浅谈通用型楔形管片

CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYACHIEVEMENTS\第23期\2011年\中国科技成果创新交流51摘　要：盾构隧道主体结构是由一系列预制的钢筋混凝土管片排列而成的。而管片的选型、拼装不仅会影响盾构机的姿态、设计线路，同时还会造成成型的隧道管片出现破碎、漏水等影响隧道后期使用的问题。所以做好管片的选型、拼装尤为重要。本文结合宁波市轨道交通一号线一期工程某区间使用的通用型楔形管片的工程实例，对通用型楔形管片的选型、拼装进行了分析研究，并提出了控制措施。关键词：通用型；楔形管片；选型；拼装；控制；措施DOI:10.3772/j.issn.1009-5659.2011.23.022随着社会经济的发展城市人口增多、规模变大，现有的城市交通已经不能满足城市发展的需要。经济发达的城市开始修建地铁工程，盾构施工技术普遍应用于地铁工程中。盾构法施工的隧道衬砌方式有两种：单层装配式衬砌和多层混合式衬砌。在盾构施工中，主要采用单层装配式衬砌，衬砌为预制的钢筋混凝土管片，它们构成了盾构隧道的主体结构并承受四周土体的荷载。盾构隧道是由一系列管片排列而成的，可以看成一组短折线的集合，近似地拟合成实际线路。由于采用短折线来代替光滑曲线，实际的线性和设计线性不能完全吻合，两者之间存在一定的偏差。传统的普通管片对于平面曲线可以通过转弯环来模拟，但对于竖曲线，只能够通过粘贴楔形衬垫来拟合，粘贴工作费时费力，可控性差。而且，由于加大了环缝间隙，降低了弹性密封垫的压缩率，也不利于防水。通用型楔形管片可以通过封顶块位置的改变，即选择不同的拼装点位来达到转弯或竖曲线的目的，使得管片的选型灵活多变，随意性较大。但是不可避免的封顶块位置也需要根据实际情况相对变换，对设备选型和管片的选型及拼装提出了一定的要求。本文结合宁波市轨道交通一号线一期工程某区间使用的通用型楔形管片的工程实例，对通用型楔形管片的选型、拼装进行了分析研究，并提出了控制措施。1管片设计概述本项目盾构区间采用的是预制钢筋混凝土管片，管片外径6200mm，内径5500mm，宽度1200mm，厚度350mm。每环管片纵向共16只M30螺栓，环向共12只M30螺栓。按照隧道埋深不同，管片配筋相应有差别，按照隧道埋深不同将管片分为P1、P2、P3三类，即浅埋、中埋、深埋环，浅埋覆土厚度h≤11m，中埋11h≤15m,深埋15mh≤22m。砼强度等级为C50高强砼，抗渗等级为P10。一级钢筋为HPB235，二级钢筋为HRB335，均为热轧钢筋。管片端面环缝采用凹凸榫槽结构（管片环缝结构见图1），纵缝采用平面式，衬砌间连接件采用双头弯螺栓，连接件采用锌基铬酸盐涂层+抗碱涂层处理。衬砌纵、环缝防水采用多孔特殊断面的三元乙丙橡胶弹性密封垫，外侧加贴遇水膨胀止水条，形成双道防水。为避文/马峰峰宋剑金增选李鹏毛磊（中铁一局集团有限公司，陕西西安710054）浅谈通用型楔形管片施工控制技术E-mail:[e-mail]\李小莹\编辑CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYACHIEVEMENTS中国科技成果\2011年\第23期\创新交流52免管片拼装时因应力集中而破坏，在管片环缝设传力衬垫。管片拼装采用错缝拼装，在管片的整体刚度、整体均匀受力以及防水等方面有优势。2管片选型2.1管片选型原则（1）熟悉线路参数（适合隧道设计线路），即盾构机、管片去拟合设计线路走向（正常阶段）；在纠偏段时管片选型要拟合盾构机的纠偏线路。（2）适应盾构机的姿态，保证推进油缸行程差及盾尾间隙满足要求（根据盾构机姿态、千斤顶的行程差来计算管片的姿态，根据管片姿态与盾构机姿态计算管片脱出盾尾时的盾尾间隙）。（3）盾尾间隙（作为管片选型的参考对象）。2.2管片选型（1）管片的拼装点位所谓“拼装点位”，是指管片拼装时封顶块所在的位置。管片划分点位的依据有两个：管片的分块形式和螺栓孔的布置。常见的管片拼装点位有12个点位和16个点位两种，宁波地区采用16个点位。盾构隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。计算公式为：M+3N+2，其中M为上一环管片拼装的点位，N为常量，可取0、1、2、3、4、5，计算结果即为下一环管片可选点位。通用型管片点位表见表1，管片拼装点位示意图见图2。禁止拼装点位：16点、8点。推荐拼装点位：14点、6点、2点、10点。可拼装点位：1点、3点、4点、5点、7点、9点、11点、12点、13点、15点。图1管片环缝结构图2管片拼装点位示意图CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYACHIEVEMENTS\第23期\2011年\中国科技成果创新交流53设计要求管片采用错缝拼装，但不根据现场实际情况而过于强调错缝拼装会使管片纠偏量过大，受力不均，会造成管片错台甚至出现管片碎裂。在施工现场需根据实际情况在允许的范围内适当存在通缝拼装往往会达到更好的效果。（2）楔形量计算本工程所采用的管片为带凹凸榫槽的等腰楔形，如图1、图3、图4所示，楔形量为37.2mm。管片各点位的楔形量通用计算公式：（式1）式（1）中：B——任意点位与最窄处之间的夹角，如图4所示。当小角度时，，其中以弧度为单位。因此，式（1）可以简化为：。（3）管片趋向计算斤顶的行程差来计算管片的姿态，根据管片姿态与盾构机姿态计算管片脱出盾尾时的盾尾间隙。以小松盾构机为例进行计算：假定盾构机姿态为：前点（X1，Y1），中点（X2，Y2），后点（X3，Y3），其中X为水平偏差，Y为垂直偏差；上下千斤顶行程为：（L1，L3）；左右千斤顶行程为：（L4，L2）；管片趋向计算见图5。则有：管片轴线垂直趋向为：Q1=(Y2-Y3)/4.68+(L1-L3)/5.8，Q1值向上为正，向下为负管片轴线水平趋向为：Q2=(X2-X3)/4.68+(L2-L4)/5.8，Q2值向右为正，向左为负盾构在正常掘进时Q1、Q2均应控制在-3～3之间，在4～6、-4～-6之间时，就应该做调整，绝对不允许超过6、-6，否则就会出现管片错台，甚至破损。在纠偏线路上这个值可以适当增加，增加的幅度应与盾构机实际纠偏线路的趋向一致。管片的超前量与盾构纠偏方向应相同，即盾构机向上纠偏Q1为正值，盾构机向右纠偏Q2为正值。（4）管片的超前量超前量是衡量当前管片的环面与隧道设计轴线是否垂直的指标（图6为管片超前量示意图），其可通过实测后计算得到。超前量的控制不当会导致拼装困难、管片破裂、轴线偏差大和纠偏困难等问题。在拼装中，主要是通过楔形管片的楔形量来计算出管片的超前量，选择合理的管片拼装点位来使楔形的管片拟合设计线路。图3楔形管片示意图图4任意点位楔形量计算示意图图5管片趋向计算简图图6管片超前量示意图图7纠偏中盾尾间隙变化量计算示意图CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYACHIEVEMENTS中国科技成果\2011年\第23期\创新交流54（5）纠偏中盾尾间隙变化量计算图7为纠偏中盾尾间隙变化量计算示意图，△ABC∽△CDE∽△EFG。楔形量，则。AB为一环管片投影宽度6.2m。CD及EF为一环的环宽1.2m。拼装下一环管片盾尾间隙变化量H=DE+FG。根据相似三角形原理，因此，（式2）当时，H=7.2mm。然而，实际施工时，希望调整盾尾间隙的位置不一定恰好在楔形量最大的点位，此时，式（2）中的按式（1）计算即可，见管片调整盾尾间隙表（如表3所示）。3管片拼装管片由管片车运到场地后，由专人对管片类型、龄期、外观质量情况等项目进行最后一次检查，检查合格后才可卸下。管片经单、双轨梁按安装顺序放到前面，掘进结束后，再由双轨梁运到管片拼装机工作范围内等待安装。重点要注意以下几点：（1）管片选型以满足隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。拼装前确保管片四周无粘结杂物。管片侧面如有硬块或沙粒，会造成管片挤压碎裂。因此，在拼装前必须仔细清理管片四周，确保没有硬块或杂物。（2）管片安装应当从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。安装第一块管片时，用水平尺与上一环管片精确找平，因为每环第一块管片的拼装质量会直接影响到其余各块管片的拼装，如果第一块管片螺杆插入困难，会影响到其余块管片螺栓插入。（3）安装邻接块时，为保证封顶块的安装净空，安装第五块管片时一定要测量两邻接块前后两端的距离（分别大于F块的宽度，且误差小于+10mm），并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上。（4）安装封顶块不能强行插入，封顶块拼装时要确保留有足够的空间，不能强行硬插入：若封顶快拼装空间不够时，可适当采用松动L块油缸的方式予以调整。（5）管片拼装时，当封顶块位于衬砌环的下方时，将给封顶块的插入带来困难，甚至使封顶块被挤碎，因此，尽量不要选择将封顶块放在最下方。（6）封顶块安装前，对止水条进行润滑处理，安装时先搭接700mm径向推上，调整位置后缓慢纵向顶推插入。表2管片超前量表（单位：mm）表3管片调整盾尾间隙表（下转第66页）CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYACHIEVEMENTS中国科技成果\2011年\第23期\成果推广66（7）管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。（8）管片安装后，在推进下一环过程中，管片脱离盾尾前采用2600kN/M风动扳手一次性紧固，防止因管片脱出盾尾后自身上浮，造成管片环与环之间出现错动，造成管片出现破损现象发生。（9）拼装时控制管片避免形成横鸭蛋状。管片拼装时理论上应为一个整圆，而实际拼装时往往呈现横鸭蛋状，这会造成拼装螺杆插入困难。因此，在管片拼装时应尽量控制整圆度，避免管片拼装中横鸭蛋状的形成和发展。（10）控制好管片错台、保持环面平整。发觉管片错台时应立即调整，绝不发生3mm以上的错台；在发现有小错台的情况下，及时调整环面，确保环面平整。（11）管片拼装时，尽可能将管片向内收,使成环管片略成竖椭圆形。同时控制好落底块位置，避免在拼装上部管片时，落底块下掉。（12）管片拼装前对吊装孔进行检查，确保吊装孔螺旋管连接牢固，防止在拼装过程中螺旋管脱出，管片掉落，造成安全事故。管片拼装工艺流程如图8所示。4结束语以上是对通用型楔形管片（带凹凸榫槽）在施工选型、拼装过程中的一些简单认识和总结，以及对如何更好的控制盾构姿态及成型隧道质量保证的一些措施和建议，望各位同行给予批评和指正，同时也希望给日益发展迅速的城市轨道交通盾构隧道施工人员一些参考。参考文献[1]刘钊，余才高，周振强，主编.地铁工程设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2004.[2]GB50446-2008盾构法隧道施工及验收规范[S].[3]DG/TJ08-2041-2008地铁隧道工程盾构施工技术规范[S].CSTA3　应用情况项目研发的棉杆沙障及引进的塑料沙障、土工布沙障和生态垫新材料在民勤青土湖、西沙窝进行重点示范，累计建立不同类型沙障新材料示范面积500hm2，治理风沙口3处，有效防护农田3300hm2，防风固沙林防护能力提高20%。目前，沙障新材料技术成果普遍应用到民勤、古浪和景泰沙区，至2010年统计，累计推广面积1500hm2，区域流沙基本得到控制；项目引种筛选的固沙植物新材料抗性、适应性强，主要在民勤西沙窝沙区造林工程中进行试点推广，项目实施期间（2007～2009年）累计造林700hm2，推广应用前景广阔；通过民勤防沙治沙技术集成示范，使示范区生态环境效益进一步提高，活化沙丘示范区植被平均盖度达到34.7%，沙丘基本固定；沙障示范区高立式尼龙网沙障后5H距离处近地面20cm平均风速降低32.3%，行列式粘土沙障近地面20cm处平均风速降低20.6%，塑料方格沙障近地面20cm处平均风速降低20.6%，塑料方格沙障近地面20cm处平均风速降低45.3%。CSTA（上接第54页）