止水壓接。初步壓接時(shí)GINA止水帶的尖頭壓縮，達(dá)到接頭初步止水的效果；最終止水壓接是依靠管段自由端的約20000kN水壓力將GINA止水帶進(jìn)一步壓縮，達(dá)到最終止水的目的。根據(jù)GINA止水帶的選型計(jì)算，常洪隧道沉管段接頭的GINA止水帶的最終壓接量應(yīng)為8～9cm。實(shí)際沉放時(shí)4節(jié)管段的壓接量分別為8.1cm、9.3cm、7.8cm和5.1cm。2.OMEGA止水帶

OMEGA止水帶是管段接頭的其次道防水線。由于管段接頭是柔性接頭，所以要求OMEGA止水帶在一定水壓和變形條件下，以及任何可能的工況條件下(如沉降、位移、地震和溫度變化等)保證接頭的水密性。

(1)OMEGA止水帶的性能

OMEGA橡膠止水帶是由2層SBR橡膠及置于其中的尼龍片經(jīng)壓模機(jī)壓制而成的。寧波常洪隧道選擇了S240-40型OMEGA橡膠止水帶，能滿足最高水位條件下管段軸向位移(張開40.9mm、壓縮39.6mm)、豎向差異沉降(50mm)以及側(cè)向位移(25mm)等變位時(shí)的接頭水密要求。止水帶的性能指標(biāo)見表4，水密性要求見表5。

表4止水帶的性能指標(biāo)

項(xiàng)目指標(biāo)材質(zhì)丁苯橡膠密度(kg/m3)硬度(ShoreA)拉伸強(qiáng)度(MPa)

扯斷伸長(zhǎng)率(%)1160±3065±5＞17＞450

壓縮永久變形(70℃,24h)(%)＜20耐老化性(變化率)硬度(ShoreA)拉伸強(qiáng)度(%)扯斷伸長(zhǎng)率(%)＜±6

＜-15＜-25

25%壓縮量的應(yīng)力松弛(%/10年)＜6吸水性(70℃,72h)(Gram/m2)＜20纖維層與橡膠的粘合力(N/mm)＞5

表5止水帶的水密性要求

水壓(MPa)

保證接頭水密性狀況下的各向允許位移量

x±(mm)y±(mm)z±(mm)0.156060600.205050500.255045450.304040400.35303030

OMEGA止水帶成型后的每環(huán)尺寸為21.8m×7.45m，轉(zhuǎn)角采用135°折角連接。其通過

壓板固定在HFA500型鋼的翼緣上，壓板材料屈服強(qiáng)度為240N/mm2。

(2)OMEGA止水帶的安裝與檢漏

OMEGA止水帶的安裝在管段沉放后進(jìn)行。為了保證安全，OMEGA止水帶必需在兩管段接頭的相鄰封門拆除前完成安裝。先進(jìn)行初步安裝，即止水帶就位，并將壓板基本固定；然后待管底囊袋灌漿完成、管段沉降基本穩(wěn)定后，擰緊壓板螺栓，完成安裝。

止水帶安裝時(shí)，必需注意以下問題：

①由于管段浸泡水中時(shí)間較長(zhǎng)，且甬江水的含砂量較大，所以管段對(duì)接完成后接頭管腔壁上積有淤泥。安裝OMEGA止水帶之前必需將這些淤泥沖洗清白。

②OMEGA止水帶安裝前先檢查止水帶的完好性，并檢查預(yù)埋螺栓和壓板的數(shù)量和編號(hào)。此外，為了達(dá)到良好的水密性，端鋼殼與OMEGA止水帶接觸的安裝面必需確保平整，如有問題即進(jìn)行修整。

③OMEGA止水帶安裝時(shí)先在兩管段的隔腔內(nèi)搭設(shè)工作支架，然后將止水帶移入隔腔中，并先固定止水帶的上部一角，隨后固定上部的另一角，接著按中間點(diǎn)固定的原則用壓板將OMEGA止水帶的上邊固定。余下的三邊待接頭現(xiàn)場(chǎng)熱接完成后仍按角點(diǎn)和中間點(diǎn)固定的原則完成。壓板螺栓固定時(shí)應(yīng)用扳手反復(fù)擰緊，確保止水帶壓緊湊貼。

④為了安裝便利，OMEGA止水帶在底邊留有一個(gè)接頭，接頭采用現(xiàn)場(chǎng)硫化熱接，接口位置設(shè)在端封門側(cè)約1.5m處。熱接前先將接頭用布擦拭清白，再用香蕉水清潔熱接面，待烘干后涂上粘接劑，并將按尺寸裁剪的含2層尼龍加筋絲的膠料粘上，然后再涂上粘接劑，貼上與OMEGA止水帶同質(zhì)的橡膠料；隨后將接頭置于模具中，并用夾具夾緊，開啟模具加熱開關(guān)，待加熱溫度上升至120℃后，維持約150分鐘即可拆除模具，完成熱接，使原開口的OMEGA條成為封閉的止水圈。

⑤OMEGA止水帶安裝完成后，即在GINA止水帶和OMEGA止水帶之間通過鋼端殼的預(yù)留檢漏孔進(jìn)行OMEGA止水帶的檢漏試驗(yàn)。檢漏試驗(yàn)的壓力為0.25MPa。檢漏時(shí)由上孔進(jìn)水口注入，達(dá)到壓力后關(guān)閉進(jìn)水閥，并保持2～3小時(shí)，無(wú)滲漏現(xiàn)象即為合格。假使有滲漏點(diǎn)，須對(duì)滲漏處的壓板重新調(diào)緊，或襯墊膩?zhàn)印?/p>

3.管段接頭拉索

(1)鋼拉索的構(gòu)造

為了防止接