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西江引水工程在穿越(yue)小塘立交(大型立交(jiao))時采(cai)用了盾(dun)構法施(shi)工(gong)，盾(dun)構隧道結構采(cai)用厚度為(wei)300mm的(de)預制鋼(gang)筋混凝土管片，隧道內徑(jing)為(wei)5400mm。為了確(que)保供水安全，盾構隧道內襯DN4800的(de)大(da)口徑鋼管。重點介(jie)紹了盾(dun)構內(nei)襯大(da)口徑鋼管施(shi)工(gong)的(de)工(gong)藝流程和(he)技術要點，在工(gong)程實踐中成功攻克了大(da)口徑鋼管在隧(sui)道內(nei)的(de)運(yun)輸、對接、焊接和(he)自密實混凝(ning)土澆(jiao)筑等(deng)技術難題，可為其他同類工(gong)程提(ti)供參考。

1工(gong)程概(gai)況

近年來，盾(dun)構(gou)法施工技術在長距離輸(shu)水管線中得(de)到了(le)快速發展(zhan)，埃及(ji)穿越蘇(su)伊士運河輸(shu)水隧洞(dong)工程(cheng)、南水北調、上(shang)海青草沙原水工程(cheng)等都采用了(le)盾(dun)構(gou)技術。

國內外(wai)的(de)工程(cheng)實(shi)(shi)踐表明，盾構隧道作為輸水管道的(de)一種基本形式(shi)是切實(shi)(shi)可行的(de)。廣州市西(xi)江引(yin)水工程(cheng)小塘立交段需要(yao)穿(chuan)越廣茂鐵路(lu)、G321國道、廣三(san)高(gao)(gao)速公路和西二環高(gao)(gao)速公路等重要障(zhang)礙物，在如此復雜的(de)施工環境中采用(yong)(yong)明挖敷設的(de)施工技(ji)(ji)術是(shi)非常困(kun)難的(de)。經(jing)技(ji)(ji)術、經(jing)濟和供水安(an)全性等因素綜(zong)合分析，確定采用(yong)(yong)盾(dun)構(gou)工法建成單線(xian)的(de)盾(dun)構(gou)隧道，線(xian)路長(chang)約(yue)2355m。

盾(dun)構隧道結(jie)構采用預制鋼筋(jin)混凝土(tu)管片，外徑為6000mm，內徑為(wei)5400mm，管(guan)片(pian)厚(hou)度為300mm。為了(le)確保供水安全，盾構工程采用雙層(ceng)襯砌方案，即在管片(pian)隧道(dao)內襯砌DN4800的鋼管，壁厚為20mm，材質為Q235C，每延米質量(liang)為2．38t。為(wei)使(shi)通水后內襯鋼管(guan)承(cheng)(cheng)受內水壓與管(guan)片承(cheng)(cheng)受外水壓相互(hu)分(fen)開，在隧道上(shang)部240°范圍(wei)內鋪設聚乙烯泡沫(mo)板及(ji)沿(yan)隧道方(fang)向均布5根與隧道同長的DN50排水花(hua)管(guan)。內襯(chen)鋼管(guan)與管(guan)片(pian)之間回(hui)填C20自密實混凝土(tu)，回(hui)填(tian)采(cai)用鋼管開(kai)孔灌注(zhu)的方法進(jin)行。

2盾(dun)構(gou)隧道內襯鋼管施工流程

為了確保按時完工，該(gai)盾構工程(cheng)自廣三高速公路南側(ce)的盾構始發井分別向接(jie)收(shou)井1和接收井2掘進，形成西線隧道和東線隧道，東線、西線的(de)內(nei)襯鋼管(guan)作業(ye)分別同時進行。管(guan)道運輸(shu)方(fang)向(xiang)為始(shi)發(fa)井至兩個(ge)接(jie)(jie)收井，鋼管(guan)內(nei)襯的(de)安裝方(fang)向(xiang)則(ze)從兩個(ge)盾構接(jie)(jie)收井退向(xiang)始(shi)發(fa)井，最后在盾構始(shi)發(fa)井完成鋼管(guan)的(de)合龍。

為減少隧(sui)道(dao)內(nei)焊接工作(zuo)量(liang)，在盾構始發井設置(zhi)焊接轉(zhuan)臺，采用埋弧自動焊將兩節(jie)6m鋼(gang)管焊接成一根12m長的(de)(de)鋼管(guan)段。采用自行(xing)研(yan)制的(de)(de)運輸臺車在(zai)隧(sui)道(dao)內實(shi)施鋼管(guan)的(de)(de)運輸和對(dui)接，在(zai)隧(sui)道(dao)內完(wan)成鋼管(guan)內環縫(feng)焊(han)接后(hou)，對(dui)已固(gu)定的(de)(de)鋼管(guan)每隔24m安裝(zhuang)快易收口網預制構件進行分(fen)(fen)倉，對每一(yi)分(fen)(fen)倉進行自(zi)密(mi)實混凝土(tu)分(fen)(fen)層澆筑(zhu)，然(ran)后進行鋼管內防腐修復，東、西線隧道內襯(chen)鋼管在始發井合龍后進行管道試壓。

3內襯鋼管施工技(ji)術(shu)要(yao)點

3.1鋼管運輸與(yu)對接技術

①鋼管排版設計與(yu)制(zhi)作

由于(yu)受地面建(jian)(構(gou))筑物的限制(zhi)，盾構隧道線(xian)路由圓曲線(xian)與(yu)直線(xian)段交替的線(xian)形(xing)組(zu)成，共有5段圓曲(qu)線(xian)，曲(qu)線(xian)長度占隧(sui)道總長度的比例超過50%，其中最小(xiao)半徑為300m。在盾構(gou)隧(sui)道分部工程完(wan)成后，進(jin)行隧(sui)道貫通(tong)測(ce)(ce)量和(he)(he)斷面測(ce)(ce)量，根據測(ce)(ce)量數(shu)據進(jin)行內襯(chen)鋼管排版設計(ji)，將每(mei)節鋼管設計(ji)成一端(duan)(duan)直口和(he)(he)一端(duan)(duan)為斜口的(de)形式(shi)，沿著圓(yuan)弧的(de)割(ge)線布設，并(bing)編號標識(shi)。其(qi)中，在始發(fa)井焊接轉臺以“直口對直口”的(de)形式(shi)對接，在隧(sui)道內以“斜口對斜口”的(de)形式(shi)對接。此外(wai)，在每(mei)節鋼管兩端(duan)(duan)管口縮進(jin)250mm處設(she)置“內法蘭+傘形槽鋼”形式(shi)的內(nei)支撐，以有效控制(zhi)變形量。鋼管(guan)(guan)制(zhi)作、編號和內(nei)支撐安裝均在鋼管(guan)(guan)制(zhi)造廠(chang)內(nei)完成。

②施(shi)工難(nan)點

在盾構始(shi)發井焊接(jie)轉臺(tai)將兩節DN4800鋼(gang)管焊接成一根12m鋼(gang)管，質量約28．56t。在隧道(dao)中(zhong)心(xin)軸線與鋼管中(zhong)心(xin)軸線完(wan)全重合的(de)理想情況下，鋼管與管片(pian)的(de)間(jian)隙僅為280mm，在(zai)盾構曲線段的間(jian)隙還(huan)要小(xiao)。在(zai)如此狹小(xiao)的空間(jian)內完成大(da)型(xing)鋼管運輸和安裝的難度(du)極大(da)，在(zai)國內外的工程實踐(jian)中并(bing)無先(xian)例可(ke)供借鑒。

③解決方案

為解決隧道內(nei)鋼管運輸和(he)對(dui)接技術難(nan)題，采用(yong)“電瓶車+軌道+臺車”運輸(shu)方案。

隧道(dao)(dao)內軌道(dao)(dao)選用22kg輕軌(gui)，采(cai)用斜三角塊的軌(gui)枕在管片上施作(zuo)膨脹螺栓并焊接(jie)固定(ding)，軌(gui)道中心距(ju)為950mm，軌(gui)枕按1500mm間距(ju)鋪設，每間隔6000mm采用8#槽鋼進行水(shui)平固定，在軌道底澆筑混凝(ning)土(tu)(tu)平面，控制混凝(ning)土(tu)(tu)面與管片(pian)內壁最低(di)點距離為120mm。臺車在鋼(gang)管(guan)內的行走(zou)軌道為11m長的(de)整體式“活動軌(gui)道”，由(you)輕(qing)軌(gui)、槽鋼和枕木預制而成。自(zi)行設(she)計研制的(de)運(yun)輸臺(tai)車見圖(tu)3，采用(yong)踏(ta)步式的方法跨(kua)入(ru)或跨(kua)出鋼(gang)管。臺(tai)車(che)動力采用(yong)盾構(gou)施(shi)工時同(tong)型號的電瓶車(che)，電瓶車(che)通過連桿與臺(tai)車(che)固定(ding)連接(jie)，推動臺(tai)車(che)馱運鋼(gang)管前行。參照火車(che)輪內(nei)側車(che)輪轂(gu)的形式定(ding)制加(jia)工臺(tai)車(che)車(che)輪組，保證在(zai)軌(gui)道上滑行方便，方向可控不脫軌(gui)。臺(tai)車(che)共有3組支撐(cheng)臂，每一(yi)(yi)(yi)個支撐(cheng)臂都配(pei)有(you)一(yi)(yi)(yi)套獨立的液壓裝置(zhi)，用(yong)以調(diao)整(zheng)各自高度，靈(ling)活地(di)實(shi)現(xian)爬管踏步動(dong)作。在臺車中部(bu)安(an)裝帶(dai)液壓油(you)缸和(he)轉臺輪組裝置(zhi)的龍門(men)支撐(cheng)架，一(yi)(yi)(yi)方面可(ke)頂升(sheng)、支承鋼(gang)管，并通(tong)過(guo)調(diao)整(zheng)兩組液壓油(you)缸的高度實(shi)現(xian)鋼(gang)管安(an)裝時(shi)裝配(pei)間隙的調(diao)節，另(ling)一(yi)(yi)(yi)方面可(ke)對鋼(gang)管進行旋(xuan)轉微(wei)調(diao)，調(diao)整(zheng)對接點(dian)位(wei)置(zhi)和(he)焊縫位(wei)置(zhi)。臺車兩端(duan)焊接有(you)槽鋼(gang)架，用(yong)于懸掛(gua)手(shou)拉葫蘆(lu)和(he)活動(dong)軌道。

④運輸和對(dui)接流程

a．通過龍門吊(diao)將始發(fa)井內12m長的(de)鋼(gang)管放置在隧道口軌(gui)道上，讓臺(tai)車(che)前(qian)端(duan)接近(jin)鋼(gang)管，利用手拉葫蘆將“活動軌(gui)道”放置于鋼(gang)管內。

b．提(ti)升臂一，使(shi)(shi)其(qi)慢(man)慢(man)爬入鋼管內的“活動軌道”并(bing)落(luo)穩。提(ti)升臂二(er)并(bing)前行，使(shi)(shi)其(qi)爬入“活動軌道”內，完(wan)成向上跨(kua)步動作。

c．提(ti)升(sheng)臂(bei)一，電(dian)瓶(ping)車推動臺車，臂(bei)二在鋼(gang)管(guan)內活動軌(gui)道(dao)上往(wang)前移(yi)動。當臂(bei)一離開鋼(gang)管(guan)前端而臂(bei)二尚未(wei)跨出(chu)鋼(gang)管(guan)時，臂(bei)一先降至軌(gui)道(dao)上，臂(bei)二抬起，臺車往(wang)前移(yi)動，完成向下踏步動作。

d．當鋼(gang)管處于(yu)臺(tai)車(che)中間位置(zhi)時，臺(tai)車(che)停止(zhi)前行。提升臺(tai)車(che)上的(de)龍門(men)支撐(cheng)架承托(tuo)起整(zheng)條內襯鋼(gang)管，通過輪組裝置(zhi)對(dui)管身進行微調，盡可(ke)能使鋼(gang)管與隧(sui)道的(de)上、下(xia)間隙均等，臺(tai)車(che)和鋼(gang)管在電瓶車(che)推動(dong)下(xia)沿(yan)軌(gui)道前行，實現在隧(sui)道內的(de)運(yun)輸。

e．運輸到(dao)達目的(de)地后進(jin)行(xing)鋼(gang)管(guan)對接。利用(yong)手拉葫(hu)蘆將(jiang)整體(ti)式(shi)活(huo)動軌(gui)道移入前(qian)一段已(yi)安裝(zhuang)固(gu)定(ding)的(de)鋼(gang)管(guan)內，完成臂一和臂二的(de)跨(kua)步動作后，先將(jiang)待固(gu)定(ding)鋼(gang)管(guan)節底部(bu)的(de)軌(gui)道進(jin)行(xing)回收，然后通過龍門支撐架的(de)轉臺(tai)輪組裝(zhuang)置(zhi)調節好(hao)在各個(ge)方向上(shang)的(de)裝(zhuang)配間(jian)隙(xi)，并用(yong)鋼(gang)質(zhi)楔塊將(jiang)鋼(gang)管(guan)焊接固(gu)定(ding)，完成鋼(gang)管(guan)的(de)對接。

f．放下龍門支撐架，收起“活動(dong)(dong)軌道(dao)”，采用后踏步動(dong)(dong)作(zuo)退出鋼(gang)管，由(you)電瓶車牽引回始發井進行下一段鋼(gang)管的運輸。

3.2管(guan)道(dao)焊接

①焊接施(shi)工

鋼管焊(han)接(jie)(jie)施工主(zhu)要分(fen)為始發井轉臺(tai)上焊(han)接(jie)(jie)和隧(sui)道(dao)內焊(han)接(jie)(jie)。為減(jian)少隧(sui)道(dao)內焊(han)接(jie)(jie)工作量，在始發井轉臺(tai)將兩節鋼管以“直口對直口”形式焊接，將內襯鋼管焊縫總量的50%改(gai)為在(zai)隧洞外完成(cheng)(cheng)。觀(guan)察注(zhu)漿孔位(wei)置并轉(zhuan)動鋼管(guan)完成(cheng)(cheng)對接(jie)，然后采用埋弧自動焊(han)(han)，雙面(mian)焊(han)(han)接(jie)成(cheng)(cheng)型(xing)，焊(han)(han)接(jie)作(zuo)業主要為平(ping)焊(han)(han)，既改(gai)善了工作(zuo)環境，又提高了焊(han)(han)接(jie)質量和速度。

隧道內鋼(gang)管焊(han)(han)接施工采用焊(han)(han)條打底(di)+CO2填充(chong)焊(han)，由(you)于空間受(shou)限，為(wei)單(dan)面焊(han)接雙面成型，多數為(wei)立焊(han)和仰焊(han)作業，施工質量控制(zhi)難度大。

②質量控制

在焊(han)接施工過(guo)程中，從以下(xia)6個(ge)方面采取措施確(que)保焊接質量(liang)。a．正式焊(han)接(jie)作業前開(kai)展生產性焊(han)接(jie)試驗(yan)，進(jin)行焊(han)接(jie)工藝評定(ding)，確定(ding)內襯(chen)鋼管(guan)焊(han)接(jie)工藝和(he)技術參數，并(bing)實行施焊(han)許可制度。b．在始發井焊接轉臺(tai)上方(fang)搭建活(huo)動(dong)雨篷，防止上方(fang)露水或雨水滴落影(ying)響焊接質量。c．焊接過程(cheng)中不得隨意引(yin)弧或(huo)電弧擦傷。d．預(yu)熱(re)及后(hou)熱(re)溫度應有明顯的標識以便監理工程師檢(jian)查(cha)，預(yu)熱(re)寬度焊縫兩側(ce)各大于3倍的板厚，且(qie)不小于100mm，貼角焊縫要預熱(re)。e．在焊接區設置上(shang)風口擋板以保證(zheng)空氣流速(su)滿足CO2保護焊的要求。f．始發井轉臺的焊縫采用(yong)X射線(xian)(RT)檢測，隧道內環向焊縫采用100%超聲波(UT)檢測。根據原焊(han)接(jie)方法及焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)對不合格的(de)焊(han)縫實施返修處(chu)理，返修后的(de)焊(han)縫應修磨光順，按照原檢驗要(yao)求(qiu)進行(xing)復驗，且返修次數不得超過2次。

3.3自密(mi)實混凝土澆筑

①自密實(shi)混凝土配(pei)合比的優(you)化

自(zi)(zi)密實(shi)混凝土有高(gao)流動性(xing)、不(bu)離(li)析、均勻性(xing)和(he)穩定性(xing)等特點(dian)，澆筑時依靠其自(zi)(zi)重流動，無需振搗(dao)而達到密實(shi)。該(gai)工程內(nei)襯(chen)鋼(gang)管(guan)與管(guan)片間的間隙小，采用(yong)C20低強度自(zi)密實混凝土進行(xing)澆筑(zhu)，免除了常規混凝土澆筑(zhu)的振搗。

針對自密實混凝土的特點，工程(cheng)從以下(xia)5個方面優化其配合比，提高質量。a．降低水膠(jiao)比，有利于(yu)混凝土(tu)的泵送施(shi)工(gong)。b．增加膠合材料(liao)的比例，提高(gao)混凝(ning)土的質(zhi)量密度。c．調整(zheng)石料級配，選用尺(chi)寸規格較低的片狀瓜米石，以提高(gao)混凝(ning)土(tu)的和易性，確保(bao)其流動性、保(bao)水性和粘聚性。d．加(jia)大粉煤(mei)灰摻(chan)量，增(zeng)強流動性。e．充分(fen)運用(yong)聚羧酸(suan)外(wai)加劑(ji)進行保坍。

②注漿孔(kong)和補充(chong)注漿孔(kong)的(de)設置

內襯鋼管注漿孔(kong)和補充(chong)注漿孔(kong)布置(zhi)見(jian)圖4。每24m鋼管(guan)，在時(shi)鐘(zhong)3點和9點(dian)(腰部)位置共(gong)布置4個DN136注(zhu)漿孔(2、5斷面)，在時鐘(zhong)12點(dian)(頂部)位置布置3個(ge)DN136注漿(jiang)孔(2、3、5斷面(mian))和3個DN48的(de)補充(chong)注漿孔(1、4、6斷面(mian))。補充注漿孔(kong)用于檢查(cha)泵送混凝土密實度，同時兼作排(pai)氣(qi)和補充注漿。

③采用快易收口網預制構(gou)件實行分倉

隧(sui)道(dao)內每安裝(zhuang)固(gu)定(ding)24m鋼管，在離管口200mm處的鋼管外壁焊接快易收口網預(yu)制構(gou)件進行隔離(li)分倉，主要作用包括(kuo)3個方面:一是確保鋼管(guan)安裝、混凝土(tu)泵送(song)兩個工作面互(hu)不影響，提高施(shi)(shi)工效(xiao)率。二是利用(yong)快易收口網的(de)特殊結構免除(chu)了施(shi)(shi)工縫鑿毛，有助于泵送(song)混凝土(tu)施(shi)(shi)工的(de)排氣。三是分(fen)倉(cang)避免鋼管(guan)管(guan)身各部位受浮(fu)力不均造成(cheng)鋼管(guan)失穩，提高了隧道的(de)安全性能。

④分層澆筑(zhu)

利用DN136注漿(jiang)孔進行自(zi)密實混(hun)凝土澆(jiao)筑，由于自(zi)密實混(hun)凝土澆(jiao)筑產(chan)生的浮(fu)力較(jiao)大(da)，對每(mei)個倉分3層進行澆筑，分(fen)層注漿(jiang)高度根(gen)據浮力和自(zi)重平衡(heng)計算確定(ding)。前一層初(chu)凝后(約(yue)6～10h)再進(jin)行下一(yi)層(ceng)注漿(jiang)，相(xiang)鄰(lin)倉位的第(di)一(yi)層(ceng)注漿(jiang)可(ke)與上一(yi)個分倉的第(di)二層(ceng)注漿(jiang)同(tong)步進(jin)行。泵送混凝(ning)土過程中充分利用補充注漿(jiang)孔，必要時及時進(jin)行二次注漿(jiang)。

⑤控制(zhi)措施

在自密(mi)度(du)混凝土澆筑(zhu)過程中，從(cong)5個方面采取措施(shi)保障施(shi)工質量。a．澆筑混凝土(tu)前，在(zai)補強板(ban)上抹油，防止補強板(ban)與混凝土(tu)粘結。b．在混(hun)凝土(tu)泵送前，用高強度等級砂漿(jiang)進行(xing)試(shi)泵，以濕潤和密封管壁，減少管壁對混(hun)凝土(tu)拌合(he)物的阻力。c．泵送過程(cheng)中，嚴(yan)格控制泵送壓力，并加強鋼管(guan)變(bian)(bian)位和(he)抬動觀測，防止(zhi)管(guan)壁(bi)失(shi)穩和(he)變(bian)(bian)形。d．分層(ceng)泵(beng)(beng)送混凝土(tu)前，采用稍(shao)高于泵(beng)(beng)送壓力的水(其壓(ya)力(li)不高于鋼管抗外壓(ya)的安全壓(ya)力(li))擠(ji)開補強板與混凝(ning)土間(jian)的縫隙。e．為保證混凝土的(de)泵送不影響(xiang)鋼管的(de)安裝，泵送混凝土的(de)管節與對接、焊接的(de)管節至少間隔錯開(kai)兩倉即48m以(yi)上(shang)為宜。

4結語

廣州市西(xi)江(jiang)引水工程(cheng)中(zhong)小塘(tang)立交(jiao)段采用盾構法，盾構隧(sui)道結(jie)構采用厚度為300mm的預制鋼(gang)筋混凝土管片，在(zai)盾構(gou)內(nei)徑為5400mm的隧(sui)道二次襯砌DN4800的鋼(gang)管(guan)，鋼(gang)管(guan)承(cheng)受內部水(shui)壓(ya)，盾構管(guan)片承(cheng)受外壓(ya)，提高了管(guan)道的安全(quan)可靠(kao)性。該工法施工技術難度極大，在國內外可查閱資料(liao)中尚無先(xian)例可循(xun)，在工程實踐中，成(cheng)功攻克了大口徑鋼管(guan)在隧道(dao)內的運輸、對接、焊接和自密實(shi)混凝土澆(jiao)筑(zhu)等技(ji)術難題，為今后其他同類工程(cheng)積累了寶貴經驗。