PDF《超大型沉管安装精调系统方案研究与应用》

Research and application of precision system for installation of super large immersed tube FU Yuan-ping1 , LI Jia-lin2* , LIU Zhao-quan1 (1.

CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd., Tianjin 300461,China;

2. No.2 Engineering Co., Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd., Qingdao, Shandong 266071, China) Abstract:After installing the immersed tube into the bed for water force pressing, the immersed tube seal door is opened, and the deviation of the end of the immersed tube is obtained by measurement. If there is a deviation in the axis, it is necessary to use a reliable technical scheme to accurately correct the deviation. Based on the study of the data of the axis adjustment of relevant immersed tunnel at home and abroad, we expounded the precision method inside and outside the immersed tube joints, and compared the two technical schemes. Combined with the actual situation of immersed tube of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge, the precision technical programme inside the tube is selected and applied. Key words: installation of immersed tube;

precision system;

technical schemes;

comparison selection;

engineering application 摘要:沉管安装着床进行水力压接后,打开沉管封门,通过测量得出沉管尾端偏差,若轴线出现偏差,需要借助 一种可靠的技术方案进行精确纠偏.通过对国内外相关沉管隧道轴线调整资料的研究,阐述了沉管管节对接的管内 精调法和管外精调法,并对两种技术方案进行对比.结合港珠澳大桥沉管隧道的实际情况,选取应用了管内精调技 术方案. 关键词:沉管安装;

精调系统;

技术方案;

对比选型;

工程应用 中图分类号:U455.46;

U459.5 文献标志码:A 文章编号:2095-7874 (2019) 04-0022-05 doi: 10.7640/zggwjs201904005 超大型沉管安装精调系统方案研究与应用 付院平

1 ,李家林 2* ,刘兆权

1 (1. 中交第一航务工程局有限公司,天津 300461;

2. 中交一航局第二工程有限公司,山东 青岛 266071) 收稿日期:2018-11-29 修回日期:2019-01-09 基金项目:交通运输基础设施施工安全关键技术与装备研究 (2017YFC0805300) 作者简介:付院平 (1965 ― ) ,男,天津市人,高级工程师,副总工程 师,主要从事船机建造与技术管理工作. *通讯作者:李家林,E-mail:[email protected] 中国港湾建设 China Harbour Engineering 第39 卷第4期2019 年4月Vol.

39 No.4 Apr.

2019 0 引言 港珠澳大桥海底隧道为外海、深水、深埋式 沉管隧道,位于珠江口外伶仃海域,施工区域海 流情况复杂,隧道全长

5 990 m,其中预制沉管长 度5664 m,由33 个管节组成,包括

5 个曲线段 管节,标准管节长

180 m,宽37.95 m,高11.4 m, 重约

75 000 t,最大水深为

48 m.

1 工程背景 超大型沉管浮运并沉放到碎石基床后,在水 力压接作用下与已安装沉管对接,通过贯通测量 结果,若待安沉管轴线偏差超过设计要求时,需 要借助精确系统调节待安沉管轴线.

2 精调系统方案选型 通过对国内外相关沉管隧道轴线调节资料的 研究,主要有内调法和外调法两种方法.结合港 珠澳大桥岛隧工程沉管安装的实际情况,进一步 优化了内调法和外调法技术方案拟应用于本工程, 精调方案示意图见图 1.

2019 年第

4 期2.1 内调方案 内调法是通过在已安沉管和待安沉管对接端 上设置顶推和限位装置,在沉管轴线需要调位时, 通过管内顶推待安沉管对接端边墙,使得待安沉 管尾端实现纠偏的方法.在顶推装置操作过程中, 利用安装船对沉管提供向上的辅助吊力,可以减 小沉管在纠偏时对碎石基床的摩擦力,实现精确 调位. 结合国内外沉管隧道内调法的应用情况,港 珠澳大桥沉管隧道与采用先铺法施工的厄勒海峡 沉管隧道从尺寸、重量、基础施工等方面都有众 多相似之处,内调方案是在厄勒海峡沉管隧道精 确调位系统的基础上,结合多摩川沉管隧道的沉 管轴线纠偏系统进行优化,将顶推和限位装置布 置在已安沉管尾端和待安沉管首端的结合腔内, 通过顶推待安沉管对接端边墙,使得待安沉管尾 端实现纠偏,如图 2. 内调法操作流程为:

1 ) 沉管沉放、拉合、水力压接 沉管经安装船浮运到施工海域后,利用船上 的管节沉放系统将沉管沉放到已铺设的碎石基床 上,通过管顶的拉合系统将待安沉管拉合与已安 沉管对接,利用排水系统将两个管节之间结合腔 的海水排出,再利用沉管外部海水压力将待安沉 管端部的止水带压缩止水[1-5] .

2 ) 贯通测量 沉管水力压接完成并排水后,打开沉管钢封 门测量孔进行贯通测量,确认沉管安装是否满足 精度,如需要调整时,通过体内调整系统进行待 安沉管轴线调节,直到沉管轴线偏差满足要求[6-8] .

3 ) 内调纠偏 液压泵站和操作系统提前放在已安沉管内, 线路和垫块连接完成后,先将限位千斤顶施加预 顶力锁定限位;

顶推千斤顶施加预顶力,然后设 定顶推调节千斤顶行程.操作期间关闭沉管钢封 门,保持测量孔打开状态.安装船提升系统起吊 减小沉管对基床压力,确保沉管对基床压力不小 于400 t.顶推千斤顶开始加载进行纠偏,达到预 设行程后,顶推千斤顶停止顶推,卸载安装船提 升系统吊力.纠偏操作期间利用全站仪通过测量 孔观测沉管尾端纠偏情况.

4 ) 千斤顶卸载、完成纠偏 千斤顶卸载前,加压载水达到 5%负浮力后, 经计算沉管满足在流速 1.3 m/s 水流力和水压力作 用下纠偏复位稳定性要求.为确保安全,锁定回 填后再同步、分级卸载限位千斤顶和顶推千斤顶 顶力,同时观测沉管尾端稳定情况,沉管锁定回 填后,拆除内调系统.

5 ) 尾端偏差调节量的确定 沉管尾端偏差调节量考虑了以下累加量: 淤钢端壳的偏差为依5 mm,考虑钢端壳引起 尾端偏差为

25 mm. 于考虑已安沉管尾端轴线偏差为

50 mm,待 安沉管和已安沉管端面间均匀压缩,此时待安沉 管尾端偏差为

100 mm. 最不利状态为已安沉管尾端偏差为

50 mm, 待安沉管和已安沉管 GINA 均匀压缩,导致待安 沉管出现

100 mm 偏差;

再考虑钢端壳可能引起 尾端偏差

25 mm (钢端壳依5 mm) ;

沉管尾端累积 图1内调方案示意图 Fig.

1 Sketch of the internal adjustment scheme 碎石基床 顶推装置 隧道轴线 已安沉管 待安沉管 限位装置 碎石基床 隧道轴线 沉管轴线 偏差超限 图2内调整系统断面图 Fig.

2 Cross-section of the internal adjustment system 精确主要设备 已安管节 付院平,等:超大型沉管安装精调系统方案研究与应用

23 ・ ・ 中国港湾建设

2019 年第

4 期图4外部精调方案优化图 Fig.

4 Optimization chart of external precision scheme 偏差为

125 mm. 盂两管节纠偏到位操作步骤. 若沉管尾部偏差

125 mm,一次纠偏到位时对 GINA 会产生较大的不均匀压缩,故考虑按

2 节沉 管纠偏到位的思路,纠偏待安沉管尾部

85 mm 即 可满足设计要求.选取

85 mm 进行计算千斤顶推 力配置.

6 ) 受力分析总体思路 在计算过程中,选取 A 端压缩限位,B 端为 推力千斤顶.按照待安沉管为对象,选取

38 m 水深,纠偏量

85 mm 为例进行千斤顶推力配置计 算,如图 3. 图3沉管安装平面示意图 Fig.

3 Plane diagram of immersed tube installation 淤 沉管水力压接完成以后,最不利状态下 GINA 均匀压缩. 于安装压缩限位千斤顶和顶推千斤顶后,顶 推沉管克服摩擦力处于水平移动临界状态. 盂 增加 B 端千斤顶推力,摩擦力方向开始改 变,在推力作用下沉管 A 端GINA 张开

2 mm,B 端GINA 张开 3.3 mm.由于 A、B 两侧 GINA 为非 均匀张开,沉管纠偏旋转中心移动变化,限位千 斤顶不跟进. 榆B端千斤顶推力继续增加,A 端GINA 被 压缩,直至限位千斤顶推力开始增加.沉管相对 张开至 17.26 mm,纠偏沉管尾端偏差为

85 mm 的 状态. 虞向沉管内加压载水至 5%负浮力后,A 端和 B 端千斤顶若在锁定回填前同步卸载,GINA 将被 二次均匀压缩 4.1 mm.如锁定回填后卸载,GINA 不再压缩. 所涉及的受力取值按照有关规范和文献进行 了人工解析,计算结果见表 1. 为校核人工解析计算结果,采用了

3 套软件 进行数模计算,经计算水深

38 m 时,纠偏沉管尾 端偏差

85 mm. 2.2 外调法技术方案 外调法主要是考虑水深大、沉管长宽比大时, 明显增大内调千斤顶推力配置.先铺法同样明显 增大千斤顶配置,对采用安装船辅助提供向上吊 力以减小沉管对基床摩擦力的案例,收集到的只 有釜山―巨济沉管隧道和厄勒海峡沉管隧道,对 波高要求臆0.4 m;

而厄勒海峡沉管隧道施工中, 施工现场四周有掩护,海况较好;

这两个工程实 际作业波高明显小于港珠澳大桥沉管隧道的作业 波高 0.8 m .根据物模试验,受浪流影响下吊力 变化幅度很大,对安装控制困难较大[3] .为此,港 珠澳沉管安装采用一套不受波浪影响的沉管轴线 纠偏技术,优化了沉管底端精调系统的外调法. 2.2.1 设计方案优化 在开发底端精调系统过程中,通过深入研究, 经历了

4 套方案优化,分别为叉车式底端精调系 统、千斤顶式底端精调系统 ( 一)、千斤顶式底端 精调系统 ( 二)、锲体式底端精调系统,外部精调 方案优化见图 4. 表1内部精调计算数据表 Table l Internal precision calculation data table 项目要素 水深/m

38 46 竖向吊力/t

800 800 沉管尾端调节量/mm

85 85 沉管负浮力/t

1 200

1 200 需要千斤顶推力/t

2 759

3 708 限位千斤顶推力/t

300 636 GINA 止水带 A B GA GB 管节轴线

180 水压锲体式底端精调系统 优化 千斤顶式底端精调系统

(二) 优化 千斤顶式底端精调系统

(一) 优化 叉车式底端精调系统

24 窑窑2019 年第

4 期表2精调系统方案对比 Table

2 Comparison of precision system schemes 对比项目 内调法 外调法 应用案例 厄勒海峡沉管隧道 新开发工艺 对基床的要求 无要求 沉管尾端基床进行整平 设备安装位置 已安沉管与待安沉管结合腔内 待安沉管尾部底端 操作地点 已安沉管内部 方驳甲板上 设备安装 每节沉管需精调时安装 贯通测量需纠偏时水下就位 对沉管刚度要求 沉管横向和竖向刚度要求高 对沉管竖向刚度要求高 沉管是否需要预埋 预埋固定件 不需要 是否需沉放驳提供吊力 需要,操作受波浪和潮位影响大,通过波浪补偿器可减少影响 不需要........