城市軌道盾構(gòu)隧道管片選型及技術(shù)要點

楊曉虎

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 100176）

0 引言

軌道交通的建設(shè)有助于緩解城市交通壓力，為中心城區(qū)與周邊郊區(qū)提供聯(lián)系通道。根據(jù)城市對于地鐵工程的要求，多采用快線A+型車，最高時速140 km/h，施工中盾構(gòu)隧道工程較為關(guān)鍵，普遍使用到內(nèi)徑5.5 m 的管片。考慮到盾構(gòu)施工的質(zhì)量要求，有必要從工程實例出發(fā)，圍繞管片選型、施工技術(shù)等方面做深入的探討。

1 工程概況

盤香路站是南通市地鐵工程的重要站點，位于崇川路與盤香路路口，采取東西布置形式。該站為12 m 島式站臺地下二層車站，標(biāo)準段為單柱雙跨框架形式，部分標(biāo)準段因地形的特殊性而采用高雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)。規(guī)格方面，該站總長203.2 m，寬20.7 m。結(jié)合標(biāo)準段施工要求，該處基坑開挖深度16.6 m；根據(jù)端頭井設(shè)計方案，此處基坑開挖深度18.40 m。

2 管片選型及精度控制

管片選型的合理性是提升盾構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵[1-2]，其內(nèi)徑5500 mm，厚350 mm，寬1200 mm。轉(zhuǎn)彎環(huán)均設(shè)置為雙面楔的形式，各處楔形量相一致，均為37.2 mm。

影響管片拼裝質(zhì)量的因素較多，主要取決于管片精度，同時該指標(biāo)還對管片受力帶來直接影響[3]。由于隧道使用環(huán)境的特殊性，防水是必要的前提，必須提升管片精度，以免對管片自防水能力造成影響。

根據(jù)管片精度易影響施工質(zhì)量的特點，必須從管片模具精度入手，主要考慮寬度、弦長等共計5 個方面的指標(biāo)，各自的質(zhì)量要求與檢查方法見表1。

表1 管片模具精度

3 管片拼裝

3.1 質(zhì)量要求

以招標(biāo)文件為基本指導(dǎo)，結(jié)合現(xiàn)階段的技術(shù)規(guī)范要求，總結(jié)管片拼裝作業(yè)時各細分項目的精度要求（表2）。除所給內(nèi)容外，還要避免管片裂縫、破損等質(zhì)量問題。

表2 管片制作拼裝精度要求

3.2 防水工藝

（1）嚴格遵循設(shè)計要求，完成彈性密封膠的安裝作業(yè)，不可出現(xiàn)錯用漏用的現(xiàn)象。

（2）為提升密封材料安裝效果，必須根據(jù)實際情況編制指導(dǎo)書，將其作為安裝的基本引導(dǎo)。彈性密封膠采取粘貼的安裝方式，在此之前需將預(yù)留凹槽內(nèi)殘留的灰塵清理干凈，以免后續(xù)使用中出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。安裝作業(yè)必須調(diào)整好彈性密封墊的位置，使其處于凹槽正中心處，目的在于擴大彈性密封膠的接觸范圍。

（3）管片存放區(qū)域必須采取防護措施，如增設(shè)防雨、防潮設(shè)備，實現(xiàn)對管片的有效保護，以免因雨水影響而出現(xiàn)質(zhì)量問題。

（4）檢驗彈性密封墊的質(zhì)量情況，若受損需及時更換，否則不可投入使用。

3.3 拼裝順序

結(jié)合工程施工特點，選擇錯縫拼裝工藝，優(yōu)先從底部開始，遵循對稱原則依次拼裝。此過程中，封頂塊是最后的拼裝構(gòu)件。

（1）環(huán)、縱向螺栓連接。通過可靠的管片連接件，有助于提升管片拼裝質(zhì)量，因此選擇合適的連接件尤為關(guān)鍵。為確保施工質(zhì)量，需通過抽查的方式檢驗質(zhì)量情況，提升連接件的穩(wěn)定性，對其采取鋅基鉻酸鹽防腐處理。做好管片拼裝前的檢查工作，要求螺栓對位滿足精度要求，所有連接螺栓保持緊固狀態(tài)。實際拼裝作業(yè)時，每結(jié)束一塊管片安裝后均要安排人員初擰螺栓，經(jīng)拼裝后再緊固處理。

（2）環(huán)面超前量的控制。工程中，需加強對管片環(huán)面超前量的檢驗，若該值超出合理范圍，可利用轉(zhuǎn)彎環(huán)調(diào)節(jié)，以隧道軸線為基準，經(jīng)處理后要求環(huán)面與之呈垂直的空間關(guān)系。

（3）施工要求：①做好管片拼裝前的準備工作，若盾尾拼裝區(qū)域殘留雜物，該部分需得到有效處理，檢查各施工材料，如管片型號等不滿足要求時禁止投入使用，若出現(xiàn)受損現(xiàn)象則要對其采取修復(fù)措施；②拼裝作業(yè)時做好對既有結(jié)構(gòu)的保護，避免管片和密封條破損；若因種種原因造成管片損傷，要采取更換措施；③螺栓是提升管片連接穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其必須達到擰緊的狀態(tài)，每結(jié)束一環(huán)拼裝作業(yè)后，施工人員均要及時擰緊，本工程中使用到縱、環(huán)向螺栓，二者均要維持緊固狀態(tài)。成環(huán)管片推出盾尾時，應(yīng)安排專員再次復(fù)緊螺栓。經(jīng)持續(xù)施工作業(yè)并貫通隧道后，還需再次復(fù)緊螺栓。

3.4 質(zhì)量控制措施

（1）加強管片的質(zhì)量檢驗，出現(xiàn)破損應(yīng)禁止投入使用。下井吊裝管片時，通過可行的保護措施避免管片受損。

（2）完成管片清理作業(yè)后才可粘貼密封墊，否則將降低粘貼穩(wěn)定性。管片堆放區(qū)的防護措施要做到位，應(yīng)增設(shè)防雨淋設(shè)置。

（3）做好管片安裝前的準備工作，若存在污泥等雜質(zhì)，均要得到有效的清理。

（4）非管片安裝區(qū)域推進油缸的工作狀態(tài)要得到靈活的調(diào)整，在管片安裝區(qū)域的推進油缸發(fā)生收縮運動時，該處不可同步此動作。

（5）施工中存在特殊管片安裝作業(yè)，在此之前需調(diào)整好盾構(gòu)間隙，盡可能縮小推進油缸行程差，以便給管片安裝創(chuàng)造良好條件。

（6）微調(diào)裝置是重要的輔助工具，在其作用下可改變管片的姿態(tài)，使相鄰管片平順連接，最大程度上控制錯臺現(xiàn)象。調(diào)整作業(yè)時，應(yīng)滿足平穩(wěn)性要求，以免管片間發(fā)生碰撞。

（7）以設(shè)計方案為準，靈活調(diào)整同步注漿壓力，必須控制在限值以內(nèi)。

（8）管片安裝實行多指標(biāo)控制措施，如隧道軸線偏差、錯臺量等方面的控制。

4 管片楔形量選取

各拼裝點位對應(yīng)的楔形量存在差異，因此拼裝后的曲線半徑也不盡相同。盡可能減少轉(zhuǎn)彎環(huán)的使用量，優(yōu)先選擇標(biāo)準環(huán)拼裝，此方式可降低拼裝難度，令實際排版效果與設(shè)計要求相符。圖1 為楔形量與轉(zhuǎn)彎半徑關(guān)系。

圓心角計算公式見式（1）。

式中 L——線路中心線長度，mm

R——曲線半徑，mm

結(jié)合圖1 的數(shù)據(jù)，將其代入式（1）可求得楔形量與轉(zhuǎn)彎半徑的關(guān)系：Δ=11 850 000/R。根據(jù)上述分析，線路最小半徑R 為300 m，管片拼裝產(chǎn)生的楔形量最大值Δ=39.5 mm，取整后該值為40 mm。

5 管片的連接

國內(nèi)地鐵工程管片常選擇螺栓連接方式，其中直螺栓被廣泛應(yīng)用于越江隧道等工程，斜螺栓則在城市地鐵中得到廣泛應(yīng)用。部分情況下還使用彎螺栓，但由于設(shè)置深度較大的特點，明顯加大了穿孔難度，伴隨管片厚度的提升，彎螺栓的應(yīng)用效果逐步下降，因此在大直徑盾構(gòu)工程中不優(yōu)先采用此方法。斜螺栓應(yīng)用過程中易受到預(yù)埋件等因素的影響，加大了預(yù)埋件廢棄概率，因此該方法也缺乏可行性。

圖1 楔形量與轉(zhuǎn)彎半徑關(guān)系

參考國內(nèi)類似地鐵工程項目，并結(jié)合本工程實際情況，分析得出直螺栓與斜螺栓都缺乏可行性，最終選擇彎螺栓連接方式?？紤]到管片錯臺問題，在管片環(huán)縫處需優(yōu)化工藝方法，選擇裝配式定位榫具有可行性。環(huán)縫處預(yù)留榫眼，可滿足定位榫的安裝需求。

6 管片拼裝機形式

不同于常規(guī)管片的是，本次施工中選擇的管片在自重上有著較大幅度的提升，單塊可達5 t 甚至更大，此時機械抓舉的方式缺乏可行性。鑒于此，結(jié)合管片強度、重量等方面的特點，建議使用真空吸盤式管片拼裝機；而在技術(shù)條件允許的情況下，對常規(guī)機械抓舉的方式采取優(yōu)化措施也具有可行性。

7 結(jié)論

（1）以盾構(gòu)隧道曲線半徑為基本參考，最小值為300 m 時，可將管片楔形量設(shè)定為40 mm。

（2）管片連接作業(yè)時選擇彎螺栓方式，并設(shè)置平面拼縫，為提升拼縫處的緊密性，于該處設(shè)置彈性密封墊；環(huán)縫預(yù)留榫眼，以滿足定位榫的安裝需求。

（3）根據(jù)管片自重，應(yīng)對管片拼裝機采取工藝優(yōu)化措施，適配真空吸盤。