钢帽是沉管隧道接头处的结构，与沉管隧道形成钢壳混凝土结构，其主要作用是提供一个平整度和施工误差极小的断面，以实现GINA挤压止水，以及相邻管节之间钢筋混凝土结构的荷载平顺传递。以港珠澳大桥中沉管隧道最终接头处的超大型钢帽安装为例，阐述了安装过程中钢帽平整度和断面误差的控制。接头处的沉管截面尺寸大于35 m×10 m，其钢帽的安装在国内尚属首例，2017年3月7日，港珠澳大桥沉管隧道完成了最后一个管节的安装，保证了40 m水压下的滴水不漏。工程实践证明，该安装工艺可靠安全，有效保证止水效果。

港珠澳大桥是世界最长的跨海大桥，作为中国建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海桥梁项目，其海底沉管隧道长达5.6 km。沉管隧道最终接头的钢帽施工在国内尚属首次。E29、E30管节是与最终接头匹配的管节，其中钢帽是最终接头施工过程中的关键部件。钢帽是安装在混凝土沉管端的钢壳结构，包括承压板，支撑翼板等，翼板上设置振捣孔和排气孔，在混凝土浇筑后钢帽与沉管连为一体。管节之间的止水效果完全依赖GINA止水带与钢帽的紧密相贴与压缩，因此钢帽需要提供一个平整度和施工误差极小的端面，来实现GINA挤压止水，以及最终接头外包钢壳混凝土的“三明治”结构和E29、E30管节钢筋混凝土结构之间荷载平顺传递。

本文针对现有技术中所存在的钢帽整体安装难度大，难以保证钢帽整体平面度的问题，提出了一种钢帽安装方法，该安装方法将整体钢帽分成多段，以自下而上，左右对称的方式进行安装，采用分段吊装，然后装配定位后焊接固定，使得钢帽完成安装并可以通过调整达到整体平面度要求，为接头的GINA止水带提供一个平整度和施工误差极小的断面，使得GINA止水带整体被压缩，不会产生间隙，有效保证了止水效果。本文的安装技术应用在港珠澳大桥沉管隧道最终接头处，经工程实践证明，该安装技术可靠安全，有效保证了止水效果。

本文中的钢帽属于超大构件，单个钢帽质量达73 t，长度超过37 m，宽度超过11 m，如果采用整体吊运的方式进行安装，难以进行定位，对吊运器具也有极高的要求，考虑到厂区设备的起吊能力，因此把钢帽分成12块进行安装，便于钢帽转运、起吊，大大降低了施工难度，提高了施工效率，也降低了施工风险。其中底板、顶板各4块，侧墙、中墙共4块，最大单块质量达7.7 t，钢帽分段如图1所示。

图1 钢帽分段示意

由于在最终接头过程中，止水带与相邻管节端部的钢帽挤压，钢帽容易发生变形，导致止水失败，因此在本文中钢帽承压板的内侧，设置了多个加强承压板强度的翼板，翼板与承压板垂直，且沿承压板长度方向延伸，翼板之间设置内加劲板，对翼板进行固定和支撑，进一步加强承压板的强度，避免其发生变形，影响其与止水带之间的接触，上述的翼板上安装有焊钉，用于增加钢帽与混凝土之间的结合力，可以有效防止钢帽发生松动、脱离等影响两个管节拼接的问题。在翼板上还设置了排气孔和振捣孔，排气孔用于浇筑混凝土过程中排出钢帽内部浇筑腔体的空气，是浆液充满钢帽的腔体内部空间，振捣孔则是确保混凝土填满钢帽的内部腔体，保证了混凝土浇筑质量，钢帽内部结构如图2所示。

1—外翼缘；2—中翼缘；3—内翼缘；4—外加劲；5—承压板；6—内加劲。图2 钢帽内部结构

堆场工前准备工作主要包括钢帽涂层修复、钢帽分块检查和除锈。

涂层修复：对钢帽涂层完好情况进行检查，发现存在破损，及时联系厂家到场进行修复。原则上必须使用原涂料进行涂装，且涂装前必须先将破损部分的涂层打磨干净。

分块检查：进行预拼接，并检查坡口、焊钉、翼缘、孔洞情况，发现问题尽快处理。

除锈：使用喷砂机等形式，将钢帽背面(混凝土接触面)浮锈清理干净，保证钢帽与混凝土之间的结合力。

梁下工前准备工作主要包括加劲板钢筋安装、锚筋安装和粘贴测量检测点。

钢筋安装：将钢筋按照钢帽分段长度进行分段。需要注意的是，采取的套筒连接中，部分使用搭接焊的钢筋应错开接头(50%截面搭接按照35d错开，100%截面搭接按照49d错开，其中d为钢筋直径)，避免全截面搭接。

锚筋安装：将锚筋旋入钢帽上预留套筒，保证套筒满丝。在施工前应在锚筋上做标记，以便后续检查。另外根据实际情况，预留部分锚筋待钢帽安装完成后，安排作业人员到钢筋笼里面进行锚筋。

粘贴测量检测点：按照顶板、底板1 m，侧墙85 cm一个断面，在断面上下贴2个测量监测点进行监控。可根据具体情况，进行加密。

在本工艺中，钢帽分为12段，在分段吊装时，其顺序为先吊装底板，再吊装侧墙和中墙，最后吊装顶板。这种自下而上的吊装，便于先安装的钢帽进行定位调节，保证其具有较高的精度，进而使得后吊装的钢帽也具有较好的精度，保证钢帽整体吊装满足设计要求，同时，先安装钢帽的底板段可以对后安装的分段进行支撑，便于后续安装分段的施工。接着以左右对称的方式进行吊装，即以钢帽中心线为对称轴，左右对称的两个部位，对称的两个分段长度和位置大致相同，分段编号如图1所示。在图1中，还能观察到块8与块1对称，块11与块12对称。在吊装左侧块8后，马上对应吊装对称的右侧块1，同理，在吊装块11后，马上吊装块12。钢帽顶板最后吊装。采用左右对称的方法吊装钢帽分段，可以保证钢帽底板段受力均匀，使钢帽在吊装过程中，变形量达到最低，同时，也使得在后续过程中，钢帽的变形量降到最低。管节钢帽几何及平整度要求如表1所示。当前由于风高物燥，不仅居民住宅要小心防火，各工厂、集贸市场、批发市场、餐厅等更要警惕，一旦失火，极易火烧连营，火势迅速蔓延，后果严重。

底板段的钢帽安装分为以下步骤(图3)：

1)将钢筋笼顶推入模，安装廊道内模板和底模板；2)拆除左右行车道钢筋笼顶板胎架，行车道内模型梁支腿不下放，内模不滑入；3)提前拼接好块2，块3，形成整体，然后在底模上拼接块6、块7，并进行焊接，使得底板形成整体结构；4)翻转底板钢帽与钢筋笼底板匹配安装；精调至设计位置，报验后安装底板端模模板外支撑(端模支撑三脚架)。

表1管节钢帽几何及平整度要求

注：横向垂直度为拟合面左、右侧壁外缘两点之差；竖向倾斜度为拟合面顶、底板外缘两点之差。

先安装底模板，可以使钢帽底板段精确定位在底模板上，便于其他分段的拼接和定位。同时安装廊道内模板，进一步对钢帽底板段进行限位，使钢帽底板段在上下方向无法移动，廊道内模板还可以用于后续过程中钢帽中墙段的安装和定位。焊接底部四段钢帽，使得钢帽底板段形成稳固的支撑，在安装剩余的钢帽分段时，保证其具有较好的支撑；还可以为后续安装的钢帽分段提供定位和参考，保证钢帽整体安装的平面度。将钢帽底板段进行精调，精调定位后安装端模模板外支撑，从而使精调后的钢帽底板段得到固定，避免再次移动。底板段端模模板外支撑还能使钢帽底板段无法沿前后方向(行车道方向)移动，在该方向上实现固定和定位。

a—步骤1；b—步骤2；c—步骤3;d—步骤4。图3 钢帽底板段安装步骤示意

中墙段的钢帽安装分为以下步骤(图4)：

图4 钢帽中墙段安装示意

1)将左右侧墙闭合至设计位置，然后拼装中墙钢帽分块11、块12，调整到位后利用廊道内模板对两者进行固定和支撑；2)完成块11与块3连接处面板(承压板)和靠行车道侧翼板焊接，廊道侧翼板待后续廊道内模退出后焊接；3)完成块12与块2连接处面板(承压板)和靠行车道侧翼板焊接，廊道侧翼板待后续廊道内模退出后焊接。

拼装中墙钢帽分段前闭合左右侧墙至设计位置，使得已经精确定位的钢帽底板段在左右两侧得到限位和固定，对其进一步固定和定位，保证在拼装中墙段的过程中，底板段不发生移动，始终处于精确的定位位置，进而使得在拼装中墙段后，中墙段的位置也处于设计位置。

侧墙段的钢帽安装分为以下步骤(图5)：

图5 钢帽侧墙段安装示意

1)安装侧墙钢帽块8、1，利用底模板和左右侧墙模板对其进行固定和支撑；2)完成块8与块6连接处面板(承压板)和靠行车道侧翼板焊接，外翼板之间焊缝待后续侧墙模板退出后焊接；3)完成块1与块7连接处面板(承压板)和靠行车道侧翼板焊接，外翼板之间焊缝待后续侧墙模板退出后焊接。

采用对称拼装左侧墙段和右侧墙段，使已安装定位好的底板段受力更加均匀，从而保证安装精度，避免其发生超出设计要求的变形。

顶板段的钢帽安装分为以下步骤(图6)：

1)对顶板段钢帽进行分段拼装，提前拼装块4、块10成为左顶板段；块9、块5成为右顶板段，并对左右顶板段焊缝进行焊接；2)安装左右侧行车道内模板至设计位置，对称拼装左顶板段(已形成整体的块4、块10)和右顶板段(已形成整体的块9、块5)，调整到位后利用行车道内模板对两者进行固定和支撑；3)焊接块10和块11的连接处面板(承压板)，两侧翼板之间焊缝等到后续行车道内模板和廊道内模板退出后焊接；4)焊接块9和块12的连接处面板(承压板)，两侧翼板之间焊缝等到后续行车道内模板和廊道内模板退出后焊接；5)拼装块4、块8并进行焊接，拼装块5、块1并进行焊接。

图6 钢帽顶板段安装示意

采用上述方式，可以最大限度保证用于直接拼装的两端顶板段变形量最小，相对位置的精度更高。后续在使用已经拼装好的左顶板段和右顶板段进行顶板段整体拼装时，精度更好，拼装的变形量降到最低。同样，采用对称拼装左顶板段和右顶板段的方式，使得已经安装定位好的中墙段受力更加均匀，从而保证安装精度，避免其发生超出设计要求的变形。

安装完顶板段钢帽后，所有连接处面板(承压板)均已经焊接完毕，剩余翼板焊缝的焊接步骤如下：1)退出右侧行车道内模板，焊接块9与块12拼接处右翼板焊缝；2)安装右侧行车道内模板至设计位置，退出左侧行车道内模板，焊接块10与块11拼接处右翼板焊缝；3)退出廊道内模板，安装左侧行车道内模板至设计位置，焊接块10与块11拼接处左翼板焊缝，焊接块9与块12拼接处右翼板焊缝，焊接块11与块3拼接处右翼板焊缝；焊接块12与块2拼接处左翼板焊缝；4)安装廊道内模板至设计位置，打开左右两侧侧模板，焊接块8与块6拼接处外侧翼板，焊接块1与块7拼接处外侧翼板；5)安装左右两侧侧模板至设计位置，精调钢帽中侧墙及顶板，报验后安装侧墙及顶板端面三角撑，钢筋笼顶板钢筋吊点千斤顶泄压，拆除钢筋笼顶板吊点，最后进行混凝土浇筑。

采用上述方式，焊接右侧行车道内的焊缝时，保证左侧行车道内的内模板处于受力支撑的状态，从而降低焊接变形量，同样，在焊接左侧行车道内的焊缝时，保证右侧行车道内的内模板处于受力支撑状态，降低左侧焊缝的焊接变形量。同理，在焊接廊道内的焊缝时，保证左侧行车道和右侧行车道内的内模板处于受力支撑状态，对钢帽整体形成支撑，降低焊接变形量。在焊接完钢帽全部焊缝时，钢帽侧墙段、中墙段和顶板段的位置可能会存在轻微变形，采用精调的方法对钢帽进行精确定位，使其满足设计要求，在定位后，安装端面支撑，有效防止沿行车道方向的位移，使钢帽整体得到固定，便于后期注浆。

使用千斤顶、手拉葫芦等工具对钢帽进行精调，同时需要和测量配合。考虑到浇筑混凝土过程中及混凝土固化后，体积存在涨模的情况，应预留5 mm的富余空间。即钢帽按照-5 mm进行调整(浅坞侧为负，厂区侧为正)。

调整到位后，按照2根/m的间距，用钢筋头将钢帽与钢筋笼纵向主筋焊接起来作为加固措施。注意与主筋的搭接焊长度满足要求(双面焊5d，单面焊10d)。同时使用5 cm长的75 cm×50 cm×5 cm角铁单面点焊，固定在底模、侧模、内模上，作为反力点，预防钢帽在浇筑过程中出现往厂房侧移动的情况。角铁示意如图7所示。

图7 角铁示意

从沉管隧道最终接头处钢帽的现场安装情况来看，采用本文中的安装工艺，有以下优点：

1)将钢帽分成若干段进行安装，便于钢帽转运、起吊，大大降低了施工难度，提高了施工效率，也降低了施工风险。各分段采用自下而上的方式进行吊装，便于先安装的钢帽定位调节，保证其具有较高的精度，进而使后吊装的钢帽也具有较好的精度，且先安装的钢帽底板段对后安装的各分段进行支撑，便于后续安装分段进行施工。

2)将钢帽以左右对称的方式进行吊装，保证钢帽底板段受力均匀，使钢帽在吊装过程中，变形量达到最低，并且左右对称吊装钢帽分段，使得后续过程中，可以对钢帽进行对称焊接，使钢帽的焊接变形量达到最低。

3)焊接右侧行车道内的焊缝时，保证左侧行车道内的内模板处于受力支撑状态，大大降低焊接质量，同理，焊接左侧行车道内的焊缝。在焊接廊道内的焊缝时，保证左侧行车道和右侧行车道内的内模板处于受力支撑状态，对钢帽整体形成支撑，降低焊接变形量。