一種降低道床與管片之間脫空的新型管片螺栓技術(shù)

張杰，張家樂，劉金龍，祝磊

（1.中煤第三建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031;2.合肥學(xué)院 城市建設(shè)與交通學(xué)院，安徽 合肥 230601）

1 引言

盾構(gòu)法施工已在地鐵隧道中得到了廣泛應(yīng)用，盾構(gòu)隧道由盾構(gòu)管片拼裝而成。一環(huán)地鐵隧道由六塊管片組裝而成，包括三塊標(biāo)準(zhǔn)塊、兩塊鄰接塊與一塊封頂塊，通常管片之間環(huán)向用12個M27螺栓連接，縱向用16 個M27 螺栓連接。地鐵道床鋪設(shè)于盾構(gòu)管片底部上方，是軌道框架的基礎(chǔ)，把行車荷載傳遞給管片及周邊巖土體。

現(xiàn)行的道床鋼筋混凝土與管片之間并無本質(zhì)上的連接，而盾構(gòu)管片在縱向與環(huán)向極易產(chǎn)生管片間的錯動變形，進(jìn)而導(dǎo)致道床與管片之間相互脫空。工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、管片拼裝質(zhì)量、隧道不均勻變形、列車振動、新老混凝土粘結(jié)度較差等原因均可導(dǎo)致道床與管片之間產(chǎn)生脫空。

如上海地鐵1 號線黃陂南路站-新閘路站區(qū)間內(nèi)，隧道與道床間接觸的部位發(fā)生開裂，裂縫寬度在0.5～0.8mm 左右[1]；北京地鐵機(jī)場線T2 至三元橋上行線路K4+860 附近20 環(huán)管片范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，管片最大錯臺量達(dá)20mm，道床與結(jié)構(gòu)最大脫空超過12mm[2]；成都1 號線三期、3 號線二/三期、4號線二期、7號線、10號線一期共發(fā)現(xiàn)約3000 處剝離[3]，道床與管片剝離的現(xiàn)象在成都地鐵盾構(gòu)區(qū)間中較為常見。董飛等[4]對北京地鐵隧道的病害狀態(tài)進(jìn)行了總結(jié)，其中道床與管片之間的剝離導(dǎo)致道床產(chǎn)生橫向貫通裂縫最大達(dá)6mm。

目前，關(guān)于盾構(gòu)管片與道床之間的脫空研究主要集中在脫空現(xiàn)象的探測[5-8]及脫空危害的治理[9-12]方面，而對設(shè)計中如何加強(qiáng)管片與道床之間的相互連接研究較少。

為此，本文提供一種盾構(gòu)管片新型螺栓，使道床鋼筋籠與管片之間牢固連接，達(dá)到減少與預(yù)防脫空現(xiàn)象產(chǎn)生的目的。

2 新型管片螺栓

盾構(gòu)管片傳統(tǒng)螺栓組裝前后的構(gòu)造如圖1 與圖2 所示，其由螺桿、頭部、螺紋、螺母、墊片組裝而成。傳統(tǒng)道床鋼筋籠如圖3與圖4所示，鋼筋籠置于管片內(nèi)側(cè)底部，一般僅把接觸面上的管片表面鑿毛處理，故鋼筋籠與管片之間無本質(zhì)上的連接，且由于兩者的混凝土等級差別較大（盾構(gòu)管片混凝土等級為C50、道床混凝土等級一般為C35），導(dǎo)致兩者之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度較低。

圖1 傳統(tǒng)管片螺栓組裝前示意圖

圖2 傳統(tǒng)管片螺栓組裝后示意圖

圖3 道床鋼筋籠置于隧道管片示意圖

圖4 道床鋼筋籠示意圖

為此，提出了一種盾構(gòu)管片新型螺栓，組裝前后的構(gòu)造如圖5 與圖6 所示。新型螺栓為在傳統(tǒng)螺栓的頭部增設(shè)一定長度的帶螺紋的螺桿，該構(gòu)型是為了便于在螺栓頭部位置綁定拉筋。拉筋一端與道床鋼筋籠綁扎相連、另一端與管片新型螺栓牢固相連，如圖7 與圖8 所示。所述的拉筋能有效將荷載基于新型螺栓傳遞給管片，從而抑制了相互脫空的形成與發(fā)展。

圖5 新型管片螺栓組裝前示意圖

圖7 新型管片螺栓與拉筋連接示意圖

圖8 拉筋與道床鋼筋籠連接示意圖

連接時，拉筋一端有效纏繞在新型螺栓的頭部帶螺紋的螺桿上，并通過墊片與螺母旋緊與固定，如圖7 所示。拉筋的另一端與道床鋼筋籠綁扎相連屬于常規(guī)做法，新型螺栓應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，在拉筋的荷載作用下不發(fā)生屈服與破壞。

道床鋼筋籠設(shè)置拉筋位置處的管片螺栓采用新型螺栓，其余不設(shè)置拉筋位置處的管片螺栓仍采用傳統(tǒng)螺栓。

故使用新型管片螺栓的道床鋼筋籠，包括道床鋼筋籠與拉筋。道床鋼筋籠置于管片內(nèi)側(cè)底部，由底部縱筋、頂部縱筋、橫向架立筋與箍筋組成；拉筋一端與道床鋼筋籠綁扎相連、另一端與管片新型螺栓牢固相連；拉筋能有效將荷載傳遞給新型螺栓承擔(dān)，如圖9所示。

圖9 增設(shè)拉筋的道床鋼筋籠連接示意圖

3 制作與施工要點

抵抗道床與管片脫空的道床鋼筋籠的施工要點如下：在盾構(gòu)管片組裝時，對于道床底部范圍內(nèi)的管片連接采用新型螺栓，其余位置的管片螺栓仍采用傳統(tǒng)螺栓；進(jìn)入道床施工階段時，將拉筋一端加工成略大于螺桿直徑孔洞的彎曲段，將彎曲段套入新型螺栓頭部附近的帶螺紋的螺桿上，基于墊片與螺母旋緊，使拉筋與新型螺栓牢固相連；后續(xù)按常規(guī)方法在道床范圍內(nèi)綁扎道床鋼筋籠，并把拉筋的另一端與道床鋼筋籠綁扎相連；后續(xù)在道床內(nèi)設(shè)置扣件、軌道，澆筑混凝土，最終形成供地鐵車輛使用的道床結(jié)構(gòu)。

新型管片螺栓的優(yōu)點：道床鋼筋籠通過拉筋與管片螺栓牢固相連，拉筋能把一定荷載傳遞給管片新型螺栓，從而管片與道床鋼筋籠形成有效約束、固定關(guān)系，有效減少與預(yù)防了道床與管片之間脫空的產(chǎn)生；新型螺栓僅在傳統(tǒng)螺栓頭部增設(shè)一定長度的帶螺紋螺桿，該新型螺栓構(gòu)造簡單、加工方便，與傳統(tǒng)螺栓相比新型螺栓的連接管片施工并無區(qū)別，且僅在道床鋼筋籠設(shè)置拉筋位置處的管片螺栓采用新型螺栓，其余不設(shè)置拉筋位置處的管片連接仍采用傳統(tǒng)螺栓；道床鋼筋籠與傳統(tǒng)方法相比，僅增加拉筋，對施工工期與工程造價無明顯影響，但大大提高了道床混凝土結(jié)構(gòu)與管片之間的整體性，提高了列車運行安全性，降低了后期道床維修與保養(yǎng)難度，具有經(jīng)濟(jì)性與實用性。

4 結(jié)論

文章提出了一種新型管片螺栓，為在傳統(tǒng)螺栓的頭部增設(shè)一定長度的帶螺紋的螺桿。該構(gòu)型是為了便于在螺栓頭部位置綁定拉筋。拉筋一端與道床鋼筋籠綁扎相連、另一端與管片新型螺栓牢固相連，能有效將荷載基于新型螺栓傳遞給管片，從而抑制了相互脫空的形成與發(fā)展。

新型螺栓構(gòu)造簡單、加工方便，與傳統(tǒng)螺栓相比新型螺栓的連接管片施工并無區(qū)別，且僅在道床鋼筋籠設(shè)置拉筋位置處的管片螺栓采用新型螺栓，其余不設(shè)置拉筋位置處的管片連接仍采用傳統(tǒng)螺栓。

道床鋼筋籠與傳統(tǒng)方法相比，僅增加拉筋對施工工期與工程造價無明顯影響，但大大提高了道床混凝土結(jié)構(gòu)與管片之間的整體性，為從源頭杜絕與減少道床與管片之間的相互脫空提供了新思路。