管段制作施工工艺

管段制作施工工艺

一、 工艺概述

沉管管段是沉管隧道的主体结构，一般采用钢筋混凝土矩形断面，管顶加混凝土或块石压重，钢筋混凝土用于结构的构造和作为压载物。

1 、管段结构形式

目前来说，沉管隧道的分类主要从以下几个方面进行：从功能分：公路、地铁、铁路与市政等；

从结构分：钢筋混凝土，钢与混凝土复合结构；从断面形式分：矩形沉管隧道与圆形沉管隧道。

目前通常按照沉管隧道的断面形式进行分类，沉管隧道断面形式主要有两种基本类型：钢筋混凝土矩形沉管隧道和钢壳圆形沉管隧道。其中圆形钢壳隧道又分单层钢壳和双层钢壳两种。单层钢壳隧道的钢壳通常采用 10mm 厚的钢板焊制，既作为管身的永久防水层又作为受力构件，钢壳内侧布置加劲系统，施工时钢壳皆作浇捣内衬钢筋混凝土的外模。钢筋混凝土矩形沉管隧道由混凝土浇筑后形成钢混凝土组合结构，管顶加混凝土或块石压重，钢筋混凝土用于结构的构造和作为压载物。

2、 矩形管段

钢筋混凝土矩形管段一般在临时的干坞中或半潜驳上制作，管段预制好将之拖运至隧址沉放。一个矩形断面可以同时容纳 4~8 个车道，一般来说，选用矩形管段比圆形管段经济，且适合于多车道隧道，故成为最常用的断面形式。

a ）六车道断面           b ） 八车道端面

图 1-1   矩形管段沉管隧道横断面

圆形钢壳管段断面与结构形式

圆形管段横断面的内轮廓为圆形，外轮廓有圆形、八角形和花篮形。通常的圆形沉管隧道是钢壳与混凝土的组合结构，钢壳既是防水层又是结构，但混凝土结构承担主要的荷载压力。在造船厂船台上制造的管段一般为圆形管段，因而圆形管段又称船台型管段。这种管段制造时先在船台上预制钢壳，制成后沿船台滑道滑行下水成为浮体，在漂浮状态下浇筑钢筋混凝士管段。这种圆形管段内只能设二个车道，在建造四车道时就需制作二管并列的管段。

a)  圆 形 b) 八角 形 c) 花篮 型

图 1-2   圆形管段沉管隧道横断面

单层钢壳的管段，外层为钢壳，内层为钢筋混凝土环，钢壳为防水层，其防水性能的好坏取决于钢壳大量焊缝的质量。外层的钢壳与内部钢筋混凝土环共同承受静水压力和覆土荷载。这种结构一般用于直径较小的单筒或双筒隧道。这种管段的抗浮、压重层一般设置在管段的顶部，以尽量减少管段横断面尺寸。

双层钢壳的管段，内层为圆形钢壳，为了增加其刚度和强度，在钢壳内还需设置钢筋混凝土衬环，以形成主要承载结构。外层为多边形钢壳，并用钢横隔板与内层钢壳焊接为一整体结构，内、外层钢壳之间浇注抗浮压重混凝土。

图 1-3 单层钢壳（旧金山 BARI 隧道 ) 图   1-4（第二条   Hamptom   公路隧道 )

2 、沉管隧道长度

沉管隧道沉管段长度的确定必须综合考虑以下几个方面的因素：隧道穿越水域宽度，隧址轴线工程地质及水文地质、河床形态、水文、航道、岸线等条件，隧道几何设计纵断面线形、沉管隧道最终接头的形式、管段制作、拖运与沉放条件、接头费用、建设规划要求、工程的经济性、工期等。

一般来说岸上（或人工岛）暗埋段伸出护岸较好，设置暗埋段的目的是便于与沉管管段连接，但连接的位置通常在对前述各项影响因素经过综合优化后方可确定。一旦沉管段与两岸上（人工岛）段的接头位置确定，沉管段的长度就可确定。

图 1-5   沉管隧道纵断面图

沉管段由许多管段组成，管段在预制好后被一节一节地运到现场并沉放。刚性管段（管段各施工段纵向钢筋连接在一起）长度多在 100m～150m 之间。而柔性管段（管段各施工段纵向钢筋断开）长度可达 180m。影响管段长度的关键因素有：

运输和沉放费用。这取决于浇筑现场位置、运输线路、波浪大小、海运设备的大小、工作量和后勤条件，例如人力的利用。运输和沉放费用随管段长度增加而逐渐加大。

管段施工费用。对于所选施工方法而言，管段的施工费用随着管段长度的增加而增加。因为施工设施的费用较高，而且其大小与隧道管段长度有关。

管段接头费用。通常管段太短不经济。研究表明管段接头的费用（端封门、端钢壳、止水带与暗埋件等）随着管段长度的增加而减少，接头数与之呈反比。

临时预应力。柔性管段在浮运、沉放阶段采用临时预应力拉索将管段各施工段连接在一起，对于临时预应力施工来说，管段沉放、对接，基础处理等工序完成隧道贯通后，解除施加在预应力拉索中的预应力。一般在沉管段长大于 2km，基础较软回淤严重的情况下采用柔性管段，管段长度可增加，管段之间的接头可减少，并可消除温度变化产生的温度应力和应变的影响，有利于不均匀沉降。但已有研究资料表明临时预应力的费用一般随管段长度增大而增大，因为要求的预应力钢索面积几乎是与管段长度的平方成比例。

混凝土浇筑规模。过去施工段根据施工顺序常将底板、侧墙和顶板采用三次（底板、侧墙、顶板分别施工施工）或两次（底板与下部约为 2.5m 的侧墙、上部侧墙与顶板）进行浇筑，目前每个浇筑段常采用一次或两次进行混凝土浇筑，因此，必须注意整个施工规模。

温度应力。研究证明：当管段长度超过 25m 时，断面的初始温度应力因纵向弯曲的二次作用而增大。

研究结果表明：长度在 100m 以下、200m 以上的管段都是不经济的。而在这个范围内，尽管各个项目的成本差异很大，但总成本却相对固定。因为管段的运输和沉放是沉管隧道的主要施工风险源，因此在工程机械与其他条件满足要求的情况下，优化方案的基本要求就是合理确定管段长度，以减少风险与降低工程造价。

除了上述因素外，还与实际具体的施工条件有关。沉管段长度与管段长度一般是根据规划要求，在设计阶段就已确定，不可能做到全面优化，因为许多影响管段长度优化的变量与施工有关。

3、沉管隧道接头

沉管隧道接头种类按接头所在位置分有：岸边接头、中间接头、最终接头；按接头型式分有：半刚半柔接头、柔性接头、刚性接头、半刚性接头等。

现将各类接头及相关部件的作用分类叙述如下：

按接头型式分类

⑴半刚半柔接头

沉管的半刚半柔接头的主要部件有：端钢壳、 Gina 止水带、Omega 止水带、波形钢板连接件，水平剪切键和垂直剪切键等，端钢壳可分为整体式端钢壳和分离式端钢壳，而整体式端钢壳又可分为连壁整体式端钢壳和接头整体式端钢壳。

接头各部件的作用如下：

Gina 止水带是接头的第一道防水，它既能防水又能承受轴向拉伸和压缩，类似弹簧构件。

其选型应根据水力压接时当时水位下实际压缩量，在最高水位下保证水密性所需的最小压缩量。 Gina 止水带本身的松弛、端钢壳的不平整度，混凝土干缩和温度变化引起的纵向变形、水力压接安装误差，地震作用和地层沉降引起的纵向位移等，经计算确定。

Omega 止水带作为第二道防水，它连接两节管段，该止水带主要承受隧道长期运营所产生的轴向、垂直、横向位移。其选型应考虑接头处最高水位时的水压及温度变化、地震作用、混凝土干缩、地层沉降等引起的纵向位移，并经计算确定。

端钢壳由钢板及型钢焊接而成，形成强度、刚度均较大的钢构件。除在端部安装 Gina 止水带和 Omega 止水带外，还在其端面焊接水平和垂直钢剪切键，限制因地震、沉降而产生的垂直、水平方向的位移，使其不超过水密性要求的允许值，其受力大小由抗震计算和管段不均匀沉降而产生剪力确定。

垂直钢剪切键，由钢板焊成封闭箱形构件，在两相接的管段间隔安装，相互啮合以控制管段间垂直方向的错位，承担各种荷载作用下的竖向剪力。

水平剪切键有钢剪切键或钢筋混凝土剪切键，钢剪切键安装在顶板、底板，钢筋混凝土剪切键在管段内另行绑扎钢筋浇混凝土形成，水平剪切键同样在两相接的管段间隔安装，其主要作用是控制管段间水平方向的错位，承担各种荷载作用下的水平剪力。

波形钢板连接件作为两个管段的连接纽带，由高强钢材制作，其作用是控制沉管接头纵向拉、压变形，同时由于剪切键的存在也能承受一定的弯矩。

⑵半刚性接头

半刚性接头一般由以下部件组成：端钢壳、 Gina 止水带、连接钢板、接头槽钢筋混凝土等。各部件的作用如下：

半刚性接头的防水主要依靠 Gina 止水带。其选型应根据水力压接时当时水位下实际压缩量，在最高水位下保证水密性所需的最小压缩量，端钢壳的不平整度，混凝土干缩和温度变化引起的纵向变形、水力压接安装误差等，经计算确定。

端钢壳由钢板，型钢焊接而成，形成强度、刚度均较大的钢构件。除在端部安装 Gina 止水带外，还在其端面焊接连接钢板。

连接钢板设置两道，作用为承受沉管的弯矩、剪力、轴力 (主要是拉伸) ，其厚度一般取为 10mm，为增加焊缝长度和焊接强度，可将与端钢壳焊接部位的连接钢板端部做成锯齿形，以增加焊缝长度，提高焊接强度。在接头槽内绑扎钢筋后浇注混凝土，使管段连成整体, 其抗弯刚度约为管段本体刚度的 60 % ，如要进一步增强接头的抗弯刚度，则可将管段端部局部加厚。

⑶柔性接头

沉管的柔性接头的主要部件有：端钢壳、 Gina 止水带、Omega 止水带、连接预应力钢索等。各部件的作用如下：

Gina 止水带和 Omega 止水带的作用与半刚半柔接头相同。

连接预应力钢索：它是柔性接头的重要组成部分，与 Gina 止水带和 Omega 止水带一起形成弹簧，以抵抗地震、温度变化产生的应力，避免接头产生纵向分离。另外，由于 Gina 止水带对瞬时变形有滞后性，连接预应力钢索可起到一定的缓冲、限位作用，以保证 Gina 止水带的止水作用，其主要根据地震和温差变形时接头需要承受的拉力来配置。

水平和垂直剪切键：主要承受地震和地基不均匀沉降所产生的断面剪力。可分别设置在沉管底板、顶板、边墙、中隔墙等部位，与连接预应力钢索相间布置。

另外，本接头在凹槽的表层敷设了一层耐火材料。

⑷刚性接头

刚性接头采用水下灌筑混凝土形成，其接头刚度与沉管管段本体基本一致。

按接头位置分类

⑴岸边接头

岸边接头是指沉管管段与岸边竖井或岸边隧道之间的连接，其接头型式如前所述有半刚半柔或柔性接头等，但在连接构造上有所不同，如在软土地区修建沉管隧道由于管段与竖井的结构体系在刚度、稳定方面差异较大，故要求管段搁置在竖井壁上。

⑵中间接头

中间接头即为管段之间的接头。接头型式的选用、配置应根据隧址条件、计算结果等确定。

⑶最终接头最终接头又可称之为合拢接头。该接头可根据隧址情况、施工条件等，其位置可选择在水下或岸边。水下施工最终接头，一般要求在两管段之间留出约 1～2m 的间距。

各类接头的特点和适用条件

根据各类接头不同部件的配置，其特点和适用条件如下。

⑴柔性接头

能适应相邻管段基础的不均匀沉降，防止沉管内部产生过大的应力；能吸收因温度变化而引起的管段位移，有利于调节温度变形和尚未完成的混凝土收缩变形；在地震力的作用下，允许有适当的变形，对于抗震比刚性接头更有利；在地震力的作用下，预应力钢索约束了 Gina 止水带和 Omega 橡胶密封圈的位移量，以保证结构的水密可靠性。

⑵半刚半柔接头

接头处配置的波型钢板有双波型和单波型，分别称之为 “W”型钢板和“Ω”型钢板，它应具有一定的刚度，波型板刚度的调整不仅可以通过选择钢材品种，还可以通过改变其形状起到调整钢板刚度的作用，达到控制应力的目的。同时应考虑温度变化时的受力条件。该接头的适用条件与柔性接头基本相同。

⑶刚性接头和半刚性接头

一般最终接头采用刚性接头，也有采用半刚半柔接头的情况。

对于中间接头来说，由于 Gina 止水带的问世，沉管隧道的中间接头已基本不采用该类型接头，因为该类型接头施工难度大，施工周期长；不能适应地层沉降；同时在地震作用下对隧道不利。

二、 作业内容

管段制作主要包括：模板工程，混凝土浇筑与养护，钢端壳制作及安装，压载水箱，端封门，止水带安装，防水层，检漏及试浮等。

三、 工艺流程图

图 3-1 管段制作流程图

四、 工艺步骤

1、管段模板工程

模板系统由内模和外模组成，内模采用桁架式导梁受力。在导梁上支撑起顶模板，悬挂内部侧模。导梁与模板之间连接液压杆，便于调试安装就位。内模可以在桁架导梁上滑移。外模由桁架结构组成，桁架侧面由液压杆支撑侧模系统。外侧模由预埋在浇注台的埋地螺杆和侧模顶部桁架加以固定。侧模的桁架底部安装轨道，可以行走移动。这样的模板系统可以保证短管段全断面一次性预制成型。

模板设计

混凝土管段是在运营阶段将长期处于水中的，对管段预制质量，特别是混凝土防渗性能有较高的要求。因此模板设计、加工及安装等应加强质量监控和管理，保证管段预制质量完全满足设计及施工规范的要求。

⑴模板必须有足够的刚度、强度，保证管段的外形几何尺寸误差不超过设计和施工规范的要求。

⑵模板安装不仅要便于机械化施工，而且要满足施工的要求。

⑶选择模板体系时，充分考虑模板体系可能对管段混凝土防渗性能所带来的负面影响，并制定相应的应对措施

精确定位测量与控制

模板安装的测量控制极为重要，重点是控制管段的几何尺寸。由于管段为大体积的立体结构，模板定位测量必须采取可靠的方法，并制定严格的复核检查措施，以此保证管段外形尺寸的有效控制。管段预制施工测量主要包括管段台座找平放样、混凝土浇注高度控制，模板、钢筋和预埋件安装定位以及其安装精度控制等测量，一般采用全站仪及水准仪，进行常规操作，就可以满足施工要求。

⑴外部测量体系

在完成干坞施工后，需要从控制网引出一个测量平台，要求与管段的施工平台有效的统一，这个测量平台是一个外部测量体系，主要控制管段外部的尺寸。

⑵内部测量体系

由于受到模板、脚手架、支撑等影响，外部测量体系难以对管段内部进行控制，因此需要在通视的地方把测量控制系统引入管段内部底板，建立内部测量体系，控制内部的测量定位精度。

模板安装

管段制作的模板系统可分为钢模台车、调节与牵引系统、模板三部分。

模板的安装是以模板工程施工设计为依据，按照预定的施工程序，将模板、配件和支撑系统安装成模板体系以供混凝土浇筑。

⑴模板台车宜采用整体滑移的轨行式或滑移式结构，并设置对拉调节和行走动力系统；

模板框架的刚度应使湿混凝土侧压力产生的框架变形小于 5mm；为减少管段本身的渗漏环节，台车的设计应无穿过沉管管壁的联杆。

⑵滑移式模板的板材除满足刚度及表面质量要求外，尚应考虑混凝土养护时的保温性能。可选用胶合模板等保温材料模板：模板套数应满足施工要求；

临时模板及其支架在安装过程中，必须设置足够的临时固定设施，以防倾覆：

在顶板和侧墙立模时，当一次灌筑跨度大于 4m时，模板应起拱。当设计无具体要求时，起拱高度宜为全跨长度的1/1000～3/1000或经试验后确定。

⑶模板安装的质量检查：模板安装完毕后，应进行全面的质量检查。检查合格后方可进入下一道工序的施工。检查内容及标准如表4-1、表4-2。

  表 4-1   管体混凝土模板安装质检内容及标准表

表 4-2   预埋件和预留孔洞质检内容及标准表

⑷拆模时间应满足混凝土温控施工的要求。一般应采取保温措施，使混凝土内外温差降低到

25℃以下时方可拆模。

为了加速模板周转，需要提早拆模时，必须采取有效措施，使拆模与养护措施密切配合，边拆除边用草袋覆盖，以防止外部混凝土温度降低过快使内外温差超过 25℃而产生温度裂缝；

钢模板拆模的顺序和方法，应按照模板设计的规定进行。无规定时，可采取先支的后拆，后支的先拆，先拆侧模板，后拆底板部分，自上而下的原则进行；

模板在起吊前应注意检查模板是否已经脱离墙体：起吊速度要慢，并保持垂直。可用拉绳导向，以防模板撞墙造成墙体破损或撞坏模板。

模板系统组成

根据管段断面的特点及管段常分段分层预制的总体方案，管段模板以一个施工分段作为设计单元，导致模板针对不同的部位需要不同的模板，一般来说模板系统主要由以下几个部分组成：底模结构、底板边模、外侧模板、内侧模板（模板台车系统）、内隔墙模板、端封门模板等组成。

图 4-1   管段模型板体系图

图   4-3   管段内模 板 图   4-4   管段外模 板

施工模板施工质量控制要点

模板及其支撑体系安装必须符合下列规定：

⑴保证工程结构和构件各部分形状尺寸和相互位置符合设计要求。

⑵具有足够的刚度、强度和稳定性，能可靠地承受现浇混凝土的自重和侧压，以及在施工过程中所产生的荷载。

⑶模板连接处必须采取有效措施，以保证接缝密实不漏浆。

⑷模板与混凝土的接触面必须涂抹脱模剂。

⑸模板验收的重点是控制模板刚度、垂直度、平整度，特别注意外模板的精确度，因为外模板直接决定了管段的最终体积。

⑹模板的安装质量（安装成型的各项偏差）应满足设计和规范的规定。

2、钢筋工程

在钢筋的绑扎和预埋件安装前应先熟悉施工图纸，核对钢筋配料单与成品钢筋的钢号、直径、断面形状、尺寸和数量是否相符，是否符合相关规范与设计要求，如有错漏，应纠正增补。

钢筋绑扎通常采用 20~22 号铁丝。其中 22 号铁丝只用于绑扎直径 12mm 以下钢筋。

钢筋绑扎应符合下列规定：

⑴钢筋的交点应采用铁丝扎牢。

⑵板和墙的钢筋网，除靠近外围两行钢筋的交点扎牢外，中间部分的相交点可相隔交错扎牢，但必须保证受力钢筋位置不偏移。双向受力的钢筋，须全部扎牢。

⑶绑扎网和绑扎骨架外形允许偏差应符合表表4-3 规定。

钢筋绑扎的接头要求：

⑴钢筋搭接处，应在中心和两端用铁丝扎牢。

表 4-3   绑扎网和绑扎骨架的允许偏差

⑵搭接长度的末端与钢筋弯曲处的距离不应小于钢筋直径的 10 倍。接头不宜位于构件最大弯矩处。

⑶受拉区域内 I 级钢筋绑扎接头的末端应做弯钩，Ⅱ、Ⅲ级钢筋可不作弯钩。

⑷直径等于或小于12mm 的受压I 级钢筋的末端以及轴心受压构件中任意直径的受力钢筋的末端，可不做弯钩，但搭接长度不应小于钢筋直径 35 倍。

⑸受拉及受压钢筋绑扎接头的搭接长度应符合表 4-4 、表 4-5
的规定：

表 4-4 受拉钢筋绑扎接头的搭接长度

  表 4-5   受压钢筋绑扎接头的搭接长度

受力钢筋的绑扎接头位置应相互错开。从任意绑扎接头中心至 1.3 倍搭接长度的区段范围内，绑扎接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积的百分率：受拉区不得超过 25%，受压区不得超过 50％。

接头区的箍筋间距：在绑扎骨架中非焊接的搭接接头长度范围内，应加密箍筋，箍筋最大间距受拉区不应小于 5d，且不应小于 100mm；受压区不应小于 10d，且不应大于 200mm(d 为受力钢筋的最小直径）。

钢筋的混凝土保护层厚度应符合设计要求。当无设计要求时，应符合钢筋混凝土结构工程规范的有关规定。

钢筋安装时的允许偏差：安装钢筋时，配置的钢筋级别、直径、数量和间距均应符合设计要求。绑扎或焊接的钢筋网和钢筋骨架，不得有变形、松脱和开焊钢筋位置的允许偏差应符合表 4-6 的规定：

表 4-6   钢筋位置的允许偏差

  图 4-5 管段侧下部钢筋
 

图 4-6 管段底板钢筋

2、混凝土浇筑

配合比设计

管段混凝土兼备大体积混凝土及薄壁多孔箱形混凝土构件的特性，对混凝土的性能要求极高，因此要进行专项配合比设计，以满足之后混凝土浇筑的各项施工要求。

浇筑时间的选择

掌握好浇注混凝土的时间，尤其在昼夜温度差较大的季节，选择合适的浇注时间对预防温度裂缝有一定帮助。对于南方夏季施工，早晨浇注的大体积混凝土比下午或晚上浇注的更易发生温度开裂。因为早晨 8～9点进行浇注，水泥开始水化、凝结和硬化，内部温度升高，而中午强烈的阳光照在混凝土结构体上，也相当于对其进一步加热。当太阳下落时，混凝土内部温度基本达到温峰，且具备了一定强度，但是环境温度却急剧下降会导致温差过大，混凝土表面极易开裂。

运输与入模温度的控制

混凝土搅拌后，应尽快运至浇筑地点，运输过程不宜时间过长；要求运输与天气不影响混凝土入模温度的恒定和不超温（要求入模温度不要超过 28℃，极端的情况下不要超过30℃），应控制(降低)混凝土料的入模温度。一般可以通过防止集料经受日晒，冷水搅拌，搅拌时加一定量冰块和向混凝土搅拌机中喷液氮等措施。

管段施工分段分层及顺序

⑴管段施工分段分层

管段外形巨大，兼备大体积及薄壁多孔箱型混凝土构件的特性。为防止或尽量减少管段混凝土表面裂缝，管段预制时纵向分段施工，并设置后浇带，每段混凝土分 2 次浇注，根据理论计算和以往工程实践经验，结合管段长度和预埋件位置、模板台车长度及其他分段可能性进行分段分层。

⑵分段分层浇注顺序

①管段混凝土分段分层及浇注顺序：预制管段混凝土一般分两层浇注，施工缝设在侧墙底部倒角上方约 1m 处。

②管段底层与顶层混凝土浇注间隔时间：两浇注部位的间隔时间以温度差不超过 20℃为限；在保证混凝土强度等质量要求的条件下，间隔时间一般不超过 14 天。

③后浇带混凝土与各分段混凝土的浇注间隔时间：后浇带混凝土与先浇混凝土之间的结合缝处，为避免先浇混凝土因收缩不充分而产生收缩裂缝，采用后浇带混凝土滞后浇注的方法，来控制此类裂缝的产生，滞后时间不小于 42 天，同时必须通过监测来观测坞底沉降是否稳定，控制标准为连续 7 天的沉降量少于 2mm/d。

⑶混凝土浇注工艺

①混凝土下料高度控制

混凝土下料倾落高度不能大于 2 米，否则混凝土会产生离析。管段混凝土施工时一次浇注高

度不超过 2 米，由于管段的墙体宽度较大，因此下料管可直接插入墙体下料，防止产生离析。

②混凝土浇注分层

管段浇注混凝土时，自下而上分层均匀上升浇注，每层高度 35～50cm，上下混凝土浇注间隔时间不得超过初凝时间。对于管段底板，由于其平面尺寸较大，厚度大，浇注时采用台阶法推进，如图图4-7 所示。

图 4-7   管段浇筑台阶法分层示意图

③浇注顺序及方向

浇注底层混凝土时，应先浇中间，后浇左右两侧，从前往后推进；浇注顶层混凝土时，先浇注底部中间部分，后浇注两侧部分，逐层升高。浇注顺序及方向如图图 4-8 所示。

图 4-8   混凝土浇筑顺序及方向示意图

在浇注顶板或施工缝时，采取二次表面凿除和抹面，清除表面浮浆，使混凝土表面密实。插入式振捣器作业时，要使振捣棒垂直插入混凝土中，并插到下层尚未初凝层中 50～100mm，以促使上下层相互结合，各插点间距不应超过其作用半径的 1.5 倍，使用时，要做到“快插慢抽”的振捣要点，各插点振捣时间宜为 40～50s，并以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准。

拆模

模板拆除的时间根据混凝土已达到的强度及混凝土的内外温差而定，避免在夜间或气温骤降期间拆模。气温较低的季节，适当延迟拆模时间，拆模后必须采取保湿、保温措施。混凝土的内外温差应降低到 25℃以下方可拆模。采用整体式模板台车，并采取侧墙与顶板一次性浇注时，管段预制的拆模顺序为：温差测定与混凝土强度符合要求后，松开外墙边模和台车的侧墙边模；顶板强度达到要求后，松开台车顶模，移动台车进入下一循环施工。拆下的模板及时对其进行清理及保养处理，以保持模板的良好工作状态及混凝土浇注的光洁性；

养护

对于大体积箱形混凝土结构施工，其养护期间的保湿、保温工作是非常重要的，而后浇带混凝土由于掺加了微膨胀复合防水剂，其养护更是严格，因此必须采取有效的养护措施来保证混凝土质量。

⑴ 及时养护：管段混凝土浇注完毕后 12～18 小时内进行养护，如果是在天气炎热或干燥的季节浇注，养护时间应提前到 8～14 小时内进行，养护时间不小于 14 天。

⑵ 蓄水措施：对于顶板和底板可在混凝土硬化后，在四周砌砖墙蓄水养护；对于侧墙可以用带小孔的塑料软管与顶板蓄水池连通，形成“水帘式”自动喷淋装置，并挂上麻袋保温保湿。管内及顶板的养护采用专门制作的养护台架进行，台架上安装 PVC 水管，在管的靠管段侧打孔，下部安装水泵，保证管内水有一定的压力，使养护水喷淋于混凝土表面。

⑶ 管内外保温措施：在管段端头挂尼龙布挡风帘，防止管段内面因风速过快造成温度急速下降，使内外温差过大及混凝土水分散发过快导致裂缝产生；管段外侧挂上麻袋保温保湿。

3、钢端壳制作和安装

钢端壳分段

由于管段横断面尺寸较大，考虑各种因素，可将钢端壳划分为 6 个分段，在钢结构预制完成后，对主体尺寸进行严格检验，在施工现场进行自由状态下预拼装，符合设计要求和技术规范的要求后，方能吊装，钢端壳分段示意图如图4-9 所示。

图 4-9   钢端壳分段示意图

钢端壳制作

⑴配料

根据设计图纸的形状及尺寸，并考虑加工制作过程中的误差，装配需要的公差、间隙及反变形值，同时还要考虑到焊接、火焰矫正等过程中的收缩量，经过计算得出下料精确尺寸后进行放样。放样应做到合理使用钢材，最大限度地利用原材料，在放样时精心安排工料图形，先大后小并经过多次调整，使每张钢板达到最高地利用程度为止。放样后进行核对，确认无误后才开始分离切割。

⑵切割

首先要点燃割炬，随即调整火焰，在切割前先预热钢板的边缘线，同时打开切割氧气阀门，如果预热的红点在气流中被吹掉，此时应加大切割的氧气阀门，当氧化铁随气流一起飞出，表明钢板已被割透，应移动割炬逐渐向前切割，割嘴与切割前进方向的反方向呈倾斜 20o～30o角，并距离工件约 1cm。

⑶坡口加工

坡口加工是金属结构制造中重要的工序，直接关系到焊接质量，钢端壳制作中的坡口加工主要靠手工气割和半自动气割机来完成。坡口加工操作的要领是如何正确掌握好坡口的角度和平整度。

⑷半成品焊接

钢端壳平面尺寸很大，而本身刚度小，在工厂加工成成品，要控制其变形是相当困难的，且做成成品后的安装就位更加困难。因此，钢端壳只能在工厂分段焊接，制作成半成品后再运到施工现场进行组装。半成品的焊接在专门制作的平台上进行，平台又是作为制作的基准线，制作时用角钢焊接成平台和工件的临时支撑，焊接均采用手工电弧焊。

⑸变形控制及校正

在厂内加工制作时，变形控制主要靠增设平台与工件之间的临时支撑，或加压板来固定工件来限制变形；以及改进焊接程序，如采用收缩量的焊缝现焊的顺序，并以大功率火焰纠正。

梁板纠正合格后再点焊端面的钢筋，钢筋是分布在一个平面上的，焊接后钢板变形非常大，采用多把焊枪大功率火焰纠正，差不多可以达到整体消除应力的程度。半成品制造的精度要求：平整度不大于 0.5mm/m。

支撑胎架安装

支撑胎架除了支撑钢端壳外，同时还提供安装钢端壳的操作平台，并能夹紧钢端壳半成品部件，使半成品固定在正确的位置上。此外支撑胎架还要抵抗浇注混凝土时产生的侧向推力。

钢端壳安装

在半成品构件上划出中线、基准线等控制线，并在安装支撑架上也标出相应的控制线，安装时应根据这些控制基准线确定各个半成品的位置。当半成品工件各自对号入座时，需要设置必要的临时支撑点，使其固定在支承架上，同时在支承架上设置楔块及调整螺栓来进行安装时的微调工作。复查其中心线、对角线及端面的各个控制参数，当误差符合有关规范规定及设计要求时，用设置在安装支撑架上的对顶螺栓进行夹紧，然后施焊连接，焊接时应采取间断跳焊的方法来防止变形。

安装变形控制

防止变形的主要措施是设置临时支撑点来限制构件在空间的自由度，使构件不会产生任何方向的位移，还要增设夹具，加密夹点，并要保证测量控制线的准确性。在焊接工艺上采取间断焊缝，并控制每次焊缝的长度及间断的距离等。尽管采取一系列防止变形的措施，但是变形是无法避免的，因此必须进行矫正，矫正的方法由手工矫正、火焰矫正和机械矫正。施工实践表明，随着防止变形措施的落实和变形后的矫正，钢端壳的安装误差是完全可以达到要求的。

支撑胎架拆除

完成精确调坡并安装端面板后，应拆除支承胎架。先拆除临时支撑点及夹具，使支承架与钢端壳分离。同时要对钢端壳进行一次全面的量测，并记录好各种数据，以便提供沉管对接时所需的参数。

钢端壳安装后防渗处理

钢端壳安装后，应在腹板与面板之间灌注无收缩细石混凝土填料，填充密实。其具体施工要求及施工措施如下：

⑴应采用无收缩、易流动的细石混凝土材料，细石粒径在 2～5mm 之间，材料的抗压强度标准值不低于 C35；

⑵细石混凝土灌注压力应控制在 0.3～0.5MPa；

⑶细石混凝土灌注宜从下至上，从中间至两边，分步对称缓慢均匀进行。

⑷每一隔腔的灌注应待其相应的排气孔持续出混凝土 5 秒后方可封闭排气孔，封孔后持续加压灌注 10～20 秒后方可封闭灌注孔。

⑸灌注过程应作好记录，对每隔腔实际灌注量和理论体积应逐一比较，如发现出入应找出原因并采取措施，保证灌注细石混凝土的密实度。

4、后浇带、短管段接头

后浇带通常按施工缝处理，后浇带混凝土可掺微膨胀剂 UEA，利用其补偿收缩作用补偿后浇带混凝土的收缩。后浇带的钢筋绑扎和模板安装应在两侧管段混凝土浇注完养护期间进行，通常需要在两侧混凝土等强 42 天后才可进行后浇带施工，并且与前期混凝土浇筑的间隔不得少于 14d，在不影响工期的前提下尽量延长，使前期混凝土更稳定，充分发挥后浇带的作用，以减少相邻混凝土块的温差及相应的温度应力。

当管段分成若干短管段，短管段之间采用柔性连接时，为了保护管段在浮运过程中的整体性，在干坞内通过在内侧壁四周设置的预应力钢拉索把多个短管段连接在一起，内部设置一些抵抗水平、侧向力的构造抗剪的限位措施，同事短管段之间砼中埋设可注浆钢边橡胶止水带和一道 OMEGA橡胶止水带作为止水措施。

5、压载水箱

管段预制时，将压载水箱的锚锭钢板、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；

管段顶板完成后，即可按照设计要求进行压载水箱的组装，同时将其固定于两边对称的水箱锚固板上；

钢结构骨架安装后，即可进行管线施工，沿压载水箱外侧的管段腰部装设一条纵贯整个管段的总水管。每个水舱加装 2 支水管，并配置水阀以控制该舱水量；

安装完毕后要进行整体试漏，试漏应包括压载水箱本体、阀门及管道系统。整个压载水箱完成水密试验后，所有螺栓必须再紧固一遍；

在管段浮运到位后，通过水箱加水来保证管段的下沉，管段排水起伏及加水下沉都有严格的要求，必须根据设计要求分各阶段逐步排水或加水；

在管段对接及基础施工完毕后，通过压载混凝土置换水箱，即拆除一组水箱及时施工一段压载混凝土，然后再拆除一组水箱并及时施工一段压载混凝土，直至置换完毕。

图 4-10   压载水箱沉放状态示意图

图 4-11   压载水箱结构图

6、端封门施工

混凝土端封门施工

⑴端封墙的制作工序

①预制管段端部两段混凝土结构时施工上部钢牛腿及其预埋件、下部钢筋混凝土枕梁及其预埋件。

②架立 H 型钢，并与钢牛腿及枕梁连接牢固。

③绑扎端封墙钢筋，架立端封墙模板，浇注混凝土。

④端封墙混凝土拆模，并在外表面涂刷防水涂料。

⑵端封墙施工注意事项

①端封墙与管段顶板接缝处浇注混凝土难度较大，施工时应采取一些必要的特殊措施来保证混凝土浇注质量(如可掺加微膨胀剂配制微膨胀混凝土等)。

②混凝土端封墙施工时应保证 H 型钢与封墙内表面紧密贴合。

③只有沉放的后一管段沉放完毕后才能破除前一管段的端封门，水下最终接头混凝土浇筑完毕后才能破除余下所有封门，封门破除时需采用机械切割方式，注意不得损伤管段永久构件。

④先拆除型钢支撑，再拆除混凝土封门。

⑶质量保证措施

混凝土端封门属于后浇垂直薄壁墙体，混凝土浇注有一定困难，特别是保证墙顶接缝部位质量较困难，因此在施工时应采取一些特殊措施来保证端封门混凝土浇注质量。

①配置特殊混凝土：可以考虑掺加微膨胀剂配置微膨胀混凝土；

②埋置灌浆管：浇注混凝土时预埋灌浆管，压力灌浆填充连接界面；

③端封门模板选用大块模板，支撑体系尽量不采用对拉螺栓体系；

④在端封门支模时要预留混凝土浇注进料口及在顶端设置出料口，以保证混凝土浇注饱满；

⑤端封门混凝土浇注时，混凝土进料要慢而均匀，振捣必须做到频率高，振幅小，以保证端封门上预留孔洞的位置及尺寸精度；

⑥为保证 H 型钢与混凝土端封门密帖，端封门混凝土表面不平整度＜5mm；

⑦预埋人孔密封盖板螺栓，预留人孔、进气管及进、排水管；

⑧混凝土端封门施工后，架设墙后 H 型钢立柱，安装时应保证 H 型钢与端封门表面、支撑牛腿及枕梁表面紧密贴合。

钢端封门施工

⑴施工工艺

①按设计安装钢端封墙后的 H 型钢。各 H 型钢与上下支座的相对位置应调整正确。应保证各

H 型钢靠管段外侧的翼缘板处于同一平面内，且与对接管段端面齐平。

②吊装端封墙钢面板，并将其与 H 型钢和管段端面四周的预埋钢板焊接。

③在钢面板和预埋钢板间焊接一圈Ω型止水钢板。

施工单位可根据施工工艺的安排，在每隔一定长度（ 5~10m）采用隔板将Ω型止水钢板包围的空隙分隔成独立隔腔，便于以后分段检漏。

④焊接钢面板表面的 H 型钢加劲肋与面板焊接。加劲肋与管段孔口搭接的长度不得小于设计要求。

⑤在Ω型止水钢板的空隙内灌水，并加压至 250kPa 检漏，确保钢端封墙的水密性要求。施工单位可根据现场条件确定Ω型止水钢板上灌水检漏的开孔位置和数量，检漏结束后应立即按等强、水密的要求封孔。

⑥钢端封墙表面清除油渍、绣迹后采用红丹防绣漆均匀涂刷两道。

⑦钢面板之间、钢面板与预埋钢板之间、Ω型止水钢板与预埋钢板及钢面板之间的焊缝等级为一级，其它为二级。

⑵施工注意事项

①钢面板吊装时应采取措施防止钢面板发生不可恢复的翘曲变形。

②钢面板与端面预埋钢板焊接时，应采取有效措施减少由于焊接高温对端面混凝土结构的不利影响。

③钢面板可根据施工工艺分块吊装、焊接。分块位置宜设置在H型钢中心位置，不得设置在相邻两根H型钢之间的跨中位置，并尽可能离开管段孔口边缘 1.2 米以上。分块焊接要求采用对

接焊，焊缝强度不得低于钢面板本体强度，且满足 2.5 ㎏/㎝2水头下水密性的要求。

7、GINA 止水带安装

  图 4-12   Gina   止水带安装准备工作

脚手架铺设

要预先制备好施工用的脚手架，管段竖向两侧使用活动脚手架，管段上部的脚手架利用端封门预留的铁件，焊接角钢支架，铺上木跳板；

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。场地除了要求平整外，一切与安装无关的设备、材料和其他杂物要预先清出场外，清理范围在管段端头前 20m 管段宽度内。安装前要对接头部位进行清洁，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；

GINA 橡胶止水带吊具准备

安装 GINA 橡胶止水带的吊具包括一条钢结构吊梁、手动葫芦、钢丝绳吊索、柔弱的麻绳或尼龙绳及保护木块等组成。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，需要制作一条钢结构专用吊梁，吊梁下部每隔 1.5m 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 1.5m 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 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 橡胶止水带放入下压块内；

固定 GINA 橡胶止水带

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距套筒扳手，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。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。

图 4-13   Gina   止水带吊装与保护

8、管段检漏、试浮

管段检漏分低水位检漏和高水位检漏，低水位检漏主要检查管段底板、混凝土封墙、管段外侧墙等部位，即向干坞内注水至管段侵入水中三分之二深度，停止时间不小于 24小时，检查人员从人孔进入管内，检查端封门底部、水密门、沉管底部渗漏情况。如发现不符合质量要求的渗漏，及时进行修复堵漏处理。低水位检漏工作完成后，继续向干坞内泵水至水位超过管段顶面0.5m以上，停止时间不小于24小时，进行管段全面检漏，即水位检漏。高水位检漏前应先带好管段的系缆，并保证压载水箱内的水量达到规定量，避免管段提前起浮。灌水淹没顶板后，检查人员再从人孔进入管内，再次检查高水位时水密门、钢筋混凝土端封门及沉管各部分的渗漏情况。在管段检漏的同时进行压载水箱的检漏，并且在高水位到来之前完成压载水箱的检漏压载工作，防止管段提前起浮。

管段试浮要逐段进行，先起完成一管段后，再进行下一管段的起浮。均匀、对称地排出需起浮管段内各压载水箱内的水，排水过程中，应通过测量系统实时监测管段姿态，一旦发现管段有起浮迹象，应放慢排水速率，根据管段姿态调整水箱水位，保证管段平稳起浮。待管底完全脱离坞底后，应均匀对称地加快排水压载水的速率，直至每个水箱平均水位不大于 5cm，使管段具有最大干舷值。沉管起浮后，应于稳定状态下测量管段四个角点的干舷值，供设计部门最终确定管顶防锚层混凝土的厚度。为了保证管段在干坞内顺利起浮，根据需要可在干坞周边设置系缆柱及必要的系缆绞车，系缆柱的间距不能太远，并要保证稳固。并且在起浮前做好管段的系泊工作，一般在管段起浮过程中需要利用系缆系统来稳定管段。由于管段起浮时系缆将承受较大的冲击力，因此起浮后要重新检查系缆系统。

9、防锚层施工

防锚层作用

防锚层作用主要有如下两个方面：

⑴防止船舶抛锚对管段结构和防水层的破坏；

⑵调整管段浮运时的干舷，在浮运中较好的抵抗波浪冲击。

管段制作时由于受管段尺寸误差、混凝土容重误差等因素的影响，管段的实际干舷可能与理论值不同，管段制作完成后，施工单位应该对管段进行详细的测量，并计算出实际干舷作为调整防锚层厚度的依据。

防锚层在管段二次舾装时施做，防锚层的高度应根据施工单位计算的干舷和管段舾装设备安装后实测干舷高度确定，并在满足最小干舷控制值的情况下确定防锚层的高度 ≤150mm，二次舾装完成后管段的干舷值应控制在 50～100mm，为有利于远期管段的抗浮。

施工顺序

管段防锚层混凝土浇注从中间开始，对称地向两端施工；混凝土浇注采用间隔浇注，这样可以与钢筋安装形成流水作业，加快施工速度。

施工工艺

⑴管顶处理：在浇注前要对管顶面进行处理，消除表面杂物，特别是剪力杆的混凝土浮浆，一定要清除干净；

⑵模板制作：防锚层只需要立侧模，模板采用组合钢模；

⑶钢筋绑扎：钢筋网在岸上加工场地进行制作，用塔吊运到现场安装绑扎。钢筋加工和绑扎质量要符合设计和规范要求；

⑷混凝土浇注与振捣：混凝土由搅拌站生产，用溜槽与搅拌机下料口相接，混凝土直接由溜槽输送到浇注部位，并人工配合整平。采用振动棒与平板振动器相结合方案，先用插入式振动棒振实后，再用平板震动器振捣；

⑸养护：混凝土凝固后，用麻袋覆盖表面，并洒水养护。

层施工注意事项

⑴防锚层浇注前应清除沉管顶面杂物。

⑵防锚层应分段浇注，从中间向两端对称间隔施工。

⑶振捣混凝土时，严格控制振捣深度，不得破坏管段外防水层。

⑷由于管段干舷很低，为防止混凝土浇注后未凝固之前，遭到波浪的冲刷，在混凝土浇注后，用水玻璃喷洒混凝土表面，以加速凝固。

⑸防锚层施工时，应注意对管段顶部的灌砂管的保护，防止混凝土堵塞管路。

五、质量控制说明

1、混凝土

根据我国相关规范的要求，要求重大工程满足 100 年使用寿命，混凝土等级不应小于 C30，抗渗标号不应小于 S8，而我国目前在沉管隧道方面尚没有相应的设计与施工规范，在实际工程中多采用高性能混凝土标准或普通混凝土高性能化进行处理，在具体工程中因采用的混凝土不同，混凝土重度及各个参数根据实际情况调整。

混凝土重度变化对管段在起浮和浮运时的干舷高度影响十分敏感，因此对混凝土重度控制要求十分严格。

混凝上不允许出现贯穿裂缝，尽量避免表面裂缝，如有表面裂缝，其宽度通常应 ≤0.2mm。浇注混凝土时的入仓温度＜28℃；内外温差＜25℃。

2、几何尺寸精度

管段几何尺寸误差将直接引起管段混凝土体积变化，即引起管段重量变化，干舷也随之变化，同时还会引起管段起浮和浮运时重心变化，影响其浮运时的稳定性。体形几何尺寸中的端面误差，将导致管段安装位置的误差而直接影响隧道线路平、纵剖面线型，同时也影响管段的对接质量及接头的水密性。

管段预制时几何尺寸精度通常须符合以下规定：

管段两端面的精度应满足：表面不平整度小于 3mm，每延米不平整度小于 1mm，横向垂直度 (左、右两点之差)3mm；竖向倾斜度(上、下两点之差)3mm。

3、 防水

管段应以结构自防水为主，尽量无裂缝，但要彻底解决这样长、宽、大、多孔箱型混凝土结构产生的收缩裂缝，特别是表面收缩裂缝问题尚有一定难度，故必须因地制宜的防水设计措施，同时符合我国《地下工程防水技术规范》 (GB50108)的要求。

管段外防水材料应具有优良的抗渗性能，且与钢筋混凝土表面的粘结力强，有一定的抗压、抗拉强度和一定的延伸率，能长期浸泡在水中，其性能不发生明显变化及无环境污染，耐摩擦性能好，同时要求施工设备简单，操作方便。

4、施工工艺

在浇注每一个管段施工作业段 (15~20m)时，侧墙纵向施工缝离底肋应不小于 200mm，横向施工缝间距应符合防裂要求，底板及顶板纵向不允许设计施工缝。

5、混凝土工艺

水灰比应小于 0.5，塌落度常为 10~14cm，但由于各个地区的气候与环境条件等不同，具体工程的情况，在实际操作中有所不同，例如对于钢筋密集区域，可考虑放宽到 16~17cm，混凝土需进行缓凝处理，且要适应泵送的要求，同时要求限制水泥用量。

6、模板工程

要有足够的刚度，能整体移动，保证混凝土几何尺寸精度，其套数应满足工期需要。

7、施工材料计量误差

材料计量应符合现行计量标准与相关混凝土规范要求，误差要求为，即水泥小于 1％，砂小于 2％，碎石小于 2%，外加剂小于 1％，几何尺寸误差按设计要求控制。

六、 工艺装备

  表 6-1 主要施工设备表（参考 ）

  表 6-1   主要施工设备表 （参考）（续 ）

七、 作业组织

以 200m左右的短隧道为例，一次性预制两、三节管段，采用一个班组即可满足施工要求，其作业组织见表7-1：

表 7-1   作业组织表

八、 安全生产保证措施

⑴成立专门的安全管理组织机构。设安全负责人一名，安全员两名。

⑵所有设备必须有年审记录，相关安全资料齐全，机况良好。

⑶运输起运前，对承运车辆和相关索具进行认真的检查，消除事故隐患。

⑷设备装车时，设备重心必须与车辆中线重合，捆扎牢固。

⑸大件运输前在公路管理处路政大队办理准运手续，运输时请保安公司护送。

⑹注意空中障碍，设备上设置滑竿，另配备挑线人员。

⑺ 大件车辆经过市区道路，确保设备不与道旁的树木相撞。

⑻ 大件吊装在白间作业，大件吊装下井为防止摆动，必须用绳子牵引人力进行控制方向。

⑼ 组装过程中须派专人进行指挥。

⑽ 高空作业时必须系好安全带。

⑾ 吊装时，起重机吊钩下严禁站人。

⑿ 根据工地的情况，布置安全防护设施和统一的安全标志。

⒀ 各种吊、运、组装机具，必须在使用前组织试吊、试运行。

⒁ 吊装作业中严禁超载。

⒂ 起重作业人员要严格执行《起重作业安全操作规程》，确保作业人员的安全。

⒃ 从事钢筋以及钢端壳等焊接、动火作业的人员需持证上岗，保障焊接件的质量和人员、设备的安全。

⒄ 注意浇筑模板（尤其是外模）的安全架设，保障在混凝土浇筑过程的施工安全。