劉 健，鄧 斌，黃清飛

(1. 深中通道管理中心，廣東 中山 528400； 2. 中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088)

0 引言

沉管隧道因其斷面利用率高，斷面形狀靈活，埋置深度小和防水性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)在水下隧道領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。截至目前，全世界已建成沉管隧道約150條，其中鋼筋混凝土沉管隧道約占65%，鋼殼混凝土隧道約占35%[2]。我國(guó)沉管隧道發(fā)展較晚，20世紀(jì)70年代，香港地區(qū)首次興建5條沉管隧道；自20世紀(jì)90年代后，為滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，我國(guó)沉管隧道數(shù)量迅速增長(zhǎng)，規(guī)模不斷增大，如廣州珠江沉管隧道、寧波甬江沉管隧道、寧波常洪沉管隧道、上海外環(huán)沉管隧道和港珠澳沉管隧道等[3-4]。

許多學(xué)者對(duì)沉管隧道開(kāi)展了相關(guān)研究，并取得了豐碩成果。如： 賀春寧[5]對(duì)天津海河沉管隧道的建設(shè)條件和工程特點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了適合北方地區(qū)修建沉管隧道的設(shè)計(jì)理念； 林巍等[6-7]從沉管隧道的空間、重量和構(gòu)造等方面提出了優(yōu)化沉管隧道主結(jié)構(gòu)的方法，并基于港珠澳沉管隧道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了沉管隧道整體管節(jié)工程的預(yù)制方法； 李進(jìn)等[8]開(kāi)展了復(fù)合地基條件下沉管隧道塊石墊層振密試驗(yàn)的相關(guān)研究，研究發(fā)現(xiàn)合理的液壓振動(dòng)錘轉(zhuǎn)速、激振力、振密時(shí)間可以對(duì)塊石產(chǎn)生有效的振密，對(duì)沉管基礎(chǔ)沉降有顯著控制作用； 何聰?shù)萚9]采用有限元結(jié)合黏彈性人工邊界的方法，研究了港珠澳大橋沉管隧道節(jié)段接頭剪力鍵的力學(xué)性能，揭示了剪力鍵在地震荷載作用下的受力特性。

現(xiàn)有研究成果表明，已有沉管隧道相關(guān)研究成果比較全面，但多數(shù)研究成果均是針對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土沉管隧道。由于建設(shè)條件的變化，沉管隧道建設(shè)正面臨超大跨、深埋、高水壓和耐久性等挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土沉管解決上述難題經(jīng)濟(jì)性較差，而鋼殼混凝土沉管因其承載能力高，逐漸展露優(yōu)勢(shì)。截至目前，我國(guó)已建成的沉管隧道均為鋼筋混凝土沉管，缺乏鋼殼混凝土沉管隧道設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)沉管隧道技術(shù)的發(fā)展[10-11]。本文以深圳至中山跨江通道為背景，詳細(xì)介紹鋼殼混凝土沉管隧道設(shè)計(jì)及制造的關(guān)鍵技術(shù)。

1 項(xiàng)目背景

深圳至中山跨江通道(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“深中通道”)項(xiàng)目地處珠江口下游核心區(qū)域，位于虎門(mén)大橋下游約30 km，距離港珠澳大橋上游約38 km，直接連接深圳、中山市和廣州南沙，是我國(guó)“十三五”重大工程，也是世界上首例集超寬超長(zhǎng)海底隧道、超大跨海中橋梁、深水人工島、水下互通“四位”一體的集群工程。深中通道全長(zhǎng)約24 km，其中跨海段長(zhǎng)約22.4 km，路線起自深圳機(jī)場(chǎng)互通立交，經(jīng)廣深沿江高速2期東接機(jī)荷高速，向西跨越珠江口，依次設(shè)置東人工島、機(jī)場(chǎng)樞紐互通立交(匝道隧道部分)、海底沉管隧道、西人工島、伶仃泄洪區(qū)非通航孔橋、伶仃洋大橋、淺灘區(qū)非通航孔橋、萬(wàn)頃沙互通(預(yù)留)、中山大橋、橫門(mén)泄洪區(qū)非通航孔橋、馬鞍島陸域段引橋及橫門(mén)互通立交(部分)，在中山馬鞍島登陸，與在建中開(kāi)高速對(duì)接。項(xiàng)目采用雙向8車(chē)道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，其中橋梁橫斷面寬度為2×20.25 m，隧道限界凈寬為2×18.0 m，汽車(chē)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。深中通道位置示意如圖1所示。

圖1 深中通道位置示意圖

2 鋼殼沉管設(shè)計(jì)

深中通道隧道起點(diǎn)(東側(cè)接地點(diǎn))即本項(xiàng)目起點(diǎn)與廣深沿江高速2期工程(深圳側(cè)連接線)對(duì)接，隧道終點(diǎn)在西人工島島頭內(nèi)與非通航孔橋連接，全長(zhǎng)為6 845 m，其中沉管隧道長(zhǎng)5 035 m，共32個(gè)管節(jié)，最大縱坡為2.98%(位于西島側(cè))，東島側(cè)處于半徑為5 003.1 m的平曲線上。沉管隧道總寬度為 46～55.5 m，行車(chē)道單孔跨度達(dá)18.3～24.0 m，其寬度及跨度均居世界之最；同時(shí)具有水壓高，回淤厚(約18 m)，基礎(chǔ)復(fù)雜，基巖頂面起伏大(14 m)，下穿多個(gè)航道等技術(shù)難點(diǎn)。因此，管節(jié)結(jié)構(gòu)選型及縱向體系是本項(xiàng)目沉管隧道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一；在確保工期前提下保證工程質(zhì)量與安全是沉管隧道施工的重難點(diǎn)。

2.1 沉管管節(jié)結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，設(shè)計(jì)提出了4種適合本工程的結(jié)構(gòu)形式： 1)鋼殼混凝土管節(jié)結(jié)構(gòu)； 2)鋼筋混凝土管節(jié)結(jié)構(gòu)； 3)預(yù)應(yīng)力混凝土管節(jié)結(jié)構(gòu)； 4)鋼殼混凝土+鋼筋混凝土管節(jié)結(jié)構(gòu)組合方案。沉管管節(jié)結(jié)構(gòu)選型涉及的因素較多，如技術(shù)難度(技術(shù)成熟度、管節(jié)預(yù)制)、施工要求(場(chǎng)地要求、干塢選址、浮運(yùn)、沉放)、風(fēng)險(xiǎn)(火災(zāi)、耐久性、環(huán)保、可靠性、結(jié)構(gòu)防水、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)、工期和造價(jià)等。本項(xiàng)目若采用常規(guī)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)配筋將超過(guò)5層，混凝土澆筑困難，控裂難度及質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)高；相對(duì)來(lái)說(shuō)，鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)具有承載能力高，防水性能好和工程風(fēng)險(xiǎn)低的優(yōu)勢(shì)，最終采用了鋼殼混凝土管節(jié)組合結(jié)構(gòu)方案[12]。目前，國(guó)內(nèi)外已建成和在建的鋼殼沉管隧道主要有日本那霸隧道、大阪關(guān)洲隧道以及東京港臨港隧道等。鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)沉管工程實(shí)例如表1所示。

表1 鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)沉管工程實(shí)例

2.2 鋼殼管節(jié)設(shè)計(jì)

2.2.1 管節(jié)橫斷面

沉管隧道采用2孔1管廊形式，左、右側(cè)為主行車(chē)孔，中管廊從上至下分別為排煙道、安全通道、電纜通道。標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)橫斷面如圖2所示。變寬管節(jié)橫斷面如圖3所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)橫斷面(單位： cm)

圖3 變寬管節(jié)橫斷面(單位： cm)

采用荷載結(jié)構(gòu)法，選取樁號(hào)K7+810斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析。根據(jù)地勘報(bào)告中所處地層的巖土力學(xué)參數(shù)，施加運(yùn)營(yíng)期荷載后，標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力如圖4所示，控制性截面示意如圖5所示，控制性截面驗(yàn)算結(jié)果如表2所示。

2.2.2 管節(jié)劃分

根據(jù)管節(jié)體量、既有浮運(yùn)沉放設(shè)備能力、工期和施工組織設(shè)計(jì)要求等，確定標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)165 m，曲線變寬管節(jié)長(zhǎng)123.8 m，最終接頭設(shè)置在 E22/E23 之間，管節(jié)劃分如下： 123.8 m+21×165 m+2.2 m(最終接頭)+5×165 m+5×123.8 m=5 035 m。管節(jié)劃分如圖6所示。

2.2.3 特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

沉管隧道海底泵房位于全線“W”形縱坡2處最低點(diǎn)，其中，1#泵房處于E9管節(jié)，中心里程 為K10+669.95； 2#泵房位于E27管節(jié)，中心里程 為K7+730.75。1#、2#泵房節(jié)段與中管廊底板各設(shè)置 4 處480 cm(長(zhǎng))×150 cm(寬)×80 cm(深)泵坑，該處底板厚度為180 cm，需進(jìn)行特殊結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

(a) 軸力(單位： kN)

(b) 彎矩(單位: kN·m)

(c) 剪力(單位： kN)

圖5 控制性截面示意

表2 控制性截面驗(yàn)算結(jié)果

圖6 管節(jié)劃分 (單位： m)

2.3 管節(jié)構(gòu)造

鋼殼構(gòu)造主要由內(nèi)外面板、橫縱隔板、橫縱加勁肋及焊釘組成。內(nèi)、外面板為受彎主要構(gòu)件，橫、縱隔板為受剪主要構(gòu)件，二者組成受力整體，形成混凝土澆筑獨(dú)立隔艙，隔艙上預(yù)留澆筑孔和排氣孔，混凝土澆筑完成后須進(jìn)行等強(qiáng)水密封堵；縱向加勁肋采用 T 型鋼及角鋼，與焊釘作為抗剪連接件，保證面板與混凝土的連接；縱向加勁肋與橫向扁肋共同作用增強(qiáng)面板剛度[13]。鋼殼基本構(gòu)造如下：

1)橫隔板的縱向間距取 3.0 m。Ⅰ 類(lèi)管節(jié)(深水區(qū))、Ⅱ 類(lèi)管節(jié)(過(guò)渡區(qū))、Ⅲ類(lèi)管節(jié)(淺水區(qū))和變寬管節(jié)的橫隔板最大厚度依次取 30、20、18、 20 mm；橫隔板設(shè)置板肋(BL125 mm×12 mm)進(jìn)行加勁，板肋按 1.1 m+1.3 m+1.1 m 間距布置。

2)頂板厚度取1.5 m。在中管廊處頂板的上層鋼板受拉，Ⅰ類(lèi)管節(jié)(深水區(qū))、Ⅱ類(lèi)管節(jié)(過(guò)渡區(qū))、Ⅲ類(lèi)管節(jié)(淺水區(qū))和變寬管節(jié)的鋼板厚度依次取 40、36、30 、40 mm；在行車(chē)孔頂板的下層鋼板受拉，Ⅰ類(lèi)管節(jié)(深水區(qū))、Ⅱ 類(lèi)管節(jié)(過(guò)渡區(qū))、Ⅲ類(lèi)管節(jié)(淺水區(qū))和變寬管節(jié)的鋼板厚度依次取 30、20、18、28 mm；頂板的縱隔板基本按3.5 m 1道設(shè)置，與橫隔板聯(lián)合形成3.5 m(橫斷面方向)×3.0 m(縱軸線方向)的密閉格室。為保證混凝土澆筑質(zhì)量，頂板的上層鋼板僅設(shè)置沿縱軸線方向的 T 鋼加勁肋(T150 mm×100 mm×12(10) mm)，其間距取 0.5～0.7 m，當(dāng)間距為 0.7 m 時(shí) T 鋼加勁肋間設(shè)置焊釘，焊釘按 0.25 m+0.20 m+0.25 m 間距布置。按施工期和運(yùn)營(yíng)期受力特性，頂板的下層鋼板設(shè)置沿縱軸線方向的 T 鋼加勁肋和沿橫斷面方向的板肋(BL125 mm×12 mm)，T 鋼加勁肋的間距取 0.5～0.7 m。按照運(yùn)營(yíng)期的受壓和受拉情況,板肋按 0.5 m 和 1.0 m 間距布置。鋼殼基本構(gòu)造如圖7所示。頂板單個(gè)格室示意如圖8所示。頂板細(xì)部構(gòu)造如圖9所示。

圖7 鋼殼基本構(gòu)造

圖8 頂板單個(gè)格室示意

(a) 頂板上鋼板T肋和焊釘 (b) 中管廊頂板下鋼板板肋

3)底板厚度取1.5 m。中管廊底板下層鋼板處于受拉狀態(tài)，因此Ⅰ 類(lèi)管節(jié)(深水區(qū))、Ⅱ 類(lèi)管節(jié)(過(guò)渡區(qū))、Ⅲ 類(lèi)管節(jié)(淺水區(qū))和變寬管節(jié)的鋼板厚度依次取 36、30、20、36 mm；行車(chē)孔底板上層鋼板受拉，因此 Ⅰ 類(lèi)管節(jié)(深水區(qū))、Ⅱ 類(lèi)管節(jié)(過(guò)渡區(qū))、Ⅲ類(lèi)管節(jié)(淺水區(qū))和變寬管節(jié)的鋼板厚度依次取 30、24、18、28 mm；底板的縱隔板基本按3.5 m 1道設(shè)置，與橫隔板聯(lián)合形成 3.5 m(橫斷面方向)×3.0 m(縱軸線方向)的密閉格室。為保證混凝土澆筑質(zhì)量，底板的上層鋼板僅設(shè)置沿縱軸線方向的 T 鋼加勁肋，其間距取 0.5～0.7 m，當(dāng)間距為0.7 m 時(shí) T 鋼加勁肋間設(shè)置焊釘，焊釘按 0.25 m+0.20 m+0.25 m 間距布置。為有效控制底板的施工期變形，底板的下層鋼板設(shè)置沿縱軸線方向的 T 鋼加勁肋和沿橫斷面方向的板肋，T 鋼加勁肋和板肋均按 0.5 m 間距布置。底板細(xì)部構(gòu)造如圖10所示。

(a) 底板頂鋼板T肋和焊釘 (b) 底板下鋼板T肋和板肋

4)側(cè)墻厚度取1.5 m。側(cè)墻外側(cè)鋼板受拉，與底板交接處彎矩較大，因此Ⅰ類(lèi)管節(jié)(深水區(qū))、Ⅱ類(lèi)管節(jié)(過(guò)渡區(qū))、Ⅲ類(lèi)管節(jié)(淺水區(qū))和變寬管節(jié)在該位置的外側(cè)鋼板厚度依次取 40、30、30、36 mm。為有效控制側(cè)墻的施工期變形，在面板設(shè)置沿縱軸線方向的角鋼加勁肋(L160 mm×100 mm×10 mm)和沿橫斷面方向的板肋(BL125 mm×12 mm)，角鋼加勁肋和板肋均按 0.5 m 間距布置。墻體細(xì)部構(gòu)造如圖11所示。

(a) 側(cè)墻面板角鋼和板肋 (b) 中墻面板角鋼和鋼筋

5)中墻厚度取0.8 m。面板厚度取12 mm，面板的縱軸向加勁肋采用 L100 mm×100 mm×12 mm角鋼,按 0.5 m 間距布置，面板間設(shè)置B20 鋼筋與加勁肋焊接，其縱向間距取1.0 m,高度方向間距取0.5～1.0 m。

3 鋼殼管節(jié)制造

根據(jù)鋼殼制造的特點(diǎn)和工期要求，將鋼殼結(jié)構(gòu)制作分為下料加工、塊體制作、小節(jié)段拼裝、涂裝、完整管節(jié)總裝和管節(jié)運(yùn)輸?shù)?大關(guān)鍵工序。根據(jù)鋼殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照建造工序流程，將管節(jié)依次劃分為板單元、塊體、小節(jié)段進(jìn)行制造。鋼殼沉管結(jié)構(gòu)主要工藝流程如圖12所示。

圖12 鋼殼沉管結(jié)構(gòu)主要工藝流程圖

3.1 板單元?jiǎng)澐旨爸圃?/h3>

板單元是大節(jié)段(管節(jié))組成的基本元素，由加勁肋或T型材焊接在鋼板上組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多為平直結(jié)構(gòu)，焊縫均為角焊縫，外形尺寸不大，但數(shù)量多，適宜于流水線作業(yè)。根據(jù)其特點(diǎn)，可分為縱、橫隔板單元以及面板單元。本項(xiàng)目橫隔板多為寬1.5 m、長(zhǎng)7 m左右的板單元片體；縱隔板多為寬1.5 m、長(zhǎng)3 m左右的板單元片體。面板單元及縱、橫隔板單元示意如圖13所示。

圖13 面板單元及縱、橫隔板單元示意圖

采用片體智能焊接生產(chǎn)線進(jìn)行板單元制作，前道為上料裝配工位，進(jìn)行加勁肋裝配(無(wú)碼裝配)；然后通過(guò)輥道輸入到焊接工位，焊接工位使用智能焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接，機(jī)器人可以直接進(jìn)行工件的3D激光掃描自動(dòng)識(shí)別和定位，自動(dòng)識(shí)別、定位工件，自動(dòng)跟蹤焊縫，完成包角和焊接作業(yè)。焊接完畢后進(jìn)行修補(bǔ)工位，修補(bǔ)完成后進(jìn)入自動(dòng)背燒工位，進(jìn)行火工矯正，最后流出到卸料工位。

3.2 塊體劃分及制造

根據(jù)小節(jié)段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其分為若干個(gè)平面塊體。平面塊體劃分時(shí)，盡量采用大尺寸以保證塊體整體性，并盡量保證轉(zhuǎn)運(yùn)及起吊的高效性，最終將每個(gè)小節(jié)段劃分為4個(gè)平面塊體，分為底板塊體、中墻塊體、邊墻塊體及頂板塊體；中管廊頂部縱縫左右交替錯(cuò)開(kāi)900 mm。平直塊體的劃分根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將中墻單獨(dú)劃分，行車(chē)道孔頂板和底板分別劃分，有利于生產(chǎn)部門(mén)針對(duì)性地組織施工，提高生產(chǎn)效率。塊體尺寸長(zhǎng)度為15 m，寬度盡量劃大，可充分利用平面流水線和焊接機(jī)器人流水線，提高產(chǎn)能。單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)合計(jì)88個(gè)塊體，非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)合計(jì)64個(gè)塊體(非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)塊體劃分形式類(lèi)似)，塊體劃分如圖14所示。

(a) 塊體整裝模型 (b) 塊體獨(dú)立模型

塊體制作時(shí)以面板片體為基面，翻身扣蓋面板組件，然后安裝剩余組件。塊體制作時(shí)使用專(zhuān)用胎架，胎架結(jié)構(gòu)要有足夠的剛度，基準(zhǔn)面應(yīng)與塊體基準(zhǔn)面形狀及工藝要求尺寸一致；并建立測(cè)量基準(zhǔn)參考點(diǎn)，確保塊體制作過(guò)程中不隨拼裝質(zhì)量的增加而變形。底板角點(diǎn)處設(shè)有角點(diǎn)位置控制模板，以便角點(diǎn)處單元件準(zhǔn)確定位。

3.3 小節(jié)段劃分及制造

以165 m標(biāo)準(zhǔn)鋼殼沉管管節(jié)為例，鋼殼沉管左、右對(duì)稱(chēng)劃分，左、右兩半分別在沿縱向方向約15 m劃分1個(gè)半環(huán)形小節(jié)段，共22個(gè)半環(huán)形小節(jié)段，小節(jié)段質(zhì)量多達(dá)500～600 t。標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)劃分如圖15所示。

圖15 標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)劃分(單位： m)

小節(jié)段拼裝在總組場(chǎng)地移動(dòng)式車(chē)間內(nèi)進(jìn)行，主要施工流程如下： 制作胎架工裝—測(cè)量并調(diào)整胎架水平—吊裝底板塊體(基準(zhǔn)定位)—吊裝邊墻塊體—吊裝中墻塊體—吊裝頂板塊體—小節(jié)段裝配—焊前精度測(cè)量—小節(jié)段焊接并預(yù)留預(yù)埋件安裝—小節(jié)段火工—焊后精度測(cè)量—小節(jié)段密性試驗(yàn)—小節(jié)段整體轉(zhuǎn)運(yùn)打砂涂裝。

3.4 小節(jié)段運(yùn)輸及吊裝

小節(jié)段采用專(zhuān)門(mén)的模板車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，通過(guò)600 t龍門(mén)吊進(jìn)行單機(jī)吊裝，在塢內(nèi)拼成大節(jié)段。模塊運(yùn)輸車(chē)示意如圖16所示。

(a) 模塊車(chē)位置示意圖 (b) 模塊車(chē)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸圖

3.5 管節(jié)船臺(tái)總裝工藝流程

鋼殼制造完成后進(jìn)行總體拼裝，船臺(tái)總裝工藝流程如圖17所示。

圖17 船臺(tái)總裝工藝流程

4 鋼殼混凝土沉管隧道關(guān)鍵技術(shù)

4.1 沉管隧道鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)

1)針對(duì)沉管隧道鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)，首次對(duì)鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)的受力機(jī)制及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，揭示了鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)抗彎和抗剪受力機(jī)制，提出了相應(yīng)的計(jì)算方法，定量分析了鋼殼結(jié)構(gòu)混凝土脫空對(duì)承載能力的影響，制定了混凝土澆筑質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)[14]。

2)管節(jié)混凝土通過(guò)澆筑孔進(jìn)入鋼殼封閉隔艙內(nèi)，無(wú)法振搗，必須采用高強(qiáng)自密實(shí)混凝土。為提高混凝土的澆筑質(zhì)量，降低工程風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)自密實(shí)混凝土開(kāi)展了系統(tǒng)試驗(yàn)研究，研究出高流動(dòng)低收縮自密實(shí)混凝土配置，并形成施工工藝。

3)通過(guò)大量小尺寸和足尺模型澆筑試驗(yàn)，為滿足混凝土澆筑質(zhì)量，形成了排氣孔、澆筑孔、加勁肋流通孔等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)等，針對(duì)鋼殼脫空檢測(cè)難題，研究出沖擊映像法和中子法2種檢測(cè)方法，通過(guò)綜合利用，判斷準(zhǔn)確度高，滿足設(shè)計(jì)和施工要求。

4.2 鋼殼智能制造關(guān)鍵技術(shù)

深中通道鋼殼沉管用鋼量達(dá)32萬(wàn)t，如此大規(guī)模、大體量地使用鋼殼沉管在國(guó)內(nèi)乃至全世界尚屬首例，其施工質(zhì)量和工期控制尤為重要。鑒于鋼殼沉管結(jié)構(gòu)與船體結(jié)構(gòu)的相似性，參考船體分段的建造模式、施工工藝和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，以“兩化融合”(工業(yè)化、信息化)為基礎(chǔ)，以《中國(guó)制造2025》為契機(jī)，借鑒船舶行業(yè)智能制造2025的研究成果，完成了項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)智能制造的總體工藝方案研究。

按照鋼殼沉管制造工藝流程，將其制造階段劃分為小節(jié)段車(chē)間智能化制造、中節(jié)段場(chǎng)地?cái)?shù)字化搭載、大節(jié)段船塢自動(dòng)化總組。以提高工效和保證質(zhì)量為目標(biāo)，小節(jié)段智能車(chē)間階段，分別從型材/板材智能化切割流水線、片體智能焊接流水線、塊體智能焊接流水線、小節(jié)段智能涂裝、智能車(chē)間管控系統(tǒng)，構(gòu)建“四線一系統(tǒng)”的智能車(chē)間；中節(jié)段階段，通過(guò)應(yīng)用三維全站儀、自動(dòng)化焊接設(shè)備及模擬吊裝和模擬搭載系統(tǒng)軟件，構(gòu)建中節(jié)段場(chǎng)地?cái)?shù)字化搭載；大節(jié)段階段，為滿足鋼殼沉管平整度要求，通過(guò)采用三維液壓頂升裝備、自動(dòng)化焊接設(shè)備及管理系統(tǒng)軟件，構(gòu)建大節(jié)段船塢自動(dòng)化總組。利用BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)研究開(kāi)發(fā)鋼結(jié)構(gòu)智能管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)間設(shè)計(jì)、工藝、制造、管理、監(jiān)測(cè)、物流等環(huán)節(jié)的集成優(yōu)化，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能管理與決策，全面提升鋼殼建造質(zhì)量和綜合管理水平。

5 結(jié)論與建議

深中通道沉管隧道是世界上首次大規(guī)模采用、國(guó)內(nèi)首次采用的鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)，其綜合難度居于世界之最。本文全面介紹了深中通道沉管隧道鋼殼設(shè)計(jì)和制造關(guān)鍵技術(shù)，為今后類(lèi)似工程提供了系統(tǒng)的技術(shù)參考。主要結(jié)論和建議如下：

1)鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)中鋼面板與混凝土結(jié)構(gòu)共同承載的關(guān)鍵在于抗剪連接件。深中通道沉管隧道采用了焊釘、T肋和角肋3種形式的抗剪連接件，滿足抗剪連接作用，但是設(shè)計(jì)數(shù)量較多，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差，可以考慮采用其他連接作用更強(qiáng)的抗剪連接件，如PBL連接件，或者根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分布優(yōu)化抗剪連接件的布置，提高工程經(jīng)濟(jì)性。

2)鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)由大量鋼板件焊接而成，由于局部位置空間有限，設(shè)計(jì)過(guò)程中建議優(yōu)化板件連接方式，減小焊接難度，保證焊接質(zhì)量。

3)深中通道沉管隧道采用沖擊映像法和中子法檢驗(yàn)管節(jié)封閉隔艙內(nèi)混凝土澆筑的密實(shí)度，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造的復(fù)雜性，在部分位置無(wú)法檢測(cè)，建議后續(xù)工程優(yōu)化混凝土脫空檢測(cè)技術(shù)，或?qū)ζ渌麢z測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，并借鑒使用。