常洪沉管隧道管段接头施工.doc

摘 要 管段接头是沉管隧道的重要环节，其首先要满足水密性要求，即在施工阶段和日后 运营阶段不渗漏；第二是具有抵抗各种作用的能力，这些作用包括各种荷载和强迫变形， 诸如地震、温度和地基变形等；第三是要求受力明确，方便施工和保证施工质量文章根 据常洪沉管隧道管段接头的构造形式和功能要求，介绍了接头 2 道止水带的选型依据和安 装工艺，描述了接头其它构造如剪切键等的制作方法，特别叙述了接头中钢拉索的构造形 式、安装工艺和防腐耐火措施，同时文章介绍了常洪沉管隧道最终接头的施工方法  关键词 沉管隧道 橡胶止水带 管段接头 抗震接头 最终接头 管段止退 钢拉索一、概况宁波常洪隧道江中沉管段长 395m，共有 4 节管段，管段间采用柔性接头形式，GINA 橡胶止水带和 OMEGA 橡胶止水带构成管段接头的 2 道防水线由于工程所处地区为 7° 地震设防区，所以在接头处采用预应力钢拉索作为限位装置，以防止接头在地震工况下发 生过大的轴向拉伸位移根据坞口的位置和管段由北向南的依次沉放顺序，沉管段的最终接头置于江南侧的暗埋 段和沉管段连接之处，采用干作法施工，即待最后一节 E4 管段沉放结束后，立即封堵坞 口，将坞内的水抽排至甬江中，然后在坞内轴线位置施工江南暗埋段，并与 E4 管段连接。

沉管管段接头的设计必须结合过江段的水文条件进行根据常洪隧道甬江段的水文测验 结果，得到管段各接头和水位的关系见表 1表 1 管段接头与水位关系表工作井～E1 E1～E2 E2～E3 E3～E4 管段接头顶板水深(m) 2.7 6.4 7.9 6.1 管段接头中心水深(m) 6.9 10.6 12.2 10.4 注：表中水深以平均低水位计算 二、管段接头的构造形式及施工工艺1.GINA 止水带(1) GINA 止水带的性能GINA 止水带是管段接头的第一道防水线根据接头压接量的计算结果，选定 GINA 的型号为 TB-ETS-130/160，其每环尺寸为 22.3m×7.95m，转角采用 135°折角连接根据设 计要求，GINA 止水带须在 0.25MPa 的水压作用下(扣除各种轴向位移量后)，能满足最小 初始压接力(50kN/m)时的水密要求其性能指标见表 2 和表 3表 2 材料性能指标项目 指标 材质 丁苯橡胶 密度(kg/m3) 硬度(Shore A) 拉伸强度(MPa) 扯断伸长率(%) 撕裂强度(N) 1140±3065±5 ＞17 ＞400 ＞50 压缩永久变形(70℃,24h)(%) ＜25 耐老化性(变化率) 硬度(Shore A) 拉伸强度(%) 扯断伸长率(%) ＜±6 ＜-15 ＜-25 水密性(23℃,168h)(Vol.%) ＜5 应力松弛(%/10 年) ＜7 抗臭氧性 无裂缝出现 吸水性(70℃,70h)(%) ＜3 表 3 压应力与变形特性关系(误差：±10%)平均压应力(kN/m) 227 342 349 402 压缩量(mm) 64 67 68 73 2)GINA 止水带的安装管段端部封门制作完成后，先用高精度测量仪器复核安装端面的平整度，然后安装 GINA 止水带压板系统。

与此同时，吊车将 GINA 带移放至管段端口，并将其展开，每隔 1.5m 绑扎一道尼龙带，最后将尼龙带系挂于长 23m 左右的型钢梁上，再用吊车起吊整段 GINA 止水带，并移至管段端部，准备安装安装时先固定 GINA 带的角点，然后固定两角点的中点，接下来是每段中点，直至整条 边乃至整环止水带固定GINA 带安装完毕后拆除尼龙带，并用测力板手对每个压板螺栓进行校核，确定 GINA 带安装牢固，但不宜过紧为了避免 GINA 止水带在浮运中碰撞受损，需在 GINA 带上部安装保护罩(3)GINA 止水带的压接止水带的压接是管段沉放过程中的一个重要部分整个压接过程大致可分为两个阶段， 即初步压接和最终止水压接初步压接时 GINA 止水带的尖头压缩，达到接头初步止水的 效果；最终止水压接是依靠管段自由端的约 20000kN 水压力将 GINA 止水带进一步压缩， 达到最终止水的目的根据 GINA 止水带的选型计算，常洪隧道沉管段接头的 GINA 止水 带的最终压接量应为 8～9cm实际沉放时 4 节管段的压接量分别为 8.1cm、9.3cm、7.8cm 和 5.1cm 2.OMEGA 止水带OMEGA 止水带是管段接头的第二道防水线。

由于管段接头是柔性接头，所以要求 OMEGA 止水带在一定水压和变形条件下，以及任何可能的工况条件下(如沉降、位移、地 震和温度变化等)保证接头的水密性(1) OMEGA 止水带的性能OMEGA 橡胶止水带是由 2 层 SBR 橡胶及置于其中的尼龙片经压模机压制而成的宁 波常洪隧道选择了 S240-40 型 OMEGA 橡胶止水带，能满足最高水位条件下管段轴向位移 (张开 40.9mm、压缩 39.6mm)、竖向差异沉降(50mm)以及侧向位移(25mm)等变位时的接头 水密要求止水带的性能指标见表 4，水密性要求见表 5表 4 止水带的性能指标 项目 指标 材质 丁苯橡胶 密度(kg/m3) 硬度(Shore A) 拉伸强度(MPa) 扯断伸长率(%) 1160±3065±5 ＞17 ＞450 压缩永久变形(70℃,24h)(%) ＜20 耐老化性(变化率) 硬度(Shore A) 拉伸强度(%) 扯断伸长率(%) ＜±6 ＜-15 ＜-25 25%压缩量的应力松弛(%/10 年) ＜6 吸水性(70℃,72h)(Gram/m2) ＜20 纤维层与橡胶的粘合力(N/mm) ＞5 表 5 止水带的水密性要求水压(MPa)保证接头水密性情况下的各向允许位移量x±(mm)y±(mm)z±(mm)0.156060600.205050500.255045450.304040400.35303030OMEGA 止水带成型后的每环尺寸为 21.8m×7.45m，转角采用 135°折角连接 。

其通 过压板固定在 HFA500 型钢的翼缘上，压板材料屈服强度为 240N/mm2 (2) OMEGA 止水带的安装与检漏 OMEGA 止水带的安装在管段沉放后进行为了保证安全，OMEGA 止水带必须在两管 段接头的相邻封门拆除前完成安装先进行初步安装，即止水带就位，并将压板基本固定； 然后待管底囊袋灌浆完成、管段沉降基本稳定后，拧紧压板螺栓，完成安装 止水带安装时，必须注意以下问题： ① 由于管段浸泡水中时间较长，且甬江水的含砂量较大，所以管段对接完成后接头管 腔壁上积有淤泥安装 OMEGA 止水带之前必须将这些淤泥冲洗干净 ② OMEGA 止水带安装前先检查止水带的完好性，并检查预埋螺栓和压板的数量和编 号此外，为了达到良好的水密性，端钢壳与 OMEGA 止水带接触的安装面必须确保平整， 如有问题即进行修整 ③ OMEGA 止水带安装时先在两管段的隔腔内搭设工作支架，然后将止水带移入隔腔 中，并先固定止水带的上部一角，随后固定上部的另一角，接着按中间点固定的原则用压 板将 OMEGA 止水带的上边固定余下的三边待接头现场热接完成后仍按角点和中间点固 定的原则完成压板螺栓固定时应用扳手反复拧紧，确保止水带压紧密贴。

 ④ 为了安装方便，OMEGA 止水带在底边留有一个接头，接头采用现场硫化热接，接 口位置设在端封门侧约 1.5m 处热接前先将接头用布擦拭干净，再用香蕉水清洁热接面， 待烘干后涂上粘接剂，并将按尺寸裁剪的含 2 层尼龙加筋丝的胶料粘上，然后再涂上粘接 剂，贴上与 OMEGA 止水带同质的橡胶料；随后将接头置于模具中，并用夹具夹紧，打开 模具加热开关，待加热温度上升至 120℃后，维持约 150 分钟即可拆除模具，完成热接， 使原开口的 OMEGA 条成为封闭的止水圈 ⑤ OMEGA 止水带安装完成后，即在 GINA 止水带和 OMEGA 止水带之间通过钢端壳 的预留检漏孔进行 OMEGA 止水带的检漏试验检漏试验的压力为 0.25MPa检漏时由上 孔进水口注入，达到压力后关闭进水阀，并保持 2～3 小时，无渗漏现象即为合格如果有 渗漏点，须对渗漏处的压板重新调紧，或衬垫腻子 3.管段接头拉索 (1) 钢拉索的构造 为了防止接头在 7°地震烈度条件下发生过大的轴向变位，在设计中采用了一种连接钢 缆的限位装置其不仅能在运营阶段用于接头的轴向限位，同时又能在最后一节管段沉放 完成后干坞抽水时提供止退力，在最终接头施工中起重要作用。

 该装置主要是由预埋于管段端部的 4 束预应力钢拉索和连接钢套筒组成(见图 1)钢拉索的预紧可通过旋紧连接套筒实现，在管段制作期间通过严格放样定位预埋于管段的端部， 定位误差不超过 1cm2) 钢拉索的安装与防腐处理 钢拉索在 OMEGA 止水带安装完成后连接，连接时先打开拉索一端的法兰盖板，拉出 锚头将其与连接套筒连接，然后将另一端的锚头拉出与连接套筒旋紧，最后用管子钳旋紧 套筒，使拉索绷紧 接头钢拉索预紧完成后即安装橡胶伸缩管和钢套筒外的防腐热缩管，随后向拉索管腔内 压注油脂以防拉索锈蚀 4.管段接头的最终处理 (1) 剪切键施工 ① 水平剪切键分别设于相邻管段之间和管段与暗埋段之间管段的水平剪切键设于接 头底板处，每接头处共 5 对，呈锯齿状OMEGA 止水带安装完成后即可进行管段水平剪 切键的制作制作前先凿除封门枕梁的混凝土，留出竖向钢筋作为插筋，然后绑扎剪切键 结构钢筋，浇捣半边水平剪切键；随后粘贴橡胶垫，扎筋制作另半边水平剪切键 ② 垂直剪切键施工必须等管段沉降稳定后进行每个接头的垂直剪切键共 6 只，设置 于中隔墙端部其中上剪切键即利用上鼻托的牛腿；中、下剪切键制作前先割除原端部的 导向装置，然后凿除鼻托横梁和下鼻托钢筋混凝土，并凿出接驳器，绑扎中、下剪切键的 钢筋，安装钢板和橡胶垫，浇捣混凝土，完成垂直剪切键的制作。

 (2) 接头的防火处理 为了防止管段接头处的所有橡胶制品在火灾时受热损坏，影响接头的结构和水密性，故 在管段装饰时在接头处设置 2.5cm 厚的防火板，以保证接头 1 小时耐火 1200℃的标准 三、管段最终接头的干地施工 由于甬江水深较浅，航道较窄，所以根据河床条件，为了不影响航运，同时根据管段自 北向南沉放流程，管段的最终接头设于 E4 管段和江南暗埋段 S-1 之间，采用“干地施工方 法”施工干地施工方法的最大特点是质量有保证、施工方便，但必须解决好坞口的封堵 问题和管段的止退问题 1.坞口封堵 在管段顶部设一挡土墙，管段两侧和坞墩间隙之间放置钢围箱，浇筑水下混凝土形成剪 切键，管底通过预埋的注浆孔注浆，挡土墙外回填土合拢坞口将管段与坞墩连成一整体 (1) E4 南端挡墙制作 E4 管段南端的挡土墙墙底设一道地梁，墙高 5m，以确保高水位时露出水面，方便后续 施工，墙厚 0.6m，呈梯形在墙体南侧设 6 道墙垛，墙垛底宽 2.84m，顶宽 1m，厚 0.3m挡土墙两端设 3m 长的封头，以便与两侧的水下混凝土剪切键结合挡墙制作前，先用高压水枪将管段顶面的淤泥冲洗干净，同时将管段顶面的混凝土作凿 毛处理，并且将管段顶板的预留钢筋作除锈处理。

挡墙的混凝土标号为 C30，由泵车通过 敷设在栈桥上的泵管泵送至浇捣面 (2) 坞口两侧的封堵 坞口两侧管段与坞墩间隙的封堵，即管段与坞墩间剪切键制作是利用 E4 管段外侧墙的 预埋限位角钢作为导向，吊放钢围箱，然后浇筑水下混凝土，形成剪切键，使管段与坞墩 成为一整体，限制管段因自由端水压力的消失而使 GINA 止水带回弹，避免管段回退，接 头漏水坞口两侧的封堵工作包括钢围箱的加工、吊放、水下混凝土的浇筑和坞口外的土 方回填 (3) 坞口管底封堵 管底封堵和止水是通过在管段内预留。