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鋼接頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化

發(fā)布日期：2018-01-28 閱讀量： 111 次

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)運輸構(gòu)件的工作量很大,，勞動強度大且安全風(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)場連接鋼板的搬運量，大大降低勞動強度,，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,，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。