地鐵盾構(gòu)管片選型技術(shù)初探

王 俊

地鐵盾構(gòu)管片選型技術(shù)初探

王 俊

針對目前國內(nèi)盾構(gòu)施工中盾尾刷損壞造成盾尾漏水影響施工安全的事故,探討了地鐵盾構(gòu)管片選型應(yīng)考慮的因素,詳細(xì)介紹了管片選型方法,指出管片選型時應(yīng)熟悉管片結(jié)構(gòu),線路情況及盾構(gòu)機(jī)性能。

盾構(gòu)法,隧道,管片,選型方法

目前在中國地鐵盾構(gòu)法施工中存在管片破裂、錯臺、隧道滲水等諸多問題,盾構(gòu)施工中盾尾刷損壞造成盾尾漏水影響施工安全的事故頻繁,施工過程中如何正確的進(jìn)行管片選型是影響上述原因的重要因素,本文就管片選型技術(shù)進(jìn)行論述。

1 管片選型考慮的因素

1.1 管片類型

西安市軌道交通二號線盾構(gòu) 4標(biāo)管片分為三種類型：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)彎環(huán)和右轉(zhuǎn)彎環(huán)。

1.2 盾尾間隙

盾構(gòu)施工中管片的拼裝是在盾尾殼體的保護(hù)下在盾體內(nèi)部進(jìn)行的,每環(huán)管片拼裝完成后被推出盾尾(實際上是主機(jī)在已拼裝好的管片提供的反力作用下向前推進(jìn)),這要求盾殼和管片外徑之間有一定的空隙,這個空隙稱為“盾尾間隙”。

本工程盾構(gòu)機(jī)盾尾為一直徑 6 230mm、厚度 45mm的鋼筒,管片的外徑為 6 000mm。如果管片的中心軸和盾體的中心軸完全重合時,則四周的盾尾間隙值均為(6 150-45×2-6 000)/2= 30mm。當(dāng)管片的中心軸和盾體的中心軸不重合時,也就是說當(dāng)它們的姿態(tài)不一致時,盾尾間隙就會發(fā)生變化。

1.3 推進(jìn)油缸行程差

盾構(gòu) 4標(biāo)使用的日本小松盾構(gòu)機(jī)有20組推進(jìn)油缸,掘進(jìn)過程中通過調(diào)整推進(jìn)油缸的壓力,使盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計線路掘進(jìn)。由于隧道線路的曲線變化以及地質(zhì)條件的變化,各組推進(jìn)油缸的壓力各不相同,使得各推進(jìn)油缸的行程也不相同,存在一定的差值。

1.4 管片拼裝點位

我們從管片設(shè)計圖上能夠知道管片的縱向螺栓孔有 10個,而且它們沿管片的圓周方向是均勻分布的,任何相鄰的兩個環(huán)向螺栓孔與管片中心所成角度都為 36°,也就是說管片沿環(huán)向有10個安裝位置,每個位置稱為管片的一個拼裝點位。管片拼裝點位示意圖如圖 1所示。

1.5 錯縫拼裝

為了使管片更好的起到防水作用,管片拼裝方式采用錯縫拼裝,即相鄰的兩環(huán)管片不能有相連的縱縫。根據(jù)管片的拼裝點位可知管片的相鄰點位之間夾角為 36°,而管片標(biāo)準(zhǔn)塊兩縱縫的夾角為 72°,因此要避免管片通縫拼裝,相鄰兩環(huán)管片的拼裝點位相對差值不能是偶數(shù)位。管片錯縫拼裝可按表 1進(jìn)行。

表1 管片錯縫拼裝點位對應(yīng)表

2 管片選型方法

2.1 根據(jù)盾尾間隙進(jìn)行管片選型

盾尾間隙是管片選型的一個重要依據(jù)。為保證盾尾間隙的正常,每次安裝管片之前(一般推進(jìn)到 1.5m),對管片的上、下、左、右四個位置進(jìn)行盾尾間隙測量。如發(fā)現(xiàn)有一方向上的盾尾間隙接近 15mm時,就要用轉(zhuǎn)彎環(huán)對盾尾間隙進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整的基本原則是,哪邊的盾尾間隙過小,就選擇拼裝反方向的轉(zhuǎn)彎環(huán)。

2.2 根據(jù)油缸行程差進(jìn)行管片選型

西安市軌道交通二號線盾構(gòu) 4標(biāo)使用的日本小松盾構(gòu)機(jī)有20組推進(jìn)油缸,分為 A,B,C,D四大組(如圖 2所示),其中 2號, 7號,12號,17號油缸的行程可通過位移傳感器反映在盾構(gòu)機(jī)操作面板上,分別代表右上、右下、左下、左上四個方向。

施工過程中我們以各組油缸行程的差值大小來判斷是否應(yīng)該拼裝轉(zhuǎn)彎環(huán)。一般情況下當(dāng)兩個相反方向的行程差超過40mm時,就應(yīng)該選擇轉(zhuǎn)彎環(huán)來調(diào)整油缸行程差。

管片類型確定之后,再根據(jù) 4組油缸的行程值確定管片的拼裝點位。由圖 1,圖 2可看出,1點位在 1號油缸處、2點位在 2號和 3號油缸中間、3點位在 5號油缸處、11點位在 19號油缸處、10點位在 17號和 18號油缸中間、9點位在 15號油缸處。當(dāng)選擇右轉(zhuǎn)彎環(huán)管片拼裝在 11點位時,以 19號、9號油缸為軸線,軸線左邊的管片寬度均比管片的標(biāo)準(zhǔn)寬度 1 500 mm大,最大處為19號油缸逆時針旋轉(zhuǎn) 90°處——即 14號油缸處,該處的管片寬度為1 519mm,相比拼裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán),油缸行程減小了19mm;軸線右邊管片寬度均比管片的標(biāo)準(zhǔn)寬度 1 500mm小,最小處為 19號油缸順時針旋轉(zhuǎn) 90°處——即 4號油缸處,該處的管片寬度為 1 481mm,相比拼裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán),油缸行程增大了 19mm。因此由以上分析可知14號油缸和 4號油缸的行程差縮小了 38mm。

在實際的施工過程中,我們只能看到 2號、7號、12號、17號油缸的行程,因此我們需計算出 2號、7號、12號、17號油缸行程相比拼裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán)時的變化量(2號、7號、12號、17號油缸分別近似看作是 2,4,8,10點位,19號、9號油缸分別為 11,5點位)。2號油缸(2點位)和 19號油缸(11點位)相差 72°,因此 2號油缸行程增大值=72/90×19=15.2 mm(取整為15 mm);7號油缸(4點位)和 9號油缸(5點位)相差 36°,因此 7號油缸行程增大值=36/90×19=7.6mm(取整為8mm);以此類推,12號油缸行程變小值=72/90×19=15.2mm(取整為15mm),17號油缸行程變小值=36/90×19=7.6mm(取整為8mm)。因此拼裝完后各組油缸行程數(shù)據(jù)變?yōu)椋?/p>

17號油缸=1 793-1 500-8=285mm;

2號油缸=1 759-1 500+15=274mm;

12號油缸=1 804-1 500-15=289mm;

7號油缸=1 768-1 500+8=276mm;

2號、12號油缸行程差=|274-289|=15mm;

7號、17號油缸行程差=|276-285|=9mm。

根據(jù)以上方法,當(dāng)管片拼裝 10點位時,各組油缸行程數(shù)據(jù)變?yōu)椋?/p>

17號油缸=1 793-1 500-0=293mm;

2號油缸=1 759-1 500+19=278mm;

12號油缸=1 804-1 500-19=285mm;

7號油缸=1 768-1 500+0=268mm;

2號、12號油缸行程差=|278-285|=7mm;

7號、17號油缸行程差=|268-293|=25mm。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知,在這個例題中我們選擇拼裝的管片為右轉(zhuǎn)彎環(huán),拼裝的點位為 11點位最佳。考慮管片的錯縫拼裝,如果不能拼裝 11點位時,則可選擇拼裝 10點位。

2.3 根據(jù)盾尾間隙和油缸行程差進(jìn)行管片選型

在實際的管片選型過程中,我們要綜合考慮盾尾間隙和油缸行程差進(jìn)行管片選型。在選型過程中我們的目的是同時將盾尾間隙和油缸行程差調(diào)整至最佳狀態(tài),如果二者不能同時滿足時,則優(yōu)先考慮調(diào)整盾尾間隙。

3 結(jié)語

管片選型是一項復(fù)雜的工作,因此管片選型者應(yīng)熟悉管片的結(jié)構(gòu)特點、線路情況以及盾構(gòu)機(jī)性能等,選擇出最佳的管片類型,

建造出完美的隧道。

[1] 周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2] GB 50466-2008,盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范[S].

Prelim inary discussion on the subway shield segment selection technology

WANG Jun

In view of shield brush damage leading to shield leakage further influencing construction safety in current shield construction,it explores factors needing considering in subway shield segmentselection,specifically describes the segment selection techniques,and points out the segment structure,route condition,and shieldmachine p roperty should be familiar in segment selection.

shieldmethod,tunnel,segment,selectionmethods

U 455.43

A

1009-6825(2011)09-0182-02

2010-11-28

王 俊(1975-),男,工程師,西安市地下鐵道有限公司,陜西西安 710016