1 概述
港珠澳大橋海底隧道由33 節(jié)沉管管節(jié)和一個(gè)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(dòng),，頂推小梁結(jié)構(gòu)向遠(yuǎn)離最終接頭本體的方向移動(dòng),，帶動(dòng)M 止水帶張拉，移動(dòng)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(shí)現(xiàn)管節(jié)內(nèi)外部的隔離,，最后對(duì)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?qǐng)D1,。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(chǎng),。鋼接頭焊接完成后,，形成了永久的封閉內(nèi)部，灌注高流動(dòng)性混凝土,，完成隧道的連接并實(shí)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(guó)內(nèi)外沒(méi)有可借鑒的經(jīng)驗(yàn),，存在如下難點(diǎn)：
（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(shí)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(wú)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(duì)接焊縫必須全熔透焊接,，100%通過(guò)UT/MT 探傷檢測(cè)。
（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(xiǎn)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(dòng)強(qiáng)度大且安全風(fēng)險(xiǎn)也高,。我們從以下幾個(gè)方面對(duì)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(chǎng)焊接的難度,。
（1）優(yōu)化鋼接頭連接鋼板的劃分，減少現(xiàn)場(chǎng)焊接長(zhǎng)度,，切實(shí)地降低現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)連接鋼板的搬運(yùn)量,，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度,，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。
（3）對(duì)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(guò)程中整個(gè)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(jì)中內(nèi)外圈面板分塊較多,，以鋼接頭頂墻某段區(qū)域?yàn)槔?，?.2 米的長(zhǎng)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(guò)T 肋現(xiàn)場(chǎng)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(guò)L肋現(xiàn)場(chǎng)連接；在隧道的長(zhǎng)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(jì)在2.2 米長(zhǎng)的范圍內(nèi)，焊縫長(zhǎng)度就達(dá)到了約25 米長(zhǎng),，整個(gè)鋼接頭的的焊縫長(zhǎng)度通過(guò)測(cè)算共計(jì)達(dá)4200 米,。
經(jīng)過(guò)初步評(píng)估，我們?cè)诒ＷC鋼結(jié)構(gòu)整個(gè)結(jié)構(gòu)受力性能不下降的前提下,，采取以下方法對(duì)鋼接頭連接鋼板的分塊進(jìn)行重新劃分,，以降低現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，同時(shí)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(guò)調(diào)整后，同樣以前述鋼接頭某段2.2 米長(zhǎng)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(guò)對(duì)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(duì)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(cè)算,，在2.2 米長(zhǎng)的范圍內(nèi)，其焊縫長(zhǎng)度約為12 米長(zhǎng)（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(zhǎng)度減少50%以上，整個(gè)項(xiàng)目的焊縫長(zhǎng)度減少到2000 米,。
圖2 鋼接頭連接鋼板分塊優(yōu)化前后對(duì)照?qǐng)D
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(lái)減少現(xiàn)場(chǎng)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(xiāo)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(guò)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(chǎng)的搬運(yùn)及安裝。
4 鋼接頭部分隔板改造
在對(duì)鋼接頭連接鋼板施焊前,，頂推小梁的臨時(shí)支撐管是要拆除的。拆除臨時(shí)支撐的同時(shí),，頂推小梁所受外力將會(huì)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(lái)的后果就是結(jié)合腔內(nèi)止水失效,，這對(duì)整個(gè)沉管隧道來(lái)說(shuō)，是災(zāi)難性的,。為了確保這一情況不會(huì)發(fā)生,，我們?cè)陧斖菩×轰摴懿鸪埃瑢?duì)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)于整圈鋼接頭來(lái)說(shuō),，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(shí)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(yǔ)
通過(guò)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(chǎng)焊接的工作量和施工難度,，提高現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)貫通鋪平道路。
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