市政排水隧道管片環(huán)寬、分塊形式及螺栓數(shù)設(shè)計研究
——以天津市政排水盾構(gòu)隧道工程為例

岳 彬, 熊田芳

(中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司， 天津 300308)

0 引言

近年來，盾構(gòu)法施工已在國內(nèi)城市地鐵建設(shè)中得到了長足的發(fā)展和經(jīng)驗積累，因其安全快捷、施工環(huán)境好、對周圍環(huán)境影響小、地層適應(yīng)性強、工程質(zhì)量高等優(yōu)越的工藝特點和較高的技術(shù)經(jīng)濟性[1],越來越多的城市開始考慮采用盾構(gòu)法進行市政管道的建設(shè)。市政管道與城市地鐵隧道相比，其隧道斷面尺寸及線路的曲線半徑都較小,小半徑曲線段盾構(gòu)施工較為困難，管片環(huán)寬、分塊形式及縱向螺栓數(shù)等幾何參數(shù)對于小半徑曲線段擬合有較大的影響[2]。

林堅[3]、肖明清等[4]、戴志仁[5]對目前盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)設(shè)計中計算模型、安全校核方法及管片配筋優(yōu)化等方面進行了設(shè)計研究。馮美華[6]對管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力及配筋設(shè)計進行了研究。張曉光[7]介紹了小直徑盾構(gòu)管片環(huán)寬、分塊及手孔形式的設(shè)計情況及抗彎試驗的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合有限元分析對加載過程中手孔處受力進行了分析研究。楊群等[8]根據(jù)解析幾何知識，結(jié)合管片構(gòu)造特點推導(dǎo)了管片尺寸的解析公式。潘茜等[9]針對小直徑盾構(gòu)管片，結(jié)合調(diào)研、工程類比及經(jīng)驗對環(huán)寬、厚度及分塊等結(jié)構(gòu)尺寸進行了設(shè)計研究。宋成輝[10]通過調(diào)研、工程類比及定性分析進行了管片分塊、環(huán)寬及榫槽等管片構(gòu)造設(shè)計方面的研究。許多學(xué)者基于地鐵盾構(gòu)管片設(shè)計做了大量工作，研究方向多為隧道管片結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，主要結(jié)構(gòu)尺寸研究也多基于調(diào)研、工程類比及結(jié)合工程經(jīng)驗確定，鮮有針對管片環(huán)寬、分塊形式及螺栓數(shù)的詳細理論研究。綜合劉欣[2]、宋成輝[10]關(guān)于管片環(huán)寬設(shè)置的相關(guān)闡述，環(huán)寬的確定需要考慮盾構(gòu)構(gòu)造、施工進度、施工水平、配套機械、管片分塊形式及螺栓數(shù)。小環(huán)寬管片對于曲線擬合更為精確，所需管片楔形量也相對較小，要求盾構(gòu)盾尾長度相對較短，可增加盾構(gòu)的靈敏度，便于在小曲線位置施工。但是，小環(huán)寬管片相應(yīng)地增加了管片數(shù)量及環(huán)縫數(shù)量，對于工期、造價、防水及隧道整體剛度均不利。因此，應(yīng)結(jié)合實際施工水平，綜合考慮施工性、經(jīng)濟性及使用性能合理確定管片環(huán)寬[11]。襯砌環(huán)的分塊和縱向螺栓孔數(shù)量決定了管片的有效拼裝點位,對成型隧道的線路精度有一定影響[12]。管片分塊與縱向連接螺栓的數(shù)量密切相關(guān)，縱向連接螺栓數(shù)的選擇，應(yīng)綜合考慮合理拼裝點位數(shù)量、拼裝要求及環(huán)內(nèi)接縫數(shù)量等因素，在曲線段推進過程中需要通過特殊拼裝點位來調(diào)節(jié)盾尾間隙及擬合精度。因此，合理拼裝點位的數(shù)量應(yīng)作為主要的考慮因素。

本文結(jié)合天津市濱海新區(qū)環(huán)保督查雨污分流改造項目--津塘公路以南片區(qū)改造工程盾構(gòu)段管片設(shè)計過程，通過對環(huán)寬、分塊形式及螺栓數(shù)不同組合形式管片進行分析比選，綜合考慮合適的拼裝點位、排版擬合偏差、工程經(jīng)濟性及施工能力需求等方面，來確定管片環(huán)寬、分塊形式及螺栓組數(shù)，以期為相關(guān)類似工程盾構(gòu)管片設(shè)計提供可借鑒的經(jīng)驗和方法。

1 研究基礎(chǔ)

1.1 工程背景

天津市濱海新區(qū)環(huán)保督查雨污分流改造項目--津塘公路以南片區(qū)改造工程盾構(gòu)段，起點位于津塘公路與河北路交叉口，沿津塘公路北側(cè)布設(shè)，終點位于擬建津塘路泵站。雨水主管內(nèi)徑3 m，全長約3 612 m，拱頂埋深6.3～12.5 m，采用盾構(gòu)法施工。全線設(shè)置多處曲線段，除了有一處半徑為150 m外，其余曲線半徑均大于300 m，半徑為150 m曲線段的長度為216.745 m，其里程范圍為K0+048.250～+264.995。該工程為天津市軟土地區(qū)首次采用盾構(gòu)法修建市政管道，沒有可借鑒的工程經(jīng)驗。

1.2 通用楔形環(huán)管片楔形量計算方法

通常一條隧道線路上有很多不同半徑的曲線,如按不同的曲線半徑來設(shè)計通用環(huán)管片楔形量,會導(dǎo)致類型太多,并給制造、設(shè)計和施工增加工作量[1]。一般通用楔形環(huán)的楔形量考慮最小的曲線半徑，結(jié)合管片外徑、環(huán)寬及螺栓數(shù)等參數(shù)，并結(jié)合曲線擬合近似幾何關(guān)系計算確定，通過旋轉(zhuǎn)通用楔形環(huán)進行組合來擬合不同半徑曲線。若不考慮糾偏及調(diào)整盾尾間隙等其他因素的影響，考慮最小的擬合誤差，旋轉(zhuǎn)單倍螺栓間角度可實現(xiàn)曲線段的錯縫拼裝。通用楔形環(huán)在最小半徑曲線處拼裝點位如圖1所示。

(a) 拼裝點位1

(b) 拼裝點位2

管片不同點位環(huán)寬可根據(jù)投影比例關(guān)系確定，將待求點位處半徑向水平方向投影，根據(jù)投影比例關(guān)系可得式(1)，由此可得任意點位處環(huán)寬相對標(biāo)準(zhǔn)環(huán)寬的變化量δθ=Δ(cosθ/2)。

(1)

式中：R為管片半徑；δθ為管片上某點環(huán)寬相對標(biāo)準(zhǔn)環(huán)寬的變化量。

通用楔形環(huán)在最小半徑曲線處拼裝參數(shù)見表1，表中環(huán)數(shù)為曲線擬合時相鄰環(huán)管片數(shù)量。令u=i/j，不考慮糾偏及調(diào)整盾尾間隙等其他因素的影響，考慮曲線段最小的擬合誤差，相鄰環(huán)相對旋轉(zhuǎn)螺栓間角度θ進行交替拼裝，則有u=1。

表1 通用楔形環(huán)在最小半徑曲線處拼裝參數(shù)

通用楔形環(huán)曲線擬合示意圖如圖2所示。將圖中管片環(huán)縫線延長至隧道曲線圓心，由于任意小段曲線長度相對于圓曲線半徑很小，可將任意小段的曲線近似為直線，近似成2個三角形，根據(jù)相似原理得到：

(2)

D為管片外徑； R為曲線半徑； A=cos θ/2。

由式(2)可得錯縫拼裝楔形量一般計算公式：

(3)

2 管片環(huán)寬、分塊及螺栓數(shù)不同組合形式理論研究

根據(jù)前期調(diào)研情況，國內(nèi)采用盾構(gòu)法施工內(nèi)徑≤3 m的市政管道工程，管片環(huán)寬多為1 m或1.2 m，分塊形式多為5分塊或6分塊。結(jié)合本工程具體特點，針對1 m環(huán)寬、1.2 m環(huán)寬管片分別結(jié)合不同的分塊形式及螺栓組數(shù)，進行相關(guān)理論研究。研究之初針對5分塊9組、13組、14組螺栓及6分塊10組、11組、14組螺栓分別進行相關(guān)的理論研究，發(fā)現(xiàn)5分塊14組螺栓與13組螺栓擬合偏差相差不大，且合理拼裝點位相同； 在此基礎(chǔ)上，考慮相對較少的螺栓數(shù)量，不再對5分塊14組螺栓進行相關(guān)的理論闡述。6分塊10組螺栓組合形式管片，K塊小端環(huán)向螺栓重疊較多，無法安裝，相對來說不太合理，對6分塊10組螺栓也不再進行理論闡述。

2.1 環(huán)寬1 m(或1.2 m)、5分塊、9組螺栓

管片外徑D=3.5 m，環(huán)寬W=1 m(或1.2 m)，分塊形式為1塊K型封頂塊+2塊B型鄰接塊+2塊A型標(biāo)準(zhǔn)塊(36°+2×82°+2×80°)，環(huán)縫螺栓9組(P1-P9)，最小旋轉(zhuǎn)角度40°，如圖3所示。

圖3 5分塊9組螺栓管片設(shè)計示意圖

根據(jù)前述楔形量計算方法，本工程最小曲線半徑R=150 m，考慮管片制作誤差、盾構(gòu)制作誤差及施工誤差等因素的影響，取計算半徑R=100 m，環(huán)寬W=1 m，管片直徑為3.5 m，相鄰環(huán)旋轉(zhuǎn)單倍螺栓環(huán)內(nèi)角度θ=40°，根據(jù)式(3)可得計算楔形量Δ=40 mm；若環(huán)寬W=1.2 m，計算楔形量Δ=48 mm。

直線段及不同半徑曲線段線路擬合，需要使用不同的拼裝點位來實現(xiàn)。管片拼裝點位的確定應(yīng)根據(jù)螺栓數(shù)量、拼裝形式及封頂塊限制拼裝位置確定。本工程采用錯縫拼裝形式，且要求封頂塊不能位于隧道底部，相鄰環(huán)管片旋轉(zhuǎn)n倍的螺栓間角度進行合適拼裝點位的選取。根據(jù)上述方法進行管片旋轉(zhuǎn)后，5分塊9組螺栓管片合理的拼裝點位為3個，見表2。

表2 5分塊9組螺栓管片相鄰環(huán)拼裝點位

根據(jù)線路曲線要素、管片參數(shù)及楔形量等基本信息進行全線的擬合排版，來校核設(shè)計參數(shù)的合理性及最大擬合偏差。限制K塊位于底部，且在錯縫拼裝的前提下進行平曲線擬合排版，根據(jù)排版擬合結(jié)果，環(huán)寬1 m、5分塊、9組螺栓組合形式的管片最大水平擬合偏差為-67.387 mm，擬合偏差最大點位于K0+201.788處；環(huán)寬1.2 m、5分塊、9組螺栓組合形式的管片最大水平擬合偏差為-104.598 mm，擬合偏差最大點位于K0+243.803處。全線擬合偏差較大位置均位于R=150 m小半徑曲線段，其他位置擬合偏差均相對較小。為了能夠說明不同環(huán)寬、分塊及螺栓數(shù)組合形式管片最大擬合誤差的相對差異，僅選取全線擬合偏差較大的里程段繪制水平偏差曲線，如圖4所示。

(a) 環(huán)寬1 m

(b) 環(huán)寬1.2 m

2.2 環(huán)寬1 m(或1.2 m)、5分塊、13組螺栓

管片外徑D=3.5 m，環(huán)寬W=1 m (或1.2 m)，分塊形式為1塊K型封頂塊+2塊B型鄰接塊+2塊A型標(biāo)準(zhǔn)塊(28°+2×82°55′23″+2×83°4′37″)，環(huán)縫螺栓13組(P1-P13)，最小旋轉(zhuǎn)角度為27°41′32″,如圖5所示。

圖5 5分塊13組螺栓管片設(shè)計示意圖

根據(jù)式(3)，考慮曲線段最小擬合誤差，相鄰相對環(huán)旋轉(zhuǎn)角度θ=27°41′32″滿足錯縫拼裝，可得環(huán)寬W=1 m時計算楔形量Δ=37 mm；若環(huán)寬W=1.2 m，計算楔形量Δ=45 mm。

同樣，根據(jù)前述拼裝點位確定方法及原則，相鄰環(huán)管片旋轉(zhuǎn)n倍的螺栓間角度進行合適拼裝點位的選取，5分塊13組螺栓管片合理的拼裝點位為6個，見表3。

表3 5分塊13組螺栓管片相鄰環(huán)拼裝點位

根據(jù)前述5分塊13組螺栓管片計算得到的楔形量，對1 m環(huán)寬及1.2 m環(huán)寬管片進行排版擬合偏差計算。根據(jù)排版結(jié)果，1 m環(huán)寬、5分塊、13組螺栓組合形式的管片最大水平擬合誤差為-6.512 mm，發(fā)生在K0+192.908; 1.2 m環(huán)寬、5分塊、13組螺栓組合形式的管片最大水平擬合誤差為-9.687 mm，發(fā)生在K0+182.287，兩者最大擬合偏差均位于R=150 m小半徑曲線段，如圖6所示。

(a) 環(huán)寬1 m

(b) 環(huán)寬1.2 m

2.3 環(huán)寬1 m(或1.2 m)、6分塊、11組螺栓

管片外徑D=3.5 m，環(huán)寬W=1 m(或1.2 m)，分塊形式為1塊K型封頂塊+2塊B型鄰接塊+3塊A型標(biāo)準(zhǔn)塊(30°+2×66°49′5″+2×65°27′16″)，環(huán)縫螺栓11組(P1-P11)，最小旋轉(zhuǎn)角度為32°43′38″，如圖7所示。

圖7 6分塊11組螺栓管片設(shè)計示意圖

根據(jù)式(3)，考慮曲線段最小擬合誤差，相鄰環(huán)旋轉(zhuǎn)角度θ=32°43′38″滿足錯縫拼裝，可得環(huán)寬W=1 m時計算楔形量Δ=38 mm；若環(huán)寬W=1.2 m，計算楔形量Δ=46 mm。

同樣，根據(jù)前述拼裝點位確定方法及原則，相鄰環(huán)管片旋轉(zhuǎn)n倍的螺栓間角度進行合適拼裝點位的選取，6分塊11組螺栓管片合理的拼裝點位為4個,見表4。

表4 6分塊11組螺栓管片相鄰環(huán)拼裝點位

根據(jù)前述6分塊11組螺栓管片計算得到的楔形量，對1 m環(huán)寬及1.2 m環(huán)寬管片進行排版擬合偏差計算。根據(jù)排版結(jié)果，1 m環(huán)寬、6分塊、11組螺栓組合形式的管片最大水平擬合誤差為-43.861 mm，發(fā)生在K0+166.762；1.2 m環(huán)寬、6分塊、11組螺栓組合形式的管片最大水平擬合誤差為-98.13 mm,發(fā)生在K0+231.367。兩者最大擬合偏差均位于R=150 m小半徑曲線段，如圖8所示。

(a) 環(huán)寬1 m

(b) 環(huán)寬1.2 m

2.4 環(huán)寬1 m(或1.2 m)、6分塊、14組螺栓

管片外徑D=3.5 m，環(huán)寬W=1 m(或1.2 m)，分塊形式為1塊K型封頂塊+2塊B型鄰接塊+3塊A型標(biāo)準(zhǔn)塊(26°+2×51°17′9″+2×77°8′34″)，環(huán)縫螺栓14組(P1-P14)，最小旋轉(zhuǎn)角度為25°42′51″,如圖9所示。

圖9 6分塊14組螺栓管片設(shè)計示意圖

根據(jù)式(3)，考慮曲線段最小擬合誤差，相鄰環(huán)相對旋轉(zhuǎn)角度θ=25°42′51″滿足錯縫拼裝，可得環(huán)寬W=1 m時計算楔形量Δ=37 mm；若環(huán)寬W=1.2 m，計算楔形量Δ=45 mm。

同樣，根據(jù)前述拼裝點位確定方法及原則，相鄰環(huán)管片旋轉(zhuǎn)n倍的螺栓間角度進行合適拼裝點位的選取，6分塊14組螺栓管片合理的拼裝點位為6個,如表5所示。

表5 6分塊14組螺栓管片相鄰環(huán)拼裝點位

根據(jù)前述6分塊14組螺栓管片計算得到的楔形量，對1 m環(huán)寬及1.2 m環(huán)寬管片進行排版擬合誤差計算。根據(jù)排版結(jié)果，1 m環(huán)寬、6分塊、14組螺栓組合形式的管片最大水平擬合誤差為-19.908 mm，發(fā)生在K0+157.787；1.2 m環(huán)寬、6分塊、14組螺栓組合形式的管片最大水平擬合誤差為-28.649 mm，發(fā)生在K0+216.948，兩者最大擬合偏差均位于R=150 m小半徑曲線段，如圖10所示。

(a) 環(huán)寬1 m

(b) 環(huán)寬1.2 m

3 不同組合形式管片綜合比選

本文分別對8種環(huán)寬、分塊形式及螺栓數(shù)不同組合形式的管片進行了楔形量、拼裝點位及擬合偏差的理論計算研究，從而得到了不同組合形式管片的楔形量、合理拼裝點位及最大擬合偏差，其結(jié)果匯總見表6。

表6 不同環(huán)寬、分塊及螺栓數(shù)管片理論計算匯總表

通過擬合偏差計算結(jié)果，不同組合形式管片的最大擬合偏差位置均出現(xiàn)在半徑R=150 m曲線段，但是最大誤差位置里程有所差別。針對水平擬合曲線，理論計算時考慮盾構(gòu)軸線與管片軸線始終沿曲線的割線方向，如圖11所示?？紤]極限狀態(tài)，盾構(gòu)由直線直接進入R=150 m圓曲線這個過程，盾構(gòu)掘進環(huán)寬l，盾構(gòu)需首先偏轉(zhuǎn)θ/2，然后管片軸線再偏轉(zhuǎn)θ/2，之后進入圓曲線后，由于盾構(gòu)掘進始終超前管片拼裝，盾構(gòu)掘進一個管片寬度l，盾構(gòu)軸線與管片軸線偏轉(zhuǎn)角度為θ，由θ值可得曲線內(nèi)側(cè)及外側(cè)的寬度，從而確定其拼裝點位。根據(jù)以上理論分析，曲線段擬合時管片寬度及拼裝點位相互影響，決定了不同位置的管片超前量，因此，不同環(huán)寬、縱向螺栓數(shù)組合形式的管片最大擬合偏差及出現(xiàn)的位置均有所差別，但是其最大擬合偏差應(yīng)出現(xiàn)在最小半徑曲線段。

圖11 盾構(gòu)掘進、管片拼裝與軸線幾何關(guān)系示意圖

3.1 理論計算層面分析

由以上計算結(jié)果可知，環(huán)寬1.2 m、5分塊、9組螺栓的組合形式管片的擬合偏差為104.598 mm，根據(jù)《盾構(gòu)法隧道施工及驗收規(guī)范》[13]9.3.4條要求，市政隧道軸線偏差應(yīng)小于100 mm，不滿足規(guī)范要求。除此之外，其他7種組合形式的管片理論上都能滿足規(guī)范的相關(guān)要求，但是，綜合考慮合理的拼裝點位數(shù)量、楔形量大小及擬合偏差，環(huán)寬1 m(5分塊、13組螺栓)及環(huán)寬1.2 m(5分塊、13組螺栓)2種組合形式的管片合理拼裝點位最多，且其楔形量在同等環(huán)寬的前提下最小，理論排版擬合偏差均小于10 mm，從設(shè)計角度考慮一般要求隧道擬合軸線與設(shè)計軸線的偏差整體不應(yīng)大于10 mm[1]。因此，從理論計算角度考慮，此2種組合形式的管片相對較為合理。

3.2 施工能力層面分析

在實際推進中, 盾構(gòu)姿態(tài)與管片姿態(tài)的關(guān)系是相輔相成的[14]。盾構(gòu)的推進是依靠推進油缸頂推到管片上形成反力向前施工，轉(zhuǎn)彎是依靠鉸接油缸收放來實現(xiàn)。若上下或左右油缸行程差較大時，就會出現(xiàn)盾尾間隙單側(cè)變小、盾構(gòu)軸線偏離管片軸線等情況，進而造成盾尾管片破壞、錯臺及擬合誤差較大等施工質(zhì)量問題。一般情況下，當(dāng)出現(xiàn)盾尾間隙一側(cè)較小時，除調(diào)整千斤頂行程差外，必要時可采用管片寬度較大的一側(cè)放在該處進行調(diào)節(jié)，通過管片本身偏移量增加相應(yīng)位置盾尾間隙，當(dāng)出現(xiàn)盾構(gòu)軸線偏離管片軸線時，也需要合適拼裝點位的管片進行調(diào)整。

此外，在曲線段正常擬合時，不同的曲線半徑應(yīng)選擇適合的拼裝點位進行擬合，為滿足錯縫拼裝要求，相鄰環(huán)旋轉(zhuǎn)角度越小其擬合誤差就越小。因此，在滿足曲線擬合誤差理論計算的基礎(chǔ)上，可通過增加螺栓組數(shù)來減小螺栓環(huán)內(nèi)間距，以減小曲線擬合時相鄰管片的相對旋轉(zhuǎn)角度，降低擬合誤差。

因此，曲線段盾構(gòu)施工，可供選擇的拼裝點位數(shù)量對于施工質(zhì)量顯得比較重要，是解決曲線段擬合偏差較為有效的方法之一。尤其像本工程R=150 m的小半徑曲線，在滿足曲線擬合誤差理論計算的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加管片拼裝點位顯得十分必要，如5分塊13組螺栓形式，其合理的拼裝點位相對較多，施工便利性也相對較好。

3.3 施工效率及防水性能層面分析

基于本工程隧道全長3 612 m，從所需管片總量而言，全線采用1.2 m環(huán)寬管片總量比1 m環(huán)寬管片減少約600環(huán)；同時，環(huán)縫數(shù)量減少，環(huán)縫防水材料也相應(yīng)減少，提高隧道整體防水能力及縱向剛度。此外，能有效地縮短施工工期，針對本工程長距離盾構(gòu)隧道施工特點而言，環(huán)寬適當(dāng)增大可極大地提高整體施工效率。由于目前施工水平的提高，管片寬度有明顯增大的趨勢[15]，在滿足小半徑曲線擬合及施工要求的前提下，盡量選擇環(huán)寬較大的管片，有利于盾構(gòu)隧道施工整體經(jīng)濟技術(shù)水平的提升。針對分塊形式的選擇，從整環(huán)施工效率、環(huán)內(nèi)接縫數(shù)量而言，采用5分塊形式能有效地減少環(huán)內(nèi)分塊數(shù)量及縱縫數(shù)量，對于管片整體施工效率及防水效果均是有利的。

因此，在滿足盾構(gòu)設(shè)備要求、施工要求及擬合誤差的前提下，就施工效率及防水性能角度考慮，結(jié)合理論計算及施工能力層面綜合比選，1.2 m環(huán)寬、5分塊、13組螺栓組合形式的管片相對較為合理。

3.4 局部構(gòu)造對管片整體剛度的影響分析

理論上，管片分塊及螺栓手孔數(shù)量越多，對管片整體剛度越不利。由于管片分塊數(shù)量、螺栓數(shù)在管片構(gòu)造上是相互影響的2個參數(shù)，應(yīng)在綜合考慮線路擬合偏差的前提下，準(zhǔn)確界定結(jié)構(gòu)局部構(gòu)造對管片整體剛度的影響。

針對管片分塊形式，減少縱縫數(shù)量對于管片整體剛度相對有利。結(jié)合5分塊及6分塊管片形式，對于管片整體剛度而言，顯然5分塊形式較為合理。

針對螺栓數(shù)量，相對較少的手孔數(shù)量對于管片整體剛度相對有利，同時，也應(yīng)該充分考慮縱向螺栓數(shù)量對于線路擬合偏差的綜合影響。結(jié)合本工程曲線擬合需要，13組及14組螺栓對于曲線段擬合偏差相對較小，在不考慮其他設(shè)計不可控因素影響的前提下，擬合偏差應(yīng)在10 mm以內(nèi)較為合理。鑒于管片內(nèi)力計算，在管片埋深一定的前提下，小直徑盾構(gòu)管片整體內(nèi)力水平相比于大直徑管片較小，結(jié)合目前國內(nèi)已施工的小直徑盾構(gòu)管片設(shè)計情況，多于13組螺栓的情況也有所涉及。在綜合考慮擬合偏差的前提下，針對管片手孔構(gòu)造對整體剛度的影響，在設(shè)計配筋時，結(jié)合管片內(nèi)力計算結(jié)果，對手孔位置進行針對性加強，除設(shè)置手孔π型加強筋外，在手孔四周設(shè)置封閉加強箍筋，同時，對所采用的混凝土宜適當(dāng)加入抗裂阻銹劑及聚丙烯纖維進行補強，以滿足管片生產(chǎn)、運輸、拼裝及使用過程中的強度要求。

4 結(jié)論與建議

本文結(jié)合小直徑市政排水盾構(gòu)隧道工程項目管片設(shè)計過程，對不同環(huán)寬、分塊形式及螺栓數(shù)等8種組合形式管片進行相關(guān)的理論比選研究。從不同組合形式管片擬合偏差理論計算、施工能力、施工效率及防水效果等方面分析了不同組合形式管片的適應(yīng)性。同時，提供一種管片環(huán)寬、分塊形式及螺栓數(shù)選擇的設(shè)計研究方法，以供類似盾構(gòu)隧道工程管片設(shè)計進行參考，并得到如下結(jié)論及建議。

1)針對本工程特點，全線整體選擇1.2 m環(huán)寬、5分塊、13組螺栓組合形式的管片相對較合理，可滿足實際擬合誤差及施工需求，并能有效提高施工效率，減少管片數(shù)量及接縫數(shù)量，增強隧道防水性能及剛度，提高工程整體經(jīng)濟技術(shù)的合理性。

2)管片主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計時，建議根據(jù)工程特點及實際使用功能需求，進行必要的理論計算分析來確定管片的相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)研、工程類比及相關(guān)工程經(jīng)驗綜合確定。針對管片環(huán)寬、分塊形式及螺栓組數(shù)，應(yīng)結(jié)合楔形量計算、拼裝點位選擇、理論排版擬合、施工效率評價、防水效果、施工水平及管片整體剛度等方面綜合考慮?；诒竟こ糖€擬合實際需求，選擇相對較多的螺栓數(shù)量，并對手孔位置進行了針對性補強設(shè)計。針對其他類似工程，如曲線半徑較大，在滿足曲線擬合偏差的前提下，應(yīng)選擇較少的螺栓數(shù)量，準(zhǔn)確界定結(jié)構(gòu)局部構(gòu)造對管片整體剛度的影響，避免對管片襯砌承載力造成明顯影響。

3)結(jié)合目前盾構(gòu)施工水平的提高，盾構(gòu)管片環(huán)寬設(shè)計有逐漸增大的趨勢，對于小半徑曲線較少的工程，由于盾構(gòu)姿態(tài)控制的施工風(fēng)險相對較小，采用大環(huán)寬管片是合理的。但是，對于連續(xù)的市政類小半徑曲線較多的小直徑盾構(gòu)隧道，一味地加大環(huán)寬不利于隧道姿態(tài)的控制與糾偏，應(yīng)綜合考慮。

4)目前，針對小直徑盾構(gòu)管片主要設(shè)計參數(shù)的相關(guān)研究還比較少，還需隧道工程界的同仁們結(jié)合后續(xù)越來越多的小直徑盾構(gòu)隧道項目進行相關(guān)的理論研究，并結(jié)合工程實踐得到小直徑盾構(gòu)管片主要參數(shù)設(shè)計較為成熟的系統(tǒng)性理論，為我國盾構(gòu)隧道建設(shè)的發(fā)展提供理論基石。