一種防止道床與管片相互脫空的管片構型

湯玉潔，張杰，丁飛 （中煤第三建設(集團)有限責任公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

地鐵道床是鋪設于盾構管片底部上方、軌道框架的基礎，把行車荷載傳遞給管片及周邊巖土體。地鐵隧道的整體式道床為直接澆筑于管片上的鋼筋混凝土結構，其與管片之間并無牢固連接，且兩者的混凝土等級差別較大（盾構管片混凝土等級為C50，道床混凝土等級一般為C35），導致兩者之間的界面粘結強度較低。在各種因素綜合作用下，道床與管片之間可能相互脫空，脫空位置處管片不再對道床提供豎向支撐力與水平向摩阻力，勢必影響行車安全。

在北京、上海、廣州、深圳、成都等地均曾發(fā)生過道床與管片剝離、脫空的現(xiàn)象。如上海地鐵1 號線黃陂南路站-人民廣場站-新閘路站區(qū)間內，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]。廣州地鐵1 號線東山口站-楊箕站-體育西站區(qū)間，道床兩側排水溝與管片出現(xiàn)了剝離，伴有冒泥、冒漿等現(xiàn)象[2]。道床與管片剝離的現(xiàn)象在成都地鐵盾構區(qū)間中較為常見，在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]。

目前，關于盾構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[4-7]及脫空危害的治理[8-12]等方面，而對如何從源頭減小管片與道床之間脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生研究較少。傳統(tǒng)道床設計中，道床鋼筋籠與管片之間并無本質連接，主要由于道床鋼筋無法在管片上生根。因此，如何改進管片設計，使道床與管片標準塊之間能夠相互有效連接，減少或杜絕道床與管片脫空現(xiàn)象的發(fā)生，是亟待解決的技術問題。

為此，本文提供一種盾構管片設計方案，使管片與道床之間相互牢固連接，減少與預防脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2 新型管片標準塊

一般地，一環(huán)地鐵隧道由六塊管片組裝而成，包括三塊標準塊、兩塊鄰接塊與一塊封頂塊，通常標準塊用A1、A2、A3 表示，鄰接塊用B1、B2 表示，封頂塊用K 表示。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。三個標準塊的尺寸與配筋完全相同，一般標準塊鋪設于中下部，道床通常置于標準塊之上。

管片標準塊的環(huán)向弧度為67.5°，縱向設置3 排螺栓孔，相鄰螺栓孔中心線的環(huán)向弧度為22.5°，邊緣螺栓孔中心線距管片邊緣的的環(huán)向弧度為11.25°，如圖1 與圖2 所示。鑒于道床主要鋪設于管片標準塊上的事實，現(xiàn)對管片標準塊進行局部改造，鄰接塊、封頂塊無需改動。

圖1 傳統(tǒng)管片標準塊正面設計圖

圖2 傳統(tǒng)管片標準塊平面設計圖

一種抵抗道床脫空的管片標準塊，其特征在于：一環(huán)管片共三個標準塊，包括一個帶一個凸塊的標準塊、一個帶兩個凸塊的標準塊與一個不帶凸塊的傳統(tǒng)標準塊；帶一個凸塊標準塊的凸塊位于管片邊緣的縱向螺栓孔之間；帶兩個凸塊標準塊的凸塊位于管片邊緣與中部的縱向螺栓孔之間；凸塊與管片內側之間設置孔洞；凸塊的內部配筋與管片主筋牢固連接。

圖3 與圖4 給出了帶兩個凸塊的標準塊的構型圖，兩凸塊位于管片邊緣與中部的縱向螺栓孔之間。圖5 與圖6 給出了帶一個凸塊的標準塊的構型圖，凸塊位于管片邊緣的縱向螺栓孔之間。

圖3 帶兩個凸塊的管片標準塊主視圖

圖5 帶一個凸塊的管片標準塊主視圖

圖6 帶一個凸塊的管片標準塊三維方位圖

管片環(huán)向組裝時，帶一個凸塊的標準塊與帶兩個凸塊的標準塊相互組裝，且在管片邊緣設置凸塊的一側相互連接，如圖7 所示。管片縱向組裝時，相鄰各環(huán)管片錯縫連接，且錯縫弧度為22.5°，最終使所有凸塊形成三列縱向排列，如圖8 與圖9 所示。一般情況下，管片標準塊弧長為67.5°，沿縱向設置排縱向螺栓孔，相鄰縱向螺栓孔之間的弧度為22.5°，側邊螺栓孔離管片邊緣的弧度為11.25°，故相鄰管片組裝后相鄰側邊螺栓孔之間的弧度為2×11.25°=22.5°，因此相鄰各環(huán)管片錯縫連接且錯縫弧度為22.5°，即可實現(xiàn)縱向有效連接，如圖8～圖10所示。

圖8 管片標準塊縱向連接示意圖

圖9 道床鋼筋籠與管片連接示意圖

圖10 道床鋼筋籠底部縱筋與管片凸塊連接示意圖

凸塊上的孔洞直徑不小于5.0cm，凸塊的縱向長度在25～50cm 之間取值。凸塊位于兩個縱向螺栓孔之間居中分布，兩個縱向螺栓孔間距為75cm，凸塊縱向長度不應使局部產(chǎn)生應力集中。上述尺寸是針對管片寬度為1.5m 的情況進行描述的。

隧道管片內部的道床施工時，道床鋼筋籠的部分底部縱筋穿入各列凸塊的孔洞中，使道床鋼筋籠與管片之間形成牢固連接，如圖9與圖10所示。

穿入凸塊孔洞中的底部縱筋應具有足夠的強度，在道床與管片相互作用下不發(fā)生屈服與破壞。凸塊2 的內部配筋及鋼筋連接應具有足夠的強度，在道床與管片相互作用下不發(fā)生屈服與破壞。

最終管片內部的道床如圖11 所示，三列凸塊對稱地分布于道床底部，道床鋼筋籠4 中的部分底部縱筋穿入凸塊2的孔洞中。

圖11 道床澆筑成型示意圖

3 制作與施工要點

3.1 新型管片制作與施工要點

局部改造管片標準塊的制作模具，使一個標準塊帶一個凸塊，凸塊位于管片邊緣的縱向螺栓孔之間；使另一個標準塊帶兩個凸塊，兩凸塊位于管片邊緣與中部的縱向螺栓孔之間，凸塊的內部配筋與管片主筋牢固相連。第三個標準塊與傳統(tǒng)標準塊相同，模具無需改變。

盾構施工時，管片環(huán)向組裝時帶一個凸塊的標準塊與帶兩個凸塊的標準塊相互組裝，且在管片邊緣設置凸塊的一側相互連接，如圖7 所示；管片縱向組裝時，相鄰各環(huán)管片錯縫連接且錯縫弧度為22.5°，最終使所有凸塊形成三列縱向排列，如圖8所示。

道床施工時，道床鋼筋籠的部分底部縱筋1 穿入各列凸塊的孔洞中，使道床鋼筋籠與管片之間形成牢固連接，如圖9 與圖10 所示。最終使三列凸塊對稱的位于道床底部，道床鋼筋籠中的部分底部縱筋穿入凸塊的孔洞中，如圖11所示。

3.2 新型管片構型優(yōu)點

通過管片標準件上設置帶孔洞的凸塊，使道床鋼筋籠的部分底部縱筋穿入各列凸塊的孔洞中，使道床鋼筋籠與管片之間形成牢固連接，相互形成整體，減少或杜絕了道床與管片脫空現(xiàn)象的發(fā)生。

道床鋼筋籠的部分底部縱筋穿入各列凸塊的孔洞中相互形成整體，不僅提高了道床的整體性，還提高了隧道的抗變形能力，為減小隧道管片之間錯臺、滲漏發(fā)揮積極作用。

地鐵運行過程中使道床與管片之間產(chǎn)生較大的切向力，要求道床與管片之間提供較大的縱向摩擦力，道床底部管片上凸起的凸塊增大了道床與管片之間的相互摩擦，對列車運行有利。

對傳統(tǒng)管片標準塊進行局部改造，形成一個帶一個凸塊的標準塊、一個帶兩個凸塊的標準塊與一個不帶凸塊的傳統(tǒng)標準塊，凸塊位置固定，滿足標準化生產(chǎn)需求，對管片制作與生產(chǎn)無明顯影響。

4 結論

本文提出了一種抵抗道床脫空的管片標準塊，一環(huán)管片共三個標準塊，分別為一個帶一個凸塊的標準塊、一個帶兩個凸塊的標準塊與一個不帶凸塊的傳統(tǒng)標準塊。帶一個凸塊標準塊的凸塊位于管片邊緣的縱向螺栓孔之間，帶兩個凸塊標準塊的凸塊位于管片邊緣與中部的縱向螺栓孔之間，凸塊與管片內側之間設置孔洞，凸塊的內部配筋與管片主筋牢固連接。

隧道管片內部的道床施工時，道床鋼筋籠的部分底部縱筋穿入各列凸塊的孔洞中，使道床鋼筋籠與管片之間形成牢固連接，減少或杜絕了道床與管片脫空現(xiàn)象的發(fā)生，還提高了隧道的抗變形能力，為減小隧道管片之間錯臺、滲漏發(fā)揮積極作用。

凸塊的設置提高了道床與管片之間的縱向摩擦力，對列車運行有利，且凸塊位置固定，適合標準化生產(chǎn)需求，對管片制作與生產(chǎn)無明顯影響。