城市軌道盾構(gòu)隧道管片選型及技術(shù)要點(diǎn)

楊曉虎

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，北京 100176）

0 引言

軌道交通的建設(shè)有助于緩解城市交通壓力，為中心城區(qū)與周邊郊區(qū)提供聯(lián)系通道。根據(jù)城市對(duì)于地鐵工程的要求，多采用快線A+型車，最高時(shí)速140 km/h，施工中盾構(gòu)隧道工程較為關(guān)鍵，普遍使用到內(nèi)徑5.5 m 的管片。考慮到盾構(gòu)施工的質(zhì)量要求，有必要從工程實(shí)例出發(fā)，圍繞管片選型、施工技術(shù)等方面做深入的探討。

1 工程概況

盤(pán)香路站是南通市地鐵工程的重要站點(diǎn)，位于崇川路與盤(pán)香路路口，采取東西布置形式。該站為12 m 島式站臺(tái)地下二層車站，標(biāo)準(zhǔn)段為單柱雙跨框架形式，部分標(biāo)準(zhǔn)段因地形的特殊性而采用高雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)。規(guī)格方面，該站總長(zhǎng)203.2 m，寬20.7 m。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)段施工要求，該處基坑開(kāi)挖深度16.6 m；根據(jù)端頭井設(shè)計(jì)方案，此處基坑開(kāi)挖深度18.40 m。

2 管片選型及精度控制

管片選型的合理性是提升盾構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵[1-2]，其內(nèi)徑5500 mm，厚350 mm，寬1200 mm。轉(zhuǎn)彎環(huán)均設(shè)置為雙面楔的形式，各處楔形量相一致，均為37.2 mm。

影響管片拼裝質(zhì)量的因素較多，主要取決于管片精度，同時(shí)該指標(biāo)還對(duì)管片受力帶來(lái)直接影響[3]。由于隧道使用環(huán)境的特殊性，防水是必要的前提，必須提升管片精度，以免對(duì)管片自防水能力造成影響。

根據(jù)管片精度易影響施工質(zhì)量的特點(diǎn)，必須從管片模具精度入手，主要考慮寬度、弦長(zhǎng)等共計(jì)5 個(gè)方面的指標(biāo)，各自的質(zhì)量要求與檢查方法見(jiàn)表1。

表1 管片模具精度

3 管片拼裝

3.1 質(zhì)量要求

以招標(biāo)文件為基本指導(dǎo)，結(jié)合現(xiàn)階段的技術(shù)規(guī)范要求，總結(jié)管片拼裝作業(yè)時(shí)各細(xì)分項(xiàng)目的精度要求（表2）。除所給內(nèi)容外，還要避免管片裂縫、破損等質(zhì)量問(wèn)題。

表2 管片制作拼裝精度要求

3.2 防水工藝

（1）嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求，完成彈性密封膠的安裝作業(yè)，不可出現(xiàn)錯(cuò)用漏用的現(xiàn)象。

（2）為提升密封材料安裝效果，必須根據(jù)實(shí)際情況編制指導(dǎo)書(shū)，將其作為安裝的基本引導(dǎo)。彈性密封膠采取粘貼的安裝方式，在此之前需將預(yù)留凹槽內(nèi)殘留的灰塵清理干凈，以免后續(xù)使用中出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。安裝作業(yè)必須調(diào)整好彈性密封墊的位置，使其處于凹槽正中心處，目的在于擴(kuò)大彈性密封膠的接觸范圍。

（3）管片存放區(qū)域必須采取防護(hù)措施，如增設(shè)防雨、防潮設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)管片的有效保護(hù)，以免因雨水影響而出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

（4）檢驗(yàn)彈性密封墊的質(zhì)量情況，若受損需及時(shí)更換，否則不可投入使用。

3.3 拼裝順序

結(jié)合工程施工特點(diǎn)，選擇錯(cuò)縫拼裝工藝，優(yōu)先從底部開(kāi)始，遵循對(duì)稱原則依次拼裝。此過(guò)程中，封頂塊是最后的拼裝構(gòu)件。

（1）環(huán)、縱向螺栓連接。通過(guò)可靠的管片連接件，有助于提升管片拼裝質(zhì)量，因此選擇合適的連接件尤為關(guān)鍵。為確保施工質(zhì)量，需通過(guò)抽查的方式檢驗(yàn)質(zhì)量情況，提升連接件的穩(wěn)定性，對(duì)其采取鋅基鉻酸鹽防腐處理。做好管片拼裝前的檢查工作，要求螺栓對(duì)位滿足精度要求，所有連接螺栓保持緊固狀態(tài)。實(shí)際拼裝作業(yè)時(shí)，每結(jié)束一塊管片安裝后均要安排人員初擰螺栓，經(jīng)拼裝后再緊固處理。

（2）環(huán)面超前量的控制。工程中，需加強(qiáng)對(duì)管片環(huán)面超前量的檢驗(yàn)，若該值超出合理范圍，可利用轉(zhuǎn)彎環(huán)調(diào)節(jié)，以隧道軸線為基準(zhǔn)，經(jīng)處理后要求環(huán)面與之呈垂直的空間關(guān)系。

（3）施工要求：①做好管片拼裝前的準(zhǔn)備工作，若盾尾拼裝區(qū)域殘留雜物，該部分需得到有效處理，檢查各施工材料，如管片型號(hào)等不滿足要求時(shí)禁止投入使用，若出現(xiàn)受損現(xiàn)象則要對(duì)其采取修復(fù)措施；②拼裝作業(yè)時(shí)做好對(duì)既有結(jié)構(gòu)的保護(hù)，避免管片和密封條破損；若因種種原因造成管片損傷，要采取更換措施；③螺栓是提升管片連接穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其必須達(dá)到擰緊的狀態(tài)，每結(jié)束一環(huán)拼裝作業(yè)后，施工人員均要及時(shí)擰緊，本工程中使用到縱、環(huán)向螺栓，二者均要維持緊固狀態(tài)。成環(huán)管片推出盾尾時(shí)，應(yīng)安排專員再次復(fù)緊螺栓。經(jīng)持續(xù)施工作業(yè)并貫通隧道后，還需再次復(fù)緊螺栓。

3.4 質(zhì)量控制措施

（1）加強(qiáng)管片的質(zhì)量檢驗(yàn)，出現(xiàn)破損應(yīng)禁止投入使用。下井吊裝管片時(shí)，通過(guò)可行的保護(hù)措施避免管片受損。

（2）完成管片清理作業(yè)后才可粘貼密封墊，否則將降低粘貼穩(wěn)定性。管片堆放區(qū)的防護(hù)措施要做到位，應(yīng)增設(shè)防雨淋設(shè)置。

（3）做好管片安裝前的準(zhǔn)備工作，若存在污泥等雜質(zhì)，均要得到有效的清理。

（4）非管片安裝區(qū)域推進(jìn)油缸的工作狀態(tài)要得到靈活的調(diào)整，在管片安裝區(qū)域的推進(jìn)油缸發(fā)生收縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，該處不可同步此動(dòng)作。

（5）施工中存在特殊管片安裝作業(yè)，在此之前需調(diào)整好盾構(gòu)間隙，盡可能縮小推進(jìn)油缸行程差，以便給管片安裝創(chuàng)造良好條件。

（6）微調(diào)裝置是重要的輔助工具，在其作用下可改變管片的姿態(tài)，使相鄰管片平順連接，最大程度上控制錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。調(diào)整作業(yè)時(shí)，應(yīng)滿足平穩(wěn)性要求，以免管片間發(fā)生碰撞。

（7）以設(shè)計(jì)方案為準(zhǔn)，靈活調(diào)整同步注漿壓力，必須控制在限值以內(nèi)。

（8）管片安裝實(shí)行多指標(biāo)控制措施，如隧道軸線偏差、錯(cuò)臺(tái)量等方面的控制。

4 管片楔形量選取

各拼裝點(diǎn)位對(duì)應(yīng)的楔形量存在差異，因此拼裝后的曲線半徑也不盡相同。盡可能減少轉(zhuǎn)彎環(huán)的使用量，優(yōu)先選擇標(biāo)準(zhǔn)環(huán)拼裝，此方式可降低拼裝難度，令實(shí)際排版效果與設(shè)計(jì)要求相符。圖1 為楔形量與轉(zhuǎn)彎半徑關(guān)系。

圓心角計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

式中 L——線路中心線長(zhǎng)度，mm

R——曲線半徑，mm

結(jié)合圖1 的數(shù)據(jù)，將其代入式（1）可求得楔形量與轉(zhuǎn)彎半徑的關(guān)系：Δ=11 850 000/R。根據(jù)上述分析，線路最小半徑R 為300 m，管片拼裝產(chǎn)生的楔形量最大值Δ=39.5 mm，取整后該值為40 mm。

5 管片的連接

國(guó)內(nèi)地鐵工程管片常選擇螺栓連接方式，其中直螺栓被廣泛應(yīng)用于越江隧道等工程，斜螺栓則在城市地鐵中得到廣泛應(yīng)用。部分情況下還使用彎螺栓，但由于設(shè)置深度較大的特點(diǎn)，明顯加大了穿孔難度，伴隨管片厚度的提升，彎螺栓的應(yīng)用效果逐步下降，因此在大直徑盾構(gòu)工程中不優(yōu)先采用此方法。斜螺栓應(yīng)用過(guò)程中易受到預(yù)埋件等因素的影響，加大了預(yù)埋件廢棄概率，因此該方法也缺乏可行性。

圖1 楔形量與轉(zhuǎn)彎半徑關(guān)系

參考國(guó)內(nèi)類似地鐵工程項(xiàng)目，并結(jié)合本工程實(shí)際情況，分析得出直螺栓與斜螺栓都缺乏可行性，最終選擇彎螺栓連接方式。考慮到管片錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題，在管片環(huán)縫處需優(yōu)化工藝方法，選擇裝配式定位榫具有可行性。環(huán)縫處預(yù)留榫眼，可滿足定位榫的安裝需求。

6 管片拼裝機(jī)形式

不同于常規(guī)管片的是，本次施工中選擇的管片在自重上有著較大幅度的提升，單塊可達(dá)5 t 甚至更大，此時(shí)機(jī)械抓舉的方式缺乏可行性。鑒于此，結(jié)合管片強(qiáng)度、重量等方面的特點(diǎn)，建議使用真空吸盤(pán)式管片拼裝機(jī)；而在技術(shù)條件允許的情況下，對(duì)常規(guī)機(jī)械抓舉的方式采取優(yōu)化措施也具有可行性。

7 結(jié)論

（1）以盾構(gòu)隧道曲線半徑為基本參考，最小值為300 m 時(shí)，可將管片楔形量設(shè)定為40 mm。

（2）管片連接作業(yè)時(shí)選擇彎螺栓方式，并設(shè)置平面拼縫，為提升拼縫處的緊密性，于該處設(shè)置彈性密封墊；環(huán)縫預(yù)留榫眼，以滿足定位榫的安裝需求。

（3）根據(jù)管片自重，應(yīng)對(duì)管片拼裝機(jī)采取工藝優(yōu)化措施，適配真空吸盤(pán)。