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西江(jiang)引水工程(cheng)在穿越(yue)小(xiao)塘立交(大型立交)時采用(yong)了(le)盾構法(fa)施工，盾構隧道結(jie)構采用(yong)厚度為300mm的預制鋼筋混凝土管片(pian)，隧(sui)道內徑(jing)為(wei)5400mm。為了確保供水安全，盾構隧(sui)道內襯(chen)DN4800的大口徑鋼(gang)管(guan)。重點介(jie)紹了盾構(gou)內襯大口徑鋼(gang)管(guan)施工的工藝流程(cheng)和技術要點，在(zai)工程(cheng)實踐(jian)中(zhong)成功攻克了大口徑鋼(gang)管(guan)在(zai)隧道(dao)內的運輸(shu)、對接(jie)、焊接(jie)和自密實混凝土澆(jiao)筑等技術難題，可為其他同類(lei)工程(cheng)提(ti)供參考(kao)。

1工程概況

近年來，盾構(gou)法施工(gong)技術(shu)在長距(ju)離輸(shu)水管線中得到(dao)了(le)快速發(fa)展(zhan)，埃及穿越蘇伊士運河輸(shu)水隧洞工(gong)程、南水北調、上海青草沙原水工(gong)程等都(dou)采用(yong)了(le)盾構(gou)技術(shu)。

國內外(wai)的工程實踐(jian)表明，盾構(gou)隧道作為輸水管道的一種基本形式是切實可行的。廣(guang)州市西江引水工程小塘立交段(duan)需(xu)要穿越廣(guang)茂鐵路(lu)、G321國道、廣(guang)三高速(su)公(gong)路和西二環高速(su)公(gong)路等重要障(zhang)礙物，在如此復(fu)雜的施工環境中采用明(ming)挖敷設的施工技術是非(fei)常困難的。經(jing)技術、經(jing)濟和供水安全性等因素綜合分析，確定采用盾構(gou)工法(fa)建成單線(xian)的盾構(gou)隧(sui)道，線(xian)路長約2355m。

盾構(gou)隧(sui)道結構(gou)采用(yong)預制(zhi)鋼筋(jin)混凝土管(guan)片，外徑為(wei)6000mm，內(nei)徑為5400mm，管片厚度為300mm。為(wei)了確保(bao)供水(shui)安全，盾構工程采(cai)用雙層襯砌(qi)方案(an)，即(ji)在管(guan)片隧道內襯砌(qi)DN4800的鋼管，壁厚為20mm，材質為Q235C，每延米質量為(wei)2．38t。為使通(tong)水后內(nei)襯(chen)鋼管承受(shou)內(nei)水壓與管片承受(shou)外水壓相(xiang)互分開，在隧(sui)道上部240°范圍(wei)內鋪設聚乙烯泡沫板(ban)及(ji)沿隧道(dao)方向均布(bu)5根與隧道同長(chang)的DN50排水花(hua)管(guan)。內襯鋼(gang)管(guan)與(yu)管(guan)片之間回填C20自密實混(hun)凝土，回填(tian)采用鋼管開(kai)孔灌注的方法進行。

2盾(dun)構隧道內襯鋼管施工流程

為了(le)確保按時完工，該盾(dun)構工程自(zi)廣三高速(su)公路南側的盾(dun)構始發(fa)井(jing)分(fen)別向接收井(jing)1和接(jie)收井2掘進(jin)，形成西(xi)線(xian)隧道和(he)東線(xian)隧道，東線(xian)、西(xi)線(xian)的內(nei)襯鋼(gang)管(guan)作業(ye)分(fen)別(bie)同(tong)時進(jin)行(xing)。管(guan)道運輸方向為始發(fa)井(jing)(jing)(jing)至兩(liang)個接收井(jing)(jing)(jing)，鋼(gang)管(guan)內(nei)襯的安裝方向則從兩(liang)個盾構接收井(jing)(jing)(jing)退向始發(fa)井(jing)(jing)(jing)，最后(hou)在(zai)盾構始發(fa)井(jing)(jing)(jing)完(wan)成鋼(gang)管(guan)的合龍。

為減少隧(sui)道內(nei)焊接(jie)工(gong)作(zuo)量，在盾構始發井(jing)設置焊接(jie)轉臺，采用埋弧自動焊將(jiang)兩節6m鋼(gang)管焊(han)接成一根(gen)12m長的鋼(gang)管(guan)(guan)段。采用自行研制的運(yun)輸臺車在隧道內實施(shi)鋼(gang)管(guan)(guan)的運(yun)輸和(he)對接(jie)，在隧道內完(wan)成鋼(gang)管(guan)(guan)內環(huan)縫焊接(jie)后，對已固定的鋼(gang)管(guan)(guan)每(mei)隔24m安裝快(kuai)易收口網預(yu)制構件進(jin)(jin)(jin)行(xing)分(fen)倉，對每一分(fen)倉進(jin)(jin)(jin)行(xing)自密實混凝土分(fen)層澆(jiao)筑，然后(hou)(hou)進(jin)(jin)(jin)行(xing)鋼管(guan)內(nei)防腐修復，東、西線(xian)隧道內(nei)襯鋼管(guan)在始發井合龍后(hou)(hou)進(jin)(jin)(jin)行(xing)管(guan)道試壓。

3內襯鋼管施(shi)工(gong)技術要點

3.1鋼管運輸(shu)與對接(jie)技術

①鋼管排(pai)版設計(ji)與制作(zuo)

由(you)于(yu)受地面建(jian)(構(gou))筑物(wu)的限制，盾(dun)構隧道線路由圓曲線與直線段交替的線形組成，共有(you)5段圓曲線，曲線長度占隧道(dao)總長度的比例(li)超過50%，其(qi)中最小半徑為300m。在盾(dun)構(gou)隧道分(fen)部(bu)工(gong)程完(wan)成后，進(jin)行(xing)隧道貫通(tong)測(ce)量和(he)斷(duan)面(mian)測(ce)量，根據(ju)測(ce)量數據(ju)進(jin)行(xing)內襯(chen)鋼管排(pai)版(ban)設(she)(she)計，將每節鋼管設(she)(she)計成一端(duan)(duan)直(zhi)(zhi)口(kou)(kou)和(he)一端(duan)(duan)為(wei)斜(xie)口(kou)(kou)的(de)(de)形(xing)式(shi)，沿著圓弧的(de)(de)割線(xian)布設(she)(she)，并編號標識。其中，在始發(fa)井(jing)焊接(jie)轉臺以(yi)“直(zhi)(zhi)口(kou)(kou)對(dui)直(zhi)(zhi)口(kou)(kou)”的(de)(de)形(xing)式(shi)對(dui)接(jie)，在隧道內以(yi)“斜(xie)口(kou)(kou)對(dui)斜(xie)口(kou)(kou)”的(de)(de)形(xing)式(shi)對(dui)接(jie)。此外(wai)，在每節鋼管兩端(duan)(duan)管口(kou)(kou)縮進(jin)250mm處設置“內法蘭+傘形槽鋼(gang)”形式的內(nei)支(zhi)撐(cheng)，以有效控(kong)制變形量。鋼(gang)管(guan)(guan)制作(zuo)、編號和內(nei)支(zhi)撐(cheng)安(an)裝均在鋼(gang)管(guan)(guan)制造(zao)廠內(nei)完(wan)成(cheng)。

②施工(gong)難點

在盾(dun)構始(shi)發井焊接轉臺(tai)將兩節DN4800鋼管焊接成一(yi)根12m鋼管，質量約28．56t。在(zai)隧道中(zhong)心(xin)軸線(xian)與(yu)(yu)鋼管(guan)中(zhong)心(xin)軸線(xian)完全(quan)重合(he)的理想(xiang)情況下(xia)，鋼管(guan)與(yu)(yu)管(guan)片的間隙僅為280mm，在(zai)(zai)盾構(gou)曲線段的(de)間隙還(huan)要小。在(zai)(zai)如此狹小的(de)空間內完成大(da)型(xing)鋼管(guan)運輸和(he)安裝(zhuang)的(de)難度極(ji)大(da)，在(zai)(zai)國(guo)內外(wai)的(de)工程實踐中并無(wu)先例可供借鑒。

③解決(jue)方案(an)

為(wei)解決隧道(dao)內鋼管運輸和對接技術難(nan)題(ti)，采用(yong)“電瓶車+軌道+臺車”運輸方案。

隧道內(nei)軌道選(xuan)用22kg輕軌，采用斜(xie)三(san)角塊的軌枕在管片上施作膨(peng)脹螺栓并焊接固定(ding)，軌道(dao)中心距為950mm，軌枕按(an)1500mm間(jian)距鋪設，每間(jian)隔(ge)6000mm采(cai)用8#槽(cao)鋼進行水平固定，在軌道(dao)底(di)澆筑(zhu)混凝土平面(mian)，控制(zhi)混凝土面(mian)與管片內壁(bi)最低點距離為(wei)120mm。臺(tai)車(che)在鋼管內的行走軌道為11m長的整體式“活動軌(gui)道(dao)”，由輕軌(gui)、槽鋼(gang)和枕(zhen)木預(yu)制而(er)成。自(zi)行設計研制的運(yun)輸臺(tai)車見圖3，采用(yong)踏步式的方(fang)法跨入或跨出鋼管(guan)。臺車(che)(che)動(dong)力(li)采用(yong)盾構施(shi)工時同型號的電(dian)(dian)瓶車(che)(che)，電(dian)(dian)瓶車(che)(che)通過連(lian)桿與臺車(che)(che)固定連(lian)接(jie)，推動(dong)臺車(che)(che)馱(tuo)運鋼管(guan)前行。參(can)照火車(che)(che)輪(lun)內側車(che)(che)輪(lun)轂的形式定制加工臺車(che)(che)車(che)(che)輪(lun)組，保證(zheng)在軌道(dao)上滑行方(fang)便，方(fang)向可控不脫軌。臺車(che)(che)共有3組(zu)支撐臂，每一個支撐臂都配有一套獨(du)立的液壓(ya)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)，用(yong)以調(diao)(diao)整各自高度，靈活地實(shi)現爬管踏步動(dong)作。在臺(tai)車中部安裝(zhuang)(zhuang)帶(dai)液壓(ya)油缸和(he)轉臺(tai)輪組(zu)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)的龍門支撐架，一方面(mian)可頂升(sheng)、支承(cheng)鋼管，并通過調(diao)(diao)整兩組(zu)液壓(ya)油缸的高度實(shi)現鋼管安裝(zhuang)(zhuang)時裝(zhuang)(zhuang)配間隙(xi)的調(diao)(diao)節，另一方面(mian)可對鋼管進行旋轉微調(diao)(diao)，調(diao)(diao)整對接點(dian)位置(zhi)(zhi)和(he)焊縫位置(zhi)(zhi)。臺(tai)車兩端焊接有槽鋼架，用(yong)于懸(xuan)掛手拉(la)葫蘆(lu)和(he)活動(dong)軌道。

④運輸和對接流(liu)程

a．通過龍門吊將始發井內12m長(chang)的(de)鋼(gang)管(guan)(guan)放置在隧道(dao)口(kou)軌(gui)道(dao)上，讓臺(tai)車前端接近鋼(gang)管(guan)(guan)，利(li)用(yong)手拉葫蘆將(jiang)“活動軌(gui)道(dao)”放置于鋼(gang)管(guan)(guan)內。

b．提(ti)升臂(bei)一，使其慢慢爬入鋼(gang)管內的“活(huo)動(dong)軌(gui)道”并落穩。提(ti)升臂(bei)二并前行，使其爬入“活(huo)動(dong)軌(gui)道”內，完成向(xiang)上跨步動(dong)作。

c．提升臂(bei)(bei)一，電(dian)瓶車(che)(che)推動(dong)臺車(che)(che)，臂(bei)(bei)二在(zai)鋼(gang)(gang)管內活動(dong)軌道上往前移動(dong)。當(dang)臂(bei)(bei)一離(li)開鋼(gang)(gang)管前端而臂(bei)(bei)二尚未跨(kua)出鋼(gang)(gang)管時，臂(bei)(bei)一先降(jiang)至軌道上，臂(bei)(bei)二抬(tai)起，臺車(che)(che)往前移動(dong)，完(wan)成向下踏步動(dong)作。

d．當鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)處(chu)于臺(tai)車(che)中間位置時(shi)，臺(tai)車(che)停(ting)止前行。提升臺(tai)車(che)上(shang)的龍(long)門(men)支撐架承(cheng)托起整條內(nei)襯鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)，通(tong)過輪組裝置對管(guan)(guan)身進行微調，盡可能使鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)與隧道的上(shang)、下間隙(xi)均等，臺(tai)車(che)和(he)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)在(zai)電瓶車(che)推動下沿軌道前行，實(shi)現在(zai)隧道內(nei)的運輸(shu)。

e．運輸到(dao)達目(mu)的(de)(de)(de)地后進行鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)對接(jie)。利(li)用手(shou)拉葫蘆將(jiang)整體式活(huo)動(dong)軌(gui)道(dao)(dao)移入前一(yi)段已安裝固定(ding)(ding)的(de)(de)(de)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)內，完成臂一(yi)和(he)臂二的(de)(de)(de)跨步動(dong)作后，先將(jiang)待固定(ding)(ding)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)節底部的(de)(de)(de)軌(gui)道(dao)(dao)進行回收(shou)，然后通過龍門支撐架的(de)(de)(de)轉臺輪組裝置調節好在各個方向上的(de)(de)(de)裝配間隙，并用鋼(gang)質楔(xie)塊將(jiang)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)焊接(jie)固定(ding)(ding)，完成鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)對接(jie)。

f．放下龍門支撐架，收起“活動(dong)軌道”，采用(yong)后踏步動(dong)作退出鋼管，由電瓶車牽引回(hui)始發(fa)井(jing)進行下一段鋼管的運輸。

3.2管道焊接

①焊(han)接施工(gong)

鋼管(guan)焊(han)接(jie)(jie)(jie)施工主要分為(wei)始發井(jing)轉臺上焊(han)接(jie)(jie)(jie)和隧道(dao)內焊(han)接(jie)(jie)(jie)。為(wei)減少隧道(dao)內焊(han)接(jie)(jie)(jie)工作量，在始發井(jing)轉臺將兩節鋼管(guan)以“直口對直口”形式焊接，將內襯鋼管焊縫總量的50%改為在隧洞(dong)外完(wan)(wan)成(cheng)。觀察注漿孔(kong)位置并轉動鋼管完(wan)(wan)成(cheng)對接(jie)，然后采用埋(mai)弧自動焊(han)(han)，雙面焊(han)(han)接(jie)成(cheng)型，焊(han)(han)接(jie)作業(ye)主要為平焊(han)(han)，既改善(shan)了(le)工作環境(jing)，又提高(gao)了(le)焊(han)(han)接(jie)質量和速度。

隧道內鋼(gang)管焊接施工采用焊條打底+CO2填充(chong)焊(han)，由于空間(jian)受(shou)限，為單面(mian)(mian)焊(han)接雙(shuang)面(mian)(mian)成(cheng)型，多(duo)數為立(li)焊(han)和仰焊(han)作(zuo)業，施工質量(liang)控制難度(du)大。

②質(zhi)量(liang)控制(zhi)

在焊接施工過程中(zhong)，從以下6個方面采(cai)取(qu)措施確保(bao)焊接質量。a．正式焊接(jie)作業前開展(zhan)生產性焊接(jie)試驗，進行焊接(jie)工(gong)(gong)藝評定，確定內襯鋼管焊接(jie)工(gong)(gong)藝和技術參數，并實行施焊許可制度。b．在(zai)始發井(jing)焊(han)接(jie)轉臺上方搭建活動雨(yu)篷，防止上方露(lu)水或雨(yu)水滴落影(ying)響焊(han)接(jie)質量。c．焊接(jie)過程中(zhong)不(bu)得(de)隨意(yi)引弧或電弧擦傷。d．預(yu)熱及后熱溫度應有明顯的(de)標(biao)識以便監理工程師檢查(cha)，預(yu)熱寬度焊縫兩側各大于3倍的板厚，且不小于100mm，貼角焊縫(feng)要預熱(re)。e．在焊(han)接區(qu)設置上風口擋板(ban)以保證(zheng)空氣流速滿足CO2保(bao)護(hu)焊(han)的要求。f．始發(fa)井轉臺的焊縫采用X射(she)線(RT)檢測，隧道(dao)內(nei)環向焊縫采用100%超(chao)聲波(UT)檢測。根據原焊(han)接方法及焊(han)接工(gong)藝對(dui)不合格的(de)焊(han)縫實施返(fan)修(xiu)處理，返(fan)修(xiu)后的(de)焊(han)縫應修(xiu)磨光順，按照原檢驗要求進行(xing)復(fu)驗，且返(fan)修(xiu)次(ci)數(shu)不得超過2次。

3.3自(zi)密(mi)實混凝(ning)土(tu)澆筑(zhu)

①自密實混凝土配合比的(de)優化

自(zi)(zi)密實混凝土有高流動(dong)(dong)性、不離(li)析、均(jun)勻性和穩定性等特點，澆筑時依靠(kao)其(qi)自(zi)(zi)重流動(dong)(dong)，無需振搗(dao)而達(da)到密實。該工程內襯鋼管(guan)與(yu)管(guan)片間的間隙(xi)小(xiao)，采(cai)用C20低強度自密實混(hun)凝(ning)土進行(xing)澆(jiao)(jiao)筑(zhu)，免除了常(chang)規混(hun)凝(ning)土澆(jiao)(jiao)筑(zhu)的振搗。

針(zhen)對自密實混凝土的特點，工程從以下5個方面優化其配(pei)合比，提(ti)高(gao)質量。a．降低水膠比，有(you)利(li)于混凝(ning)土的泵送施(shi)工。b．增加膠合材料的比例，提高混凝土的質量密(mi)度(du)。c．調整(zheng)石(shi)料級配，選用尺(chi)寸規格較低(di)的片狀(zhuang)瓜米石(shi)，以(yi)提高混凝(ning)土(tu)的和易(yi)性，確保其流動性、保水(shui)性和粘聚性。d．加(jia)大粉煤(mei)灰摻量，增強流(liu)動性(xing)。e．充分(fen)運用聚(ju)羧酸(suan)外加劑進行保(bao)坍。

②注漿(jiang)(jiang)孔(kong)和補充注漿(jiang)(jiang)孔(kong)的設置

內(nei)襯鋼(gang)管(guan)注(zhu)漿(jiang)孔和補充注(zhu)漿(jiang)孔布(bu)置見圖4。每24m鋼管，在時鐘3點(dian)和9點(腰部)位置共布置4個DN136注漿孔(2、5斷(duan)面)，在時鐘12點(頂部)位置布置3個DN136注(zhu)漿孔(2、3、5斷面(mian))和3個DN48的補充注漿孔(1、4、6斷面(mian))。補充注(zhu)漿(jiang)(jiang)孔用于檢(jian)查泵送混(hun)凝土密實度，同時兼作(zuo)排氣和補充注(zhu)漿(jiang)(jiang)。

③采用快(kuai)易收口網預制構件實(shi)行分倉

隧道內每安裝固定(ding)24m鋼(gang)管(guan)，在離管(guan)口200mm處(chu)的鋼管(guan)外(wai)壁焊接快易收口網預制構件進行(xing)隔離分倉，主要作用(yong)包括3個方面:一(yi)是(shi)確保鋼管(guan)(guan)安裝、混凝土(tu)泵送(song)兩個(ge)工作面互不影響(xiang)，提高施(shi)工效(xiao)率。二(er)是(shi)利用快易收口網(wang)的(de)(de)特殊結(jie)構免(mian)除了施(shi)工縫鑿毛，有助于泵送(song)混凝土(tu)施(shi)工的(de)(de)排氣。三是(shi)分倉避免(mian)鋼管(guan)(guan)管(guan)(guan)身各(ge)部(bu)位受浮力不均(jun)造成鋼管(guan)(guan)失(shi)穩，提高了隧道的(de)(de)安全性能。

④分層澆筑

利用DN136注漿孔進行自密實(shi)(shi)混凝土澆筑，由(you)于(yu)自密實(shi)(shi)混凝土澆筑產生(sheng)的(de)浮力較大(da)，對每個倉分3層進行澆筑(zhu)，分層注漿高度根據(ju)浮(fu)力(li)和自重平(ping)衡(heng)計算(suan)確定。前一層初凝(ning)后(約(yue)6～10h)再進行下一(yi)(yi)層注漿(jiang)，相鄰倉位(wei)的第(di)一(yi)(yi)層注漿(jiang)可與上一(yi)(yi)個(ge)分倉的第(di)二層注漿(jiang)同(tong)步進行。泵送混凝土(tu)過程中充分利用(yong)補充注漿(jiang)孔，必要時及時進行二次注漿(jiang)。

⑤控制措施

在自(zi)密度(du)混(hun)凝土澆筑過程中(zhong)，從5個方面(mian)采(cai)取措(cuo)施保障施工質(zhi)量。a．澆筑混凝土前，在(zai)補(bu)強板(ban)上抹油，防止補(bu)強板(ban)與混凝土粘(zhan)結。b．在(zai)混(hun)凝土(tu)泵(beng)送前，用高強度等級砂漿進行試泵(beng)，以濕潤(run)和密封管(guan)壁(bi)，減少管(guan)壁(bi)對(dui)混(hun)凝土(tu)拌合物(wu)的(de)阻力。c．泵(beng)送過程中，嚴格控(kong)制(zhi)泵(beng)送壓力，并加(jia)強(qiang)鋼管變(bian)位和抬動觀測，防止管壁失穩(wen)和變(bian)形(xing)。d．分層泵送(song)混凝土前，采用稍(shao)高于(yu)泵送(song)壓力(li)的水(其壓(ya)力(li)不高于鋼(gang)管抗外壓(ya)的安全壓(ya)力(li))擠開(kai)補強板與混凝土間(jian)的縫隙。e．為保(bao)證(zheng)混(hun)凝(ning)土的泵(beng)送(song)不(bu)影響(xiang)鋼管的安裝(zhuang)，泵(beng)送(song)混(hun)凝(ning)土的管節與(yu)對接、焊(han)接的管節至少間(jian)隔錯開兩倉即48m以上(shang)為(wei)宜。

4結語

廣州市(shi)西江引水工程(cheng)中(zhong)小塘立(li)交段(duan)采(cai)用盾構(gou)法，盾構(gou)隧(sui)道結(jie)構(gou)采(cai)用厚度為300mm的(de)預制鋼(gang)筋(jin)混凝土管片，在盾構內徑為(wei)5400mm的隧道二次(ci)襯砌DN4800的鋼管(guan)，鋼管(guan)承受(shou)內部水(shui)壓(ya)，盾(dun)構管(guan)片承受(shou)外(wai)壓(ya)，提(ti)高了(le)管(guan)道的安全可(ke)靠(kao)性。該工法施工技術難度(du)極(ji)大，在國內外(wai)可(ke)查(cha)閱資料中(zhong)(zhong)尚無先例(li)可(ke)循，在工程實踐中(zhong)(zhong)，成功攻克(ke)了(le)大口徑鋼管在隧道內的(de)運(yun)輸、對接、焊接和自(zi)密(mi)實混凝(ning)土澆筑(zhu)等技術難題，為(wei)今(jin)后(hou)其他(ta)同類工程積累(lei)了寶(bao)貴(gui)經驗。