任 鸿
(天津市成套设备工程监理有限公司，天津300222)
摘 要：随着工程技术的发展，沉管隧道施工工艺以其便捷、经济、安全的优越性能，将在跨海、跨河交通工程建设中得以广泛应用。基于天津市滨海新区中央大道海河隧道工程施工，对沉管隧道浮运、沉放阶段其前期重要准备工作——坞内舾装与水密性检验施工，进行重点介绍，主要包括压载水箱、垂直千斤顶、管段接头GINA止水带的安装以及管段水密性检验等施工技术，从而确保后续浮运沉放阶段施工质量安全，同时也为今后类似工程施工提供参考经验。
关键词：沉管隧道；坞内舾装；压载水箱；垂直千斤顶；GINA止水带；水密性检验
收稿日期：2015-03-25
作者简介：任 鸿(1970—)，男，高级工程师，主要从事地下工程施工管理工作 48250589@qq.com
DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.04.011
中图分类号：U455.46
文献标识码：B
文章编号：1672-3953(2015)04-0040-05
Abstract: With the development of engineering technology,the immersed-tube-tunnel construction technique is finding wider and wider applications in the construction of sea-crossing and river-crossing projects,because the technique has the outstanding advantages of being convenient,economical and safe in its construction processes.With the Haihe River Tunnel at the Central Avenue of the Binhai New District of Tianjin as a practical example,the important preparatory work prior to floating-transporting and sinking the immersed-tube tunnel—the construction of inspecting the dock outfitting and water-tightness—is introduced in the paper,with stress placed on the ballast water tank,the vertical jack,the installation of pipe joint waterproofing GINA,as well as the inspection techniques for the sections of the pipe,such as the water-tightness test,so as to ensure the safety and the quality of the construction of the subsequent floating-transporting and sinking stage.It may also serve as a useful reference for the construction of other similar projects in the future.
海河隧道工程位于天津市滨海新区塘沽，靠近天津港，是滨海新区中央大道穿越海河的一个重要节点工程。工程全长4.2 km，隧道长3.38 km，其中穿越海河部分采用沉管法施工工艺。工程施工主要包括：沉管段、岸上隧道段，立交桥、隧道综合配套等内容。
沉管段长255 m，由3节预制管段组成 [1]，管段长85 m、85 m、(80+5)m。采用双向6车道断面，沉管尺寸，宽36.6 m，截面高度为9.65 m。设计使用年限100 a，按八度抗震性能设防。
沉管段和两侧连接段为两孔三管廊结构(见图1)，两孔为车行道范围，三管廊为综合管廊，用于放置过境的电力、热力、给水、通讯等管线。
图1 沉管隧道横断面图(单位：mm)
沉管隧道舾装，相当于轮船建造完成后机械设备的安装。沉管隧道的浮运沉放之前 [2]，需进行管段坞内舾装，然后进行管段的水密性检验。管段坞内舾装主要工作包括：GINA止水带、端封门、压载水箱、管内垂直千斤顶以及管段吊点与系揽柱等构件安装。
沉管隧道坞内舾装件较多，也非常复杂。其中管段接头GINA止水带，称为柔性接头，主要起到管段间防水作用，该产品由荷兰生产，目前全球只有3家生产厂家，国内暂不能生产；管段内压载水箱，每节管段4个大水箱、12个小水箱主要起到下沉、起浮的作用；管内的垂直千斤顶，每节管段设置2个，在沉管沉放就位后，主要起到调节高程的作用。综上所述，沉管隧道这些舾装件，不仅关系到管段内防水对接安全，还关系到管段浮运、沉放质量与精确度，具体归为以下难点：
(1)GINA止水带呈环形布置，单边长约39 m，高约10 m，而且重量10 t，材质为特殊橡胶制品，所以如何实现大体积软质产品精确安装是施工的难点。
(2)沉管段浮运、沉放阶段，需要对GINA止水带进行保护，以防止异物划破。进入管段浮运沉放阶段后，如GINA止水带发生破损，将无法更换，因为已进入水环境下。
(3)管段坞内舾装件较多，而且安装质量要求高。其中压载水箱必须做到无漏水，而且保证其连接的供排水管道畅通，阀门开关闭有效。
(4)管段在浮运、沉放前，需进行水密性检验，才能保证管段的浮运与沉放安全。
沉管在干坞内预制完成后，实施管段的舾装件安装。舾装件安装原则，先管内后管外。管内主要安装：压载水下及进排水系统、垂直千斤顶、管内照明等。管外主要安装：端封门、导向装置、GIA止水带、吊点、系揽柱等。着重对管段舾装重要部件，管内压载水下与排水系统、GINA止水带、管内垂直千斤顶安装施工进行介绍。
压载水箱的作用：在管段系泊、浮运和沉放时调整管段的平衡 [3]；在管段沉放时提供足够的负浮力；管段沉放就位后提供足够的抗浮安全系数。压载水箱的设计施工对于保证管段在沉放过程中的稳定至关重要。
本工程管段压载水箱分为大、小两种类型。其中大水箱规格：纵向长度为10 m，横向为10.14 m，高度为2.8 m，每节管段共计4个，分别对称分布于左右两个车道(见图2)，最高储水高度为3.5 m。
图2 管段压载水箱平面布置
小水箱规格：纵向长度为10 m，横向长度为2.6 m，每节管段共计12个，平均对称分布于左右两个廊道之间。压载水箱为Q235B钢结构，6 mm厚的钢板(加防水保护层)为箱体，采用型钢骨架支撑。
3.1.1 施工注意事项
压载水箱是安装在管段内部底板上的临时设施。管段浮运、沉放阶段，往压载水箱内注入适量的水，使管段起浮时保持纵向、横向平衡，并调节干舷高度。
管段浮运至沉放位置后，注入足够水量，使其产生预定的负浮力，使管段顺利沉放、定位、对接。
对接完成后，再次注入适量的水，使管段具备设计要求抗浮系数，以确保管段水下安全。沉管隧道对接以及管内构件工程完工后，逐步拆除压载水箱，并用底部压仓混凝土替代，最后在压仓混凝土上进行路面施工。
3.1.2 压载水箱制作要求
(1)压载水箱骨架与其预埋件焊接要牢固，焊接要满足设计高度、长度及焊接规范要求。
(2)压载水箱钢板内模与H型钢骨架之间、钢板内模之间焊接要密实，并满足一级焊缝要求，确保水箱不漏水。
(3)压载水箱需在干坞内做全面试漏，如发现有漏水现象，应采取有效措施进行堵漏。
3.1.3 压载水箱安装技术措施
(1)管段预制时，将压载水箱的锚碇钢板、预埋螺栓、穿拉杆的塑料管分别预埋在混凝土底板及隔墙的指定位置，螺纹涂黄油包胶布保护。
(2)管段顶板完成后，即可按照设计要求进行压载水箱的组装，同时将拉杆穿过隔墙预留管固定于两边对称的水箱锚固板上(见图3)。
图3 管段内压载水箱安装
(3)整个压载水箱完成水密试验后，所有螺栓必须再紧固一遍。
3.1.4 水箱进排水系统布置
(1)管线及抽水机配置：①钢结构骨架安装好后，即可进行管线施工，沿水箱外侧腰部装设1条纵贯整个管节的总管，直达两端的端隔墙预留孔，每个水舱加装支水管，均配制水阀以控制该舱水量。②管节沉放时的接合端设有抽水机、副水箱、压力表、止水阀及逆止阀等。
(2)压载水箱给排水管路(见图4)及加载水位控制施工注意要点：①给排水管路各水泵、闸阀应编号标定，以利于加载水过程控制。②接入水箱的给排水口离水箱底部高度必须小于50 mm，以便管段试漏完成后尽可能地排除水箱中的水，增加管段浮运时的干舷高度。③接入水箱的给排水管与水箱壁必须做好防渗漏措施，给排水管四周及水箱壁内外加橡胶密封垫，以减少给排水时的振动影响和增强防水效果。④水箱给排水及管段接头给排水时的操作应严格按照设计要求进行。⑤在各管段每节水箱几何中心和隔板两端必须设立水位标高尺，并把各施工阶段要求的水位在标高尺上进行标定。⑥根据各施工阶段对加载水量的要求，每阶段加载水应按“纵向从中间向两端、横向严格对称”的原理进行，以保证管节的平衡。⑦后期基础处理过程应根据管节的稳定情况，按需要增加压载水的水量，确保管节具有1.05的抗浮安全系数。⑧基础处理完成后用压舱混凝土替换压载水箱压重时，必须逐个拆除。
图4 大压载水箱进排水系统
垂直千斤顶在沉埋管沉放接合时作为调整管段高程用，使管节沉放调整到预定位置。每个管节设置2个。在管节预制时将钢柜、钢棒、套管及防水设施等一并装入，沉放时再组装油压系统。
3.2.1 管段垂直千斤顶的安装要求
(1)千斤顶预埋件应准确安装就位，水平精度≤2 mm，竖向活塞筒中心线与其设计倾角误差≤0.085°。
(2)预埋件构件之间的焊缝质量等级：止水钢板与活塞筒之间、最终封孔钢板与预埋件之间的焊缝质量等级为一级，其它为二级。
(3)垂直千斤顶的最小有效行程为500 mm。
3.2.2 水平千斤顶安装
水平千斤顶安装在沉埋管两端顶面上 [4]。在管节预制时将千斤顶托座预先安装固定(见图5)，当管节拖航沉放到预定标高时，再吊千斤顶于托座上，利用水平千斤顶拉紧管节使GINA止水带初步结合而产生止水效果，然后再继续其他接合作业。
图5 管段预制阶段千斤顶顶托安装
3.2.3 施工要点
(1)千斤顶由人孔吊入管内，管内运输使用水平台车，运输中应考虑加装碰撞保护措施。
(2)安装顺序：测量定位→装入液压缸→安法兰→修正接触面→锁紧螺栓。
(3)校正：目的在于确定钢棒中心能与千斤顶中心一致，千斤顶在运动时方向与钢棒运动方向完全相同时为最佳状态。偏差时加垫片进行修正。
(4)试压：千斤顶与油压泵组连接后，须试压以检验其各部接头及压缸是否有漏油现象。
沉管管段接头采用柔性接头，防水采用GINA止水带以及Omega止水带 [5]，其中GINA止水带安装是在沉管管段预制完成，管段浮运、沉放前进行安装，而Omega止水带则是在管段沉放对接完毕后在管内进行安装。
3.3.1 安装准备工作
(1)现场清理和接头清洁。GINA橡胶止水带的展开和安装都需要较大的作业场地，所以在安装前要进行场地清理。清理范围在管段端头前20 m管段宽度内。
接头部位进行清洁，特别是GINA橡胶止水带及压块的安装面，要仔细除去混凝土施工时留下的泥浆和油污、铁锈等。
(2)GINA橡胶止水带吊具准备。安装GINA橡胶止水带的吊具包括：1条钢结构吊梁、手动葫芦、钢丝绳吊索、柔性的麻绳或尼龙绳及保护木块等。
GINA止水带由厂家制成矩形环封闭式形状。为整体吊装GINA橡胶止水带，需制作一条专用H型钢吊梁，吊梁长度40 m。吊梁下部每隔1.5 m焊一个小吊耳，穿麻绳与GINA橡胶止水带捆绑点相连。GINA橡胶止水带的上下边每隔1.5 m设一个捆绑点，且互相错开，注意与吊梁的小吊耳位置对应，捆绑点处加保护木块。在吊梁的两端焊吊耳各装一个手动葫芦，用于调整GINA橡胶止水带的侧边位置。吊梁的制作可以在现场制作。GINA橡胶止水带吊具及保护块如图6所示。
图6 GINA橡胶止水带吊具及保护块示意图
(3)止水带压块加工好后，进行试装，以便纠正个别压块的螺孔与钢端壳上的螺孔不配合的问题。压块试装后，对所有的压块按顺序编号，以便重新安装时对号入座。
3.3.2 GINA橡胶止水带的安装
使用两台吊机配合整体起吊GINA橡胶止水带。为使吊机在起吊过程中可以方便地配合作业，应尽量将两台吊机并排布置在正对端封门的前方，吊具安排就位。起吊GINA橡胶止水带时，用人工配合适当挪动GINA橡胶止水带，避免出现摩擦GINA橡胶止水带现象。具体吊装方式如图7所示。
图7 管段舾装GINA止水带安装
(1)GINA橡胶止水带就位：首先在钢端壳端面板上，每隔10个螺栓孔设定一个临时定位销；然后起吊GINA橡胶止水带，逐步靠近管段端面，使其滑进定位销，检查准确无误后，拆除麻绳和保护木块，将GINA橡胶止水带放入压块内。
(2)GINA橡胶止水带固定：GINA橡胶止水带就位后，将拆下的压块按照编号逐件装上，上紧螺栓时应使用测扭矩套筒扳手，按照设计要求上紧压块。上、下两边上紧螺栓的顺序是：以中点及折角处开始对称进行。两个竖边上紧螺栓的顺序是：由下而上逐个上紧螺栓。
(3)保护罩安装：为避免在管段浮运时对GINA橡胶止水带造成损伤，要在管段端头安装GINA橡胶止水带保护罩。为保证每段保护罩的准确就位，保护罩支脚应在施工现场配装，具体安装见现场施工图(图8所示)。
图8 GINA止水带保护罩安装
管段在干坞内舾装完成后，往干坞内注水，进行管段水密性检验，水密性检验分成三个阶段，初期阶段、加压阶段、稳定阶段。
向坞内注水，当水位距管底约2.6 m，停止注水，检查水密门、钢端封门下部的水密性。此阶段的主要目的，检验钢端封门的人孔封门以及钢端封门下部的水密性。注水原则，管段内压载水箱暂时不注水，管段自重大于水浮力。此阶段一般历时2 d左右，根据现场情况，如发生渗漏点，可以适当延长修复与观察时间。
注意事项：注水阶段，及时跟踪管段姿态以及水位测量，以调整注水速度与水位高度。
初期阶段稳定后，继续往坞内注水，进入压载水箱加压阶段。向管段压载水箱均匀、对称的逐级加水至水箱内，并及时检查水箱及墙体的整体水密性。此注水高度距管底大约6～8 m左右(现场操作时，可以根据工程特点适当进行调整，但最终原则是保证管段的姿态与抗浮系数)。此阶段一般历时3～4 d左右。
注意事项：测量管段高程与姿态，及时往管段内压载水箱注水，以保证其抗浮性能。
继续注水，满足管顶淹没水深0.5 m以上，管节水密性检验。此阶段一般历时2 d左右，主要对管内墙体、钢封门、压载水箱、管路(阀件)、空气管等进行检查，发现漏点标记并进行封堵处理。
管段水密性检验完成后，进行管段的防锚层浇筑，然后对坞门进行破除，下步进入管段的浮运、沉放阶段。管段沉放前需要进行第2次舾装 [6]，二次舾装主要安装吊驳、拉合千斤顶、测量塔，由于这些为常规安装技术，在此不再详细阐述。
通过对管段在坞内的舾装安装技术控制以及水密性严格管控，确保了沉管浮运、沉放阶段质量安全。经后续管段沉放对接过程监测，本工程3节沉管沉放对接误差，轴线偏差17 mm，高程偏差12 mm，小于设计允许轴线误差+50 mm、高程100 mm的范围值，GINA止水带压缩均匀，满足设计要求压缩量，且接头不渗不漏。
参考文献
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[2]王朝辉.内河沉管隧道浮运沉放施工技术[J].施工技术，2012(18)：52-54
[3]郭建文.海河隧道沉管沉放对接的主要施工技术[J].铁道标准设计,2013(4):73-77
[4]左召威.珠江隧道沉管垂直千斤顶支承杆与垫块钢板硬度配合的模拟试验研究[J].隧道及地下工程,1993(1)：27-30
[5]陆 明,陈 鸿.超深埋海底沉管隧道接头防水设计探讨[J].中国建筑防水,2012(8)：17-21
[6]王 伟,丁宇诚.沉管管节舾装件安装及精度控制方法[J].中国水运：下半月,2014(3)：139-141
Inspection Techniques for the Dock Outfitting and Watertight
Construction of the Immersed-Tube Tunnel
RenHong
(Complete Equipment Engineering Supervision Co. Ltd.of Tianjin Municipality,Tianjin300222,China)
Key words: immersed tube tunnel; dock outfitting;ballast water tank;vertical jack;GINA water-stop;water-tight test
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