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、成都等地均曾發生過道床與管片剝離、脫空的現象。如上海地鐵1 號線黃陂南路站-人民廣場站-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]。廣州地鐵1 號線東山口站-楊箕站-體育西站區間，道床兩側排水溝與管片出現了剝離，伴有冒泥、冒漿等現象[2]。道床與管片剝離的現象在成都地鐵盾構區間中較為常見，在1號線三期、3 號線二/三期、4 號線二期、7號線、10 號線一期共發現約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象的產生研究較少。傳統道床設計中，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象的發生，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，減少與預防脫空現象的產生。

2 新型管片標準塊

一般地，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向弧度為22.5°，邊緣螺栓孔中心線距管片邊緣的的環向弧度為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 傳統管片標準塊正面設計圖

圖2 傳統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°，因此相鄰各環管片錯縫連接且錯縫弧度為22.5°，即可實現縱向有效連接，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標準塊相同，模具無需改變。

盾構施工時，管片環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象的發生。

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、滲漏發揮積極作用。

地鐵運行過程中使道床與管片之間產生較大的切向力，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標準塊，凸塊位置固定，滿足標準化生產需求，對管片制作與生產無明顯影響。

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象的發生，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，適合標準化生產需求，對管片制作與生產無明顯影響。