一種降低道床與管片之間脫空的新型管片螺栓技術

張杰，張家樂，劉金龍，祝磊

（1.中煤第三建設(集團)有限責任公司，安徽 合肥 230031;2.合肥學院 城市建設與交通學院，安徽 合肥 230601）

1 引言

盾構法施工已在地鐵隧道中得到了廣泛應用，盾構隧道由盾構管片拼裝而成。一環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，通常管片之間環向用12個M27螺栓連接，縱向用16 個M27 螺栓連接。地鐵道床鋪設于盾構管片底部上方，是軌道框架的基礎，把行車荷載傳遞給管片及周邊巖土體。

現行的道床鋼筋混凝土與管片之間并無本質上的連接，而盾構管片在縱向與環向極易產生管片間的錯動變形，進而導致道床與管片之間相互脫空。工程地質、水文地質、管片拼裝質量、隧道不均勻變形、列車振動、新老混凝土粘結度較差等原因均可導致道床與管片之間產生脫空。

如上海地鐵1 號線黃陂南路站-新閘路站區間內，隧道與道床間接觸的部位發生開裂，裂縫寬度在0.5～0.8mm 左右[1]；北京地鐵機場線T2 至三元橋上行線路K4+860 附近20 環管片范圍內發現不均勻沉降現象，管片最大錯臺量達20mm，道床與結構最大脫空超過12mm[2]；成都1 號線三期、3 號線二/三期、4號線二期、7號線、10號線一期共發現約3000 處剝離[3]，道床與管片剝離的現象在成都地鐵盾構區間中較為常見。董飛等[4]對北京地鐵隧道的病害狀態進行了總結，其中道床與管片之間的剝離導致道床產生橫向貫通裂縫最大達6mm。

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象的探測[5-8]及脫空危害的治理[9-12]方面，而對設計中如何加強管片與道床之間的相互連接研究較少。

為此，本文提供一種盾構管片新型螺栓，使道床鋼筋籠與管片之間牢固連接，達到減少與預防脫空現象產生的目的。

2 新型管片螺栓

盾構管片傳統螺栓組裝前后的構造如圖1 與圖2 所示，其由螺桿、頭部、螺紋、螺母、墊片組裝而成。傳統道床鋼筋籠如圖3與圖4所示，鋼筋籠置于管片內側底部，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上的連接，且由于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。

圖1 傳統管片螺栓組裝前示意圖

圖2 傳統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，提出了一種盾構管片新型螺栓，組裝前后的構造如圖5 與圖6 所示。新型螺栓為在傳統螺栓的頭部增設一定長度的帶螺紋的螺桿，該構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做法，新型螺栓應具有足夠的強度，在拉筋的荷載作用下不發生屈服與破壞。

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

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側底部，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，如圖9所示。

圖9 增設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：在盾構管片組裝時，對于道床底部范圍內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螺栓；進入道床施工階段時，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；后續按常規方法在道床范圍內綁扎道床鋼筋籠，并把拉筋的另一端與道床鋼筋籠綁扎相連；后續在道床內設置扣件、軌道，澆筑混凝土，最終形成供地鐵車輛使用的道床結構。

新型管片螺栓的優點：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、固定關系，有效減少與預防了道床與管片之間脫空的產生；新型螺栓僅在傳統螺栓頭部增設一定長度的帶螺紋螺桿，該新型螺栓構造簡單、加工方便，與傳統螺栓相比新型螺栓的連接管片施工并無區別，且僅在道床鋼筋籠設置拉筋位置處的管片螺栓采用新型螺栓，其余不設置拉筋位置處的管片連接仍采用傳統螺栓；道床鋼筋籠與傳統方法相比，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構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難度，具有經濟性與實用性。

4 結論

文章提出了一種新型管片螺栓，為在傳統螺栓的頭部增設一定長度的帶螺紋的螺桿。該構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展。

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

道床鋼筋籠與傳統方法相比，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構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。