0 引言

　　香港沙中线南北线沉管隧道E11-ME4终端接头位于铜锣湾避风塘内，终端接头连接沉管隧道第11节管节及原有已建造隧道(ME4)部分。终端接头长度约3.6m，其中ME4部分已于2014年6月完成，因采用填海回填施工预留了部分地下连续墙，最深施工位置位于水下21m，给终端接头施工带来了一定困难，如图1所示。此终端接头不同于典型终端接头的施工方法，应用了特别的结构形式及施工方案，最终得到了理想的结果。

　　1 工艺特点

　　1)适用于复杂环境，效率高充分利用预制件及管节预埋件，适用于难以使用典型终端接头方案的或者条件限制较多的工作环境。

　　

　　图1 终端接头位置  

　　 

　　2)止水效果好在终端接头复杂水底环境情况下，分别采用底部止水、墙身止水及顶部止水进行止水施工，达到了良好的止水效果，形成了干爽的工作环境。

　　3)安全性高，对周围环境影响小。

　　2 工艺原理

　　此非典型终端接头合龙主要通过管节沉放前准备，沉放后水下止水，最后在干地环境中完成终端接头永久性混凝土结构建造。管节沉放前，派遣潜水员在水下切割连续墙、放置隔料布、并且放置海砖，为管节沉放及后续终端接头建造圈定施工范围，做好准备工作。止水时，综合运用双层钢模板、水下现浇混凝土以及大型预制穹顶三位一体完成止水施工。止水完成后，在干地环境下，安装支撑架分层完成永久性结构。

　　3 施工工艺流程及操作要点

　　施工工艺流程如图2所示。

　　

　　图2 施工工艺流程  

　　 

　　施工主要分为3个阶段:沉放施工、接头止水以及永久接头结构施工。整体的施工布置截面如图3所示，通过底部止水、墙身止水及顶部止水三位一体达到E11管节及ME4隧道之间空隙“终端接头”的止水效果。同时通过穹顶预制件上的物料孔及人孔保证物料运输及人员出入以便建造永久性接头结构，连接两端隧道。

　　

　　图3 终端接头施工布置  

　　 

　　3.1 沉放施工

　　沉放施工阶段涵盖了直至E11管节沉放之前的一系列准备工作。包括建造海上工作平台、切割水下连续墙以及管节沉放及前期准备措施。

　　3.1.1 ME4海上工作平台

　　因终端接头位于海中，不与陆地连接，所以建造此平台作为海上施工平台。此施工平台是在已建ME4隧道端口上预留的“Y”形插头上安装的，如图4所示。ME4临时平台长21.15m，宽10m，高8.3m。

　　整个平台结构在岸上预制完成，并吊运至海上指定位置进行安装。摆放至指定位置后，浇筑混凝土进行固定，如图5所示。

　　

　　图4 ME4位置整体截面布置   

　　 

　　

　　图5 吊运工作台及混凝土浇筑固定  

　　 

　　3.1.2 切割水下连续墙

　　E11管节的预设沉放位置与对接隧道之间，因原有填海工程遗留有地下连续墙，需在此连接处清理出足够的工作空间后再进行终端接头的施工(见图6)。地下连续墙约1.2m厚，为保证终端接头顺利施工，需对-5.000m以下至-16.000m部分进行准确切割。

　　

　　图6 地下连续墙平面布置  

　　 

　　地下连续墙切割采用金刚石绳锯切割移除ME4隧道与现有地下连续墙之间约1.6m的填砂及连续墙外的海泥及其他填充物，如图7所示。

　　3.1.3 管节沉放及前期准备措施

　　在管节沉放前，另有数项水下准备措施需要潜水员进行安装。主要是为管节沉放后终端接头止水工作作准备，包括以下方面。

　　1)在水下预设E11管节底部位置铺设土工织物，包围后续潜在的水下浇筑混凝土的区域。

　　2)放置已预制混凝土2m×2m海砖至被切割的水下连续墙与E11管节之间的空隙，作为后续浇筑止水混凝土时钢模板的支撑。

　　

　　图7 地下连续墙切割钻孔平面布置 

　　 

　　3)最后在预设管节E11沉放位置底部预埋设灌浆喉管，用灌浆填充混凝土内的空隙。

　　准备工作完成后准备沉放管节，E11管节使用浮趸吊沉法进行沉放施工。管节沉放后，终端接头施工的前序所有准备工作已经完成，开始对终端接头进行水下止水施工。

　　3.2 接头止水

　　接头止水主要施工方法为:在底部、侧面、顶部分别进行止水。(1)底部止水采用底部现浇水下混凝土;(2)侧面止水侧模板预装迷你止水带，侧模板外部墙身浇水下混凝土;(3)顶部止水穹顶预制件预装迷你止水带;(4)终端形成较干爽的密闭空间工作环境，完成终端接头永久钢筋混凝土结构。

　　3.2.1 底部止水施工

　　终端接头位于已建的ME4隧道与E11之间的未连接位置。由于结构原因，不能够在连接前将地下连续墙完全切割完毕，因此形成一个跨墙式的终端接头。且因为地下连续墙外侧凹凸不平以及海中泥砂的沉降，使得底部止水不能完全依靠混凝土自身防水进行底部止水或采用底部铁板进行止水，须采用其他方法进行有效的止水工作，如图8所示。

　　

　　图8 底部止水设计  

　　 

　　根据上方止水方案，于管节沉放前在水下布置土工织物防止混凝土浆散逸，同时预留管节喉管配合作业。终端接头采用水下导管浇筑法进行混凝土浇筑以达到底部止水的目的。即利用混凝土在自重下的流动性能，在水面工作台通过导管进行混凝土浇筑。

　　因为现场条件限制，采用Y形导管系统。混凝土漏斗放置在临时工作台上，漏斗和竖直导管由Y形导管相连。该Y形导管直径为250mm，固定于临时工作台，不可移动，Y形节点位于水平面以上。竖直导管直径为300mm，为可以移动构件，用于混凝土浇筑过程中导管升降。在与Y形管相交处，局部切割用于交接。同时安装设有观察孔的三面防水板，焊接后与竖直导管形成整体。混凝土初始浇筑前，在导管内海平面高度处放置聚酯泡沫层，该泡沫层在混凝土重力作用下向下移动，同时和导管内壁紧密相接，防止混凝土和海水混合。终端达到浇筑上图中楔形水下混凝土底板，与现有水下连续墙、已建ME4钢筋混凝土基础相结合共同达到底部止水效果。同时，为了保证浇筑的混凝土与现有水下连续墙的有效连接，不因出现整体滑移而失效，设置直径20mm、间距1.5m的后钻钢筋，保证抗滑移连接。

　　除上述步骤之外，在管节预制与沉放前亦需进行以下施工。

　　1)在E11预制时，在管节内设灌浆管，并在浇筑侧面防水混凝土之前，对E11管节底部进行注浆。

　　2)在疏浚后，E11沉放前，派遣潜水员在E11底部设置1m×1m×1m混凝土砖。

　　3)铺设土工织物隔离物料。

　　4)在地下连续墙与E11之间铺设铁网。

　　5)在地下连续墙与E11之间预埋U形灌浆管。

　　6)在-18.500m位置墙身预钻并埋设连接杆。

　　3.2.2 侧墙身止水施工

　　完成底部防水后，需进行侧面防水。侧墙身防水主要是在每侧设置内外两件防水模板，内外模板之间通过填充防水混凝土进行防水。内防水钢肋板同外钢板需要安装在底部混凝土浇筑前，并且在底部嵌固于浇筑后的混凝土底板内。侧墙混凝土配合比及浇筑方法同底板一致，在底板浇筑24h凝结完成后进行浇筑。

　　3.2.2. 1 内模板施工

　　1)在E11预制时，预先在E11侧预埋连接孔，在入水到达指定位置后通过潜水员安装螺丝进行固定，如图9所示。此步骤于管节沉放时即可进行安装。

　　2)终端接头两侧内模板用锁链拉紧拉实，如图10所示。

　　

　　图9 E11侧模板由预埋螺栓收紧  

　　 

　　

　　图1 0 两侧内模板之间用锁链拉实  

　　 

　　3)内模板与两侧墙身之间有迷你止水带相连接，迷你止水带通过螺丝固定在内模板上，内模板通过扣件连接ME4及E11顶部墙身。当锁链拉紧时，唇形止水带压缩贴实混凝土墙，如图11,12所示。

　　

　　图1 1 内模板与唇形迷你止水带大样  

　　 

　　

　　图1 2 内模板样式  

　　 

　　4)内模板底部外侧通过水泥袋进行密封。

　　3.2.2. 2 外侧支撑板施工

　　因内模板外侧已有部分连接至已建连续墙，因此在内模板外侧设立一支撑板即可。支撑板后通过混凝土砖作为支撑，设置支撑板后可以浇筑混凝土，布置如图13所示。

　　

　　图1 3 外侧支撑板三维效果  

　　 

　　内外模板安装完毕后，开始浇筑混凝土。水下现浇混凝土分层进行，如图14所示。

　　

　　图1 4 混凝土浇筑层次  

　　 

　　1)先浇筑底部混凝土至-16.300m，略微高过管节底，并灌浆;底部混凝土厚约1.5m，灌浆于底部止水时进行。

　　2)再对内外模板组成的模具空间内浇筑墙身混凝土，从-16.300m至-9.000m;墙身混凝土设计最小厚度为0.9m。

　　3.2.3 顶部止水并泵水

　　顶板防水体系由直径为4m的半圆拱形屋面和两个直径为2.4m，高为11m的竖直入口组成，如图15所示。两根竖直入口将分别用于人员及材料出入。

　　

　　图1 5 穹顶预制件三维示意和平面设计  

　　 

　　考虑施工现场空间有限，同时水下安装可见度差，设计纵、横向安装导向体系，以便在水底吊装中能给明确的位置指示。如图16所示，在两侧板顶端中间安装具有一定倾斜角度的纵向(东西向)导向钢板。吊装中拱形屋顶首先碰触到导向钢板斜角部分，此时沿斜面下滑，即可达到预设位置。同理，在近防水端封门处，各安装一个横向(南北向)导向刚架。如图16所示，倾斜主导杆1首先接触到管节E11-2顶部，然后保持此斜度慢慢继续下沉拱形屋顶直至到竖直导杆2触碰管节顶，此时即表示迷你止水胶条底部到达管节E11-2顶部。

　　

　　图1 6 顶部迷你止水带位置  

　　 

　　穹顶止水的原理是通过迷你止水带与侧板相连接(见图17)，完全隔绝外部。在进行穹顶预制件安装前，需安排潜水员对接头位置进行检查。穹顶预支件通过导向装置辅助其进行定位及安放。

　　

　　图1 7 迷你止水带与侧板连接及大样  

　　 

　　潜水员检查要点如下。

　　1)清理ME4隧道与E11隧道顶部表面的杂物及淤泥，清理两侧侧封板所覆盖范围。

　　2)测量侧墙身迷你止水带的位置，并通知工程师修改穹顶预制件的迷你止水带长度及布置，以确保能够完全覆盖并包裹侧墙身的止水带，如图18所示。

　　

　　图1 8 穹顶安装导向体系纵向布置图和横向布置  

　　 

　　安装过程中需保证预制件两侧平衡，完成安装后，需进行灌浆操作进行固定。穹顶预制件到达指定位置后，需要靠螺丝与沉管管节进行锁定，并在现场对预制件修改或找平。据计算，迷你止水带需压缩10mm。

　　抽水前安装顶部支撑架是为防止在抽水过程中因内外水压不同，外部高水压向内挤压而造成的管节位移，甚至导致止水失效。此支撑架亦将维持直至建造隧道顶板的永久性结构。

　　安装支撑架时，首先派潜水员用膨胀螺丝与水下ME4隧道端面安装垫板，并于对应位置在E11端面暴露出预埋垫板。可在横梁支撑架上加装临时定位支架，于吊沉时可以帮助横梁悬挂在ME4隧道顶。吊横梁支撑架至指定位置，用螺丝连接E11管节端。

　　支撑架安装后两端进行灌浆，浇筑水泥，连接固定横梁支撑架，拆除安装的临时定位支架，完成支撑架安装。

　　穹顶安装完成后(见图19)，通过穹顶预制件物料孔抽水至抽干。如无法抽干，安排潜水员查找漏水位置并安排补漏工作。抽干后，对穹顶预制件进行加固。

　　

　　图1 9 穹顶安装完成后截面  

　　 

　　3.3 永久接头

　　3.3.1 永久结构底板及墙身

　　泵水完成后，分块分阶段拆除端封门及预应力组件。为建造永久性结构底板，需首先移除水下原有止水用混凝土至-18.000m(永久结构底)。进入终端接头后，在移除混凝土前，为保证接头结构的稳定性，需率先安装底部横梁支撑架。支撑架通过物料孔吊放至接头底部，用膨胀螺丝连接至两侧隧道端面固定，完成安装。

　　底部支撑架安装完成后，采用切割及钻孔的方式进行混凝土移除作业，并需时刻监控水位情况。E11管节内预留有9 500m³空间，若当移除混凝土时有水涌出，则用此空间蓄水，令工作人员有足够时间撤离。整个混凝土移除施工可采用超高压水射流切割。

　　在沙中线终端接头内部施工时，由于需要在-18.000m的环境下切除掉终端接头内部的地下连续墙结构和部分用于防水作用的混凝土，混凝土厚度为30mm，所以在切割过程中需要注意，在清理内部混凝土时，须安装好中部及底层支撑，另外超高压清理混凝土采用遥控操作，须与作业人员隔离。

　　移除原有混凝土基础后，重新浇筑完成永久性底部及墙身钢筋混凝土结构。浇筑完底部永久性混凝土后，需要拆除底部支撑架，再继续向上建造永久性墙身结构，如图20所示。

　　

　　图2 0 建造永久性底部及墙身结构  

　　 

　　3.3.2 永久结构顶板

　　永久性顶板结构的建造与墙身和底板类似，在此不做赘述。浇筑混凝土并验收完成后，需清理表面，并涂抹防水材料油漆，完成接头混凝土结构。

　　3.3.3 穹顶回填拆除平台

　　终端接头的全部永久性钢筋混凝土结构已经安装完毕，浇筑防护性混凝土层，及移除海上工作平台及预制穹顶等收尾工序。

　　4 质量控制

　　4.1 底部及侧墙身止水

　　水下浇筑混凝土前需要对混凝土质量进行检测，包括以下方面。

　　1)尽量减少混凝土与海水的混合。

　　2)事先进行水下混凝土模拟施工测试。

　　3)预估混凝土最差状态及凝结时间。

　　水下混凝土浇筑导管应符合以下要求。

　　1)导管内必须光滑圆顺，且不得漏水，使用前应试拼、试压，试压压力应为孔底静水压力的1.5倍。

　　2)导管轴线偏差不宜超过孔深的0.5%，且不宜大于10cm，导管采用法兰盘接头宜加锥形活套;采用螺丝形接头时候必须有防止松脱装置。

　　3)使用的隔水球应有良好的隔水性能，并应保证顺利排出。

　　4)开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离应为300～500cm;导管首次埋入混凝土灌注面以下不少于1m;在灌注过程中，导管埋入混凝土深度宜为2～6m。

　　5)灌注水下混凝土施工必须连续施工，并应控制导管提升速度，严禁将导管提出混凝土灌注面。灌注过程中的故障应记录备案。

　　4.2 顶部止水

　　穹顶预制前需要对水底进行全面测量及勘察。沉放前潜水员需检查清理接触面，保持接触面平整。

　　5 结语

　　香港地铁沙中线(南北线)过海沉管隧道项目中，沉管隧道端与既有隧道ME4端连接形成特殊终端接头。项目采用底部混凝土板，侧面采用混凝土侧墙及内外防水钢板配合唇形防水胶条，顶部采用防水拱形屋顶，形成四面防水体系，实施水下干燥环境下施工。其中，20m深水下大体积混凝土水下浇筑为香港首次，根据现场施工条件限制，首创“Y”形混凝土浇筑管，成功进行水下施工。拱形屋面同时作为两个高为11m的竖直入口支撑，结构分析中局部采用有限元分析，达到精确设计，确保结构安全。为保证水下施工的精确度，纵、横向导向体系安装于侧防水板和拱形屋面下方。

　　由于在设计阶段充分考虑施工要求，特殊终端接头内海水成功排出，形成干地空间，后续施工顺利。本文所介绍的沉管隧道非典型终端接头施工技术，仅为众多方法中的一种，在国内外首次使用，且效果良好，保证了沉管隧道的全面贯通(见图21)。

　　

　　图2 1 沙中线过海隧道项目终端接头内完成实景