1 概述
港珠澳大橋海底隧道由33 節(jié)沉管管節(jié)和一個最終接頭組成,,最終接頭與沉管管節(jié)的連接是在水下進(jìn)行,。利用浮吊將最終接頭吊裝就位,,其內(nèi)嵌液壓千斤頂系統(tǒng)啟動,,頂推小梁結(jié)構(gòu)向遠(yuǎn)離最終接頭本體的方向移動,帶動M 止水帶張拉,,移動到一定距離后,,頂推小梁端部的Gina 止水帶抵達(dá)相鄰管節(jié)的鋼帽,Gina 止水帶壓緊后,,即實現(xiàn)管節(jié)內(nèi)外部的隔離,最后對管節(jié)內(nèi)部排水,,形成可施焊的空間,,鋼接頭的焊接就在該空間內(nèi)進(jìn)行,相關(guān)結(jié)構(gòu)關(guān)系參照圖1,。鋼接頭由內(nèi)圈連接鋼板,、外圈連接鋼板、小加勁,、隔板體系組成,,在隧道橫截面上,隔板是每隔一段距離布置一檔,。連接鋼板均是工廠內(nèi)分塊制作,,發(fā)運(yùn)至隧道安裝現(xiàn)場。鋼接頭焊接完成后,,形成了永久的封閉內(nèi)部,,灌注高流動性混凝土,完成隧道的連接并實現(xiàn)最后的貫通,。連接鋼板的焊接存在大量仰焊作業(yè),,且作業(yè)空間受到限制,國內(nèi)外沒有可借鑒的經(jīng)驗,,存在如下難點:
(1)施工環(huán)境惡劣,,焊接空間受限。鋼接頭的焊接是在Gina 臨時止水的狀態(tài)下進(jìn)行,,并且結(jié)合腔內(nèi)部環(huán)境潮濕,,無自然通風(fēng)條件,,最終接頭與鋼帽間的作業(yè)空間凈距僅1米。
(2)鋼接頭焊縫工作量大,,焊接質(zhì)量要求高,,對接焊縫必須全熔透焊接,100%通過UT/MT 探傷檢測,。
(3)鋼接頭焊接施工的周期必須盡量短,。由于鋼接頭焊接完成之前,結(jié)合腔內(nèi)僅依靠油缸頂推GINA 止水帶隔絕海水,,風(fēng)險太高,。所以盡早完成結(jié)合腔內(nèi)鋼接頭連接鋼板的焊接工作是沉管工程能夠安全貫通的有效保障。
(4) 往結(jié)合腔內(nèi)運(yùn)輸構(gòu)件的工作量很大,,勞動強(qiáng)度大且安全風(fēng)險也高,。我們從以下幾個方面對鋼接頭連接鋼板做出調(diào)整, 有效降低鋼接頭連接鋼板現(xiàn)場焊接的難度。
(1)優(yōu)化鋼接頭連接鋼板的劃分,,減少現(xiàn)場焊接長度,,切實地降低現(xiàn)場焊接工作的難度。
(2) 將部分鋼接頭的連接鋼板懸掛到最終接頭的結(jié)構(gòu)上(在工廠內(nèi)),,以減少施工現(xiàn)場連接鋼板的搬運(yùn)量,,大大降低勞動強(qiáng)度,減少安全風(fēng)險,。
(3)對鋼接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行做局部改進(jìn),,以增強(qiáng)鋼接頭連接鋼板焊接過程中整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性,。
圖1 最終接頭與相鄰管節(jié)的連接
2 鋼接頭連接鋼板分塊方案的優(yōu)化
鋼接頭的初步設(shè)計中內(nèi)外圈面板分塊較多,,以鋼接頭頂墻某段區(qū)域為例,在2.2 米的長度上(兩隔板凈距),,內(nèi)外圈連接鋼板分塊如圖2 上部分示圖,。鋼接頭外圈有6 塊鋼板,它們之間通過T 肋現(xiàn)場焊接連接,;在隧道的縱向上,,它們與相鄰管節(jié)的鋼帽以及最終接頭的鋼結(jié)構(gòu)焊接。鋼接頭的內(nèi)圈也有6 塊鋼板,,通過L肋現(xiàn)場連接,;在隧道的長度方向上,它們與相鄰管節(jié)的鋼帽以及最終接頭的鋼結(jié)構(gòu)焊接,。經(jīng)統(tǒng)計在2.2 米長的范圍內(nèi),,焊縫長度就達(dá)到了約25 米長,整個鋼接頭的的焊縫長度通過測算共計達(dá)4200 米,。
經(jīng)過初步評估,,我們在保證鋼結(jié)構(gòu)整個結(jié)構(gòu)受力性能不下降的前提下,,采取以下方法對鋼接頭連接鋼板的分塊進(jìn)行重新劃分,以降低現(xiàn)場焊接工作量,,同時保證焊接質(zhì)量更可控,。
(1)鋼接頭的連接鋼板,隔板關(guān)鍵幾何定位尺寸,板厚材質(zhì)等保持不變,;
(2)鋼接頭在隧道橫截面包括連接鋼板,,隔板等上關(guān)鍵幾何定位尺寸保持不變;
(3)減少鋼接頭內(nèi)圈,,外圈連接鋼板分塊,并且T 肋,,L肋均用扁鋼代替。
鋼接頭連接鋼板分塊經(jīng)過調(diào)整后,,同樣以前述鋼接頭某段2.2 米長范圍內(nèi)的連接鋼板為例,,其分塊情況如圖2下部分示圖所示。
鋼接頭外圈有2 塊鋼板,,它們通過對接焊接連接,;在隧道的縱向上,它們與相鄰管節(jié)的鋼帽以及最終接頭的鋼結(jié)構(gòu)焊接,。
鋼接頭內(nèi)圈僅有1 塊鋼板,,它與相鄰連接的鋼板直接對接焊接;在隧道的縱向上,,它與相鄰管節(jié)的鋼帽以及最終接頭的鋼結(jié)構(gòu)焊接。經(jīng)測算,,在2.2 米長的范圍內(nèi),,其焊縫長度約為12 米長(同樣未考慮隔板的焊接),與連接鋼板分塊調(diào)整前相比,,焊縫長度減少50%以上,,整個項目的焊縫長度減少到2000 米。
圖2 鋼接頭連接鋼板分塊優(yōu)化前后對照圖
3 鋼接頭連接鋼板懸掛
在工廠內(nèi)將部分連接鋼板組件懸掛到最終接頭結(jié)構(gòu)上,,以此來減少現(xiàn)場鋼接頭連接鋼板搬運(yùn),,安裝的工作量。
在最終接頭鋼結(jié)構(gòu)的傾斜面上焊接耳板,,連接鋼板組件上同樣焊接相配套的耳板組合件,,并利用銷軸連接耳板和耳板組合件。鋼接頭內(nèi)圈連接鋼板與外圈連接鋼板同樣處理, 其區(qū)別僅是吊耳焊接位置不同,。通過該方法處理了頂墻以及側(cè)墻部分連接鋼板組件,,最終懸掛到最終接頭上的連接鋼板約占
連接鋼板總量的25%, 這也就大大減少了相應(yīng)連接鋼板現(xiàn)場的搬運(yùn)及安裝。
4 鋼接頭部分隔板改造
在對鋼接頭連接鋼板施焊前,,頂推小梁的臨時支撐管是要拆除的,。拆除臨時支撐的同時,,頂推小梁所受外力將會發(fā)生變化,這就可能導(dǎo)致頂推小梁發(fā)生不可控的位移,,止水橡膠就可能受到破壞,,其帶來的后果就是結(jié)合腔內(nèi)止水失效,這對整個沉管隧道來說,,是災(zāi)難性的,。為了確保這一情況不會發(fā)生,我們在頂推小梁鋼管拆除前,,對結(jié)構(gòu)先行加固,。在狹小的空間內(nèi),如新增結(jié)構(gòu)加固,,將會增加焊接難度,,使焊接質(zhì)量變得更難以控制,最可靠的方案就是對已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,。
鋼接頭結(jié)構(gòu)是由連接鋼板與隔板組成,,對部分隔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,將隔板改成純“工”字型結(jié)構(gòu)(去除原先的小加勁板),,其上翼緣板為外圈連接鋼板,,腹板為隔板,下翼緣板為內(nèi)圈連接鋼板,,并在上翼緣頂部增設(shè)墊板,。
對于整圈鋼接頭來說,我們改造的隔板涉及到頂墻區(qū)域四處,,側(cè)墻區(qū)域兩處,,底墻區(qū)域七處,改造的隔板結(jié)構(gòu)在臨時撐管拆除(或部分拆除)前先行焊接,,加固頂推小梁,,從而避免結(jié)合腔止水失效的情況發(fā)。
5 結(jié)束語
通過鋼接頭連接鋼板分塊的優(yōu)化,,連接鋼板的懸掛以及隔板結(jié)構(gòu)的改造,,降低了現(xiàn)場焊接的工作量和施工難度,提高現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的安全性,,為隧道后續(xù)混凝土澆注和最終隧道的全線貫通鋪平道路,。