盾構管片拼裝施工技術

汪 偉

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101100）

1 盾構管片拼裝技術概述

盾構法常用于城際鐵路、城市地鐵修建，自動化水平高，對周邊環(huán)境影響小，但是設備相對昂貴，對施工人員的專業(yè)性要求高。結合我國盾構工法的實際運用情況分析可知，盾構機類型眾多，以適應不同地層的掘進需求，其施工流程可分為始發(fā)、掘進、到達三大步驟，所有開挖、拼裝工作均在盾構機內(nèi)部完成，整個施工過程安全風險較小。

管片是隧道襯砌的主要構成部分，發(fā)揮著支護、抵抗水土壓力的作用，而且其制造費用較高，占盾構隧道建設總投資的40%。管片拼裝機安裝在盾構機盾體支撐環(huán)上，盾體掘進后管片拼裝機進行襯砌安裝，各執(zhí)行機構抓取、移動、定位、螺栓連接管片，如此循環(huán)往復，對隧道表面進行支撐。

2 盾構管片拼裝機工作原理及管片拼裝方法

2.1 盾構管片拼裝機工作原理

盾構管片拼裝機主要組成部分包括自動輸片裝置、抓取裝置、提升機構、平移機構、回轉機構、微調(diào)機構等，其在拼裝區(qū)域內(nèi)可完成6 個自由度無干涉運動，如圖1 所示即為真空吸盤式管片拼裝機，其具有使用簡單、安全性高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢，只需幾秒就可完成管片取放，且真空吸盤不會在管片上留有痕跡。

圖1 真空吸盤式管片拼裝機

2.2 管片拼裝方法

盾構管片拼裝，主要分為通縫拼裝和錯縫拼裝2 種形式。

1）通縫拼裝 管片縱縫對齊，定位方便，易安裝縱向螺栓。但是，通縫拼裝易環(huán)面不平，引發(fā)較大的累計誤差，甚至出現(xiàn)環(huán)向螺栓無法安裝的情況，環(huán)與環(huán)縫隙壓密量不夠，縱縫接頭變形未得到相鄰管片約束。此種拼裝方法所形成的隧道結構在柔性方面表現(xiàn)較好，在地質條件較好的地層中可充分調(diào)動土體抗力。

2）錯縫拼裝 相鄰管片縱縫錯開，錯開距離為管片弧長度的1/3～1/2。此種拼裝方法下管片較難定位，給縱向螺栓的安裝也帶來一定的難度，施工應力較大，管片易出現(xiàn)裂縫。但是此拼裝方法下環(huán)面平整，整體性好。

2.3 管片拼裝質量管理

盾構管片拼裝施工質量直接關系到隧道成型質量，常見質量問題包括管片破損、滲漏、錯臺、軸線偏移等。而該部分問題的產(chǎn)生可歸納為以下5 點原因。

1）管片尺寸偏差 盾構管片生產(chǎn)時尺寸與設計要求存在偏差，導致拼裝精度差、橢圓不達標等。

2）拼裝不規(guī)范 盾構管片拼裝時未嚴格按操作標準要求作業(yè)，如未及時清理盾尾和環(huán)間雜物、管片拼裝順序錯誤、螺栓復緊不到位、未預留足夠空間安裝封頂塊等。

3）注漿質量差 盾尾與管片分離后，管片與土體之間會形成一個環(huán)狀間隙帶，需進行壁后注漿，固定好管片。若漿液凝結速度過慢、注漿量、壓力等參數(shù)控制不當，則會導致錯臺的問題。

4）盾構機操作不當 隧道區(qū)間作業(yè)時，盾構機呈蛇形掘進，姿態(tài)控制要求高，若是出現(xiàn)偏差后未及時調(diào)整，也會給管片拼裝等施工帶來難度。

5）管片拼裝點位選擇錯誤 掘進過程中推進油缸各分區(qū)行程差大，鉸接油缸行程差大，盾尾管片與盾體之間間隙差值較大，若是未按要求選擇正確的拼裝點位及拼裝順序，會導致管片拼裝困難和管片破損、錯臺等情況發(fā)生。

對此，必須加強管片拼裝成型質量管理，做好檢測工作，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。以管片錯臺質量問題為例，可從人、機、料、法、環(huán)等方面出發(fā)，全面落實質量檢查與處理工作，保證管片拼裝質量可靠。

3 實例探析盾構管片拼裝施工技術與質量控制

3.1 工程概況

珠機二期三灶隧道盾構區(qū)間位于珠海市金灣區(qū)272 省道下方，前部接140m 進口明挖段，后接803m 出口明挖段，線路左側臨海。盾構隧道起迄里程：左線DK35+550.939—DK37＋700.939，全長2 150m（1 195 環(huán)），右線YDK35+550.862—YDK37＋695.241，全長2 144.379m（1 192 環(huán)），該區(qū)間全長4 294.379m（2 387 環(huán)）。

3.2 管片選型

經(jīng)綜合分析，本項目管片包括8 個類型。襯砌環(huán)組成：封頂塊（1 個）+鄰接塊（2 個）+標準塊（4 個）。

3.3 管片生產(chǎn)

3.3.1 管片生產(chǎn)計劃

管片生產(chǎn)計劃如表1 所示，7 套模具2 個循環(huán)可生產(chǎn)14環(huán)/d。

表1 管片生產(chǎn)計劃

表2 管片進場驗收標準

3.3.2 襯砌環(huán)形式及拼裝方式

1）襯砌環(huán)形式 曲線段采用通用楔形環(huán)，雙面楔形。

2）管片拼裝 主要為錯縫拼裝，特殊情況下通縫拼裝，連續(xù)通縫不大于3 環(huán)。

3）特殊管片 橫通道與正弦隧道相接處的4 環(huán)管片、盾構始發(fā)及接受環(huán)管片需要采用特殊管片環(huán)，特殊環(huán)與標準環(huán)相接處設變形縫。

4）拼裝精度 管片首次生產(chǎn)進行水平拼裝檢驗，驗收合格后批量生產(chǎn)；正常生產(chǎn)期間，每200 環(huán)水平拼裝檢驗1 次，同時需開展檢漏測試、管片抗彎試驗等。

3.4 管片進場驗收與堆放

管片進場時，管片強度需達100%，抗?jié)B等級P12，驗收合格方可進場，管片進場驗收標準如表2 所示。

管片堆放場設在始發(fā)井口附近，用于堆放襯砌管片和管片防水處理場地，小型龍門式起重機行走覆蓋整個場地，便于管片起吊運輸。

3.5 管片拼裝

管片由下至上拼裝，標準塊→鄰接塊→封頂塊。

3.6 管片質量保證措施

1）嚴格審查管片生產(chǎn)工藝和質量保證措施，認真做好過程控制。指派專門的管片質量檢查人員全程在構件廠駐場檢查管片生產(chǎn)過程的質量、原材料及生產(chǎn)工藝的控制情況，要求構件廠提供從原材生產(chǎn)及試驗的所有資料，并結合檢查記錄分析等形成質量周報，并報業(yè)主及監(jiān)理等單位。

2）選取管片時要多方面考慮，遵循“勤糾偏、小糾偏”原則，減小管片拼裝時的錯臺。

3）確保管片的自身防水符合設計要求，并對管片彈性密封墊入洞前、拼裝前進行嚴格的驗收。

4）安裝管片螺栓接頭前檢驗止水墊圈完整方可安裝螺栓。

5）嚴格按指定的拼裝工藝進行拼裝，拼裝過程中經(jīng)尺量管片錯臺符合拼裝要求后，再將管片就位。

4 結語

管片拼裝是盾構施工的重要工序，按順序對每環(huán)管片進行拼裝。盾構機施工中，管片拼裝與隧道開挖同時進行，必須根據(jù)隧道實際情況進行管片選型，依次安裝相鄰塊、封頂塊，加強管片預制質量檢查與安裝精度控制，切實保證隧道襯砌安裝規(guī)范安全、質量可靠。