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，與管節混凝土澆筑為整體，其施工方法有一次整體澆筑的一次成型和分段施工的二次成型，一次成型適用于工法廠管節預制，二次成型適用于管節干塢法預制。本文闡述的一次成型端鋼殼施工工藝主要借鑒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，采用兩孔一管廊截面形式，端鋼殼采用一次性整體澆筑形式，有兩種類型：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）、加勁板及連接焊釘（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采用整體式設計，在管節混凝土澆筑時安裝就位并調整到設計要求的精度，管節預制完成后即可使用，無需進行面板安裝、灌漿及防腐等二次施工。施工工藝流程：端鋼殼制作→端鋼殼拼裝→端鋼殼安裝固定→端鋼殼調整→端鋼殼防腐。
2.1端鋼殼制作
為提高端鋼殼的加工制作精度，單個端鋼殼由專業鋼結構制作廠家分14塊在工廠內制作，如圖3所示。為方便制作過程的變形控制，端鋼殼所有材料均使用數控下料，采用專業工裝拼裝固定后再進行分段焊接成型。考慮到沉管預制在島上施工，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后對接成整體，減少后期現場拼裝、焊接的工作量。根據端鋼殼加工分塊的特點，到達預制廠時為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，二是在預制廠拼裝場地拼裝，三是在預制廠廠房內拼裝。預制廠拼裝場地拼裝指端鋼殼運輸到達預制廠后，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制廠廠房內，拼裝完成后，端鋼殼共分為7塊。預制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，拼裝完成后，端鋼殼共分為4塊，分別為底板1塊、墻體2塊、頂板1塊。
2.3端鋼殼安裝固定
頂板鋼筋綁扎完成后，為便于端鋼殼安裝，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后開始安裝。端鋼殼安裝采用先底板、后側墻、再頂板的安裝順序，對底板端鋼殼與墻體端鋼殼接頭進行對接、焊接及打磨。頂板端鋼殼安裝前，提前對底板與墻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，并固定于鋼筋籠上，隨鋼筋籠一起頂推至澆筑坑。
2.4端鋼殼調整
端鋼殼調整共分為3個階段：體系轉換后、模板安裝后、混凝土澆筑過程中。鋼筋籠頂推至澆筑坑，完成體系轉換后，通過全站儀測量，按底板、側墻、頂板的順序，采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，通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，并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，然后再次對端鋼殼進行全面復測，確認平整度滿足要求后，用角鋼將端鋼殼與鋼筋籠進行焊接加固。在管節混凝土澆筑過程中，對端鋼殼進行全過程實時監測，根據測量數據通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，完成預應力施工后，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，采用熱浸鋅70μm重度防腐涂裝，并在底板內側鋼結構上附加犧牲陽極保護，外側設置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筑時先安裝端鋼殼主體結構，等管節預制完成后再整體安裝端鋼殼面板，最后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：第一次在澆筑混凝土底板前安裝下段，第二次在澆筑上層結構前安裝上段，第三次是待混凝土充分固化后安裝端鋼殼面板。二次成型端鋼殼施工工藝流程為：端鋼殼制作→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制作
二次成型端鋼殼工字鋼及鋼面板分開加工制作，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制作。
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墻上的斜度線進行粗安裝。粗安裝完成后，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，并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筑混凝土時的`側向推力。支撐臺架安裝完成后，將直立面與支撐臺架和沉管側板固定，下梁的下翼緣固定于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于短柱上，固定完成后，進行端鋼殼下段工字鋼的精調和沉管底板混凝土的澆筑。
3.3二次成型端鋼殼上段工字鋼安裝
底板混凝土澆筑完成后，開始安裝端鋼殼上段工字鋼，首先在支撐臺架上標注端鋼殼安裝線，復核其半寬、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，然后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。整個端鋼殼固定后，先將兩側的拼縫焊接好，再依次焊接剩余的3個接頭，待UT探傷檢驗合格后進行側墻和頂板混凝土澆筑。
3.4二次成型端鋼殼面板安裝
待側墻和頂板混凝土澆筑完成后，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筑混凝土后的變形情況，用測量儀定出止水板的安裝線，將安裝線用洋沖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并點焊；最后采取從中間向兩邊、從下而上進行的安裝順序，將已焊好螺栓并開好焊接坡口的止水板吊裝定位，頂緊于定位板上，并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干凈，先焊接頭隔板處的塞焊，再從中間向兩邊逐段焊接。第一塊止水板焊完后，測量其變形情況，確認施工方式能達到要求后再裝焊其它鋼面板，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
端鋼殼制作安裝完成后，進行防銹、防腐蝕處理，防腐涂層包括端鋼殼面板施工完成以后所有的外露表面，首先進行一道底漆施工，采用702環氧富鋅底漆（20μm厚），再進行2道防銹漆施工，采用846環氧瀝青厚漿型防銹漆（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復測滿足要求的情況下，進行端鋼殼注漿，端鋼殼注漿采用M40水泥砂漿，將端鋼殼腹板和面板之間的空腔填充，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后方可封閉排氣孔，封孔后持續加壓灌注10～20s后封閉灌注孔。注漿完成后，及時將注漿孔及排氣孔封焊，并將焊疤打磨平整。
4工藝比選
通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，適用于工廠化、流水施工管節預制；二次成型施工工序繁雜，施工工期較長，施工費用較高，適用于分段施工的干塢預制。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
本文通過對兩種典型沉管預制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范圍。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，對于管節預制數量多的沉管施工更具優勢，可為今后工廠化管節預制及其他類似工程提供參考。
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