盾构管片拼装记录表

盾构管片拼装记录表（精选9篇）

篇1：盾构管片拼装记录表

盾构管片拼装方法有哪些?

1.拼装成环方式：错缝拼装，

2.拼装顺序：下部的标准(A型)管片——标准管片——邻接(B型)管片——楔形(K型)管片，

3.盾构千斤顶操作：随管片拼装顺序分别缩圆盾构千斤顶非常重要。

4.紧固连接螺栓：先紧固环向(管片之间)连接螺栓，后紧固轴向(环与环之间)连接螺栓。

5.楔形管片安装方法：装备能将邻接管片沿径向向外顶出的千斤顶，以增大插入空间。

6.连接螺栓再紧固：充分紧固轴向连接螺栓。

篇2：盾构管片拼装记录表

1.拼装成环方式

盾构推进结束后，迅速拼装管片成环，除特殊场合外，大都采取错缝拼装。在纠偏或急曲线施工的情况下，有时采用通缝拼装。

2.拼装顺序

一般从下部的标准(A型)管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接(B型)管片，最后安装楔形(K型)管片。

3.盾构千斤顶操作

拼装时，若盾构千斤顶同时全部缩回，则在开挖面土压的作用下盾构会后退，开挖面将不稳定，管片拼装空间也将难以保证。因此，随管片拼装顺序分别缩圆盾构千斤顶非常重要。

4.紧固连接螺栓

先紧固环向(管片之间)连接螺栓，后紧固轴向(环与环之间)连接螺栓，

采用扭矩扳手紧固，紧固力取决于螺栓的直径与强度。

5.楔形管片安装方法

楔形管片安装在邻接管片之间，为了不发生管片损伤、密封条剥离，必须充分注意正确地插入楔形管片。为方便插入楔形管片，可装备能将邻接管片沿径向向外顶出的千斤顶，以增大插入空间。

拼装径向插入型楔形管片时，楔形管片有向内的趋势，在盾构千斤顶推力作用下，其向内的趋势加剧。拼装轴向插入型楔形管片时，管片后端有向内的趋势，而前端有向外的趋势。

6.连接螺栓再紧固

一环管片拼装后，利用全部盾构千斤顶均匀施加压力，充分紧固轴向连接螺栓。

篇3：盾构管片拼装记录表

管片拼装机作为盾构的重要组成部分,其设计主要取决于管片的形状和尺寸,大体上主要包括以下几种结构形式[6],见图1。纵观这些结构形式,其区别仅在于完成拼装动作的方法、能够实现的自由度、管片拼装的精度以及适用范围。对于常规直径地铁盾构以及更大断面的隧道管片拼装,中空双臂式托梁结构因其强度较高,使用较为广泛。

目前常见的无中心环形管片拼装机即中空双臂式结构,其整体载荷通过滚轮施加在纵向伸出的2根托梁上。该托梁作为一个双向悬臂结构,既承重又作为管片拼装机纵向移动的导轨,因此在设计上采用了箱型结构;另外为使其具有较强的抗弯能力,托梁整体采用了变截面设计。该种设计形式,理论上完全可以满足合适大小的管片拼装工作,但是对于其在工作过程中真实的应力状态,哪些结构需要做进一步的优化,在国内尚未有公开说明,本文基于此对其进行强度分析,并结合项目使用效果,给出优化建议。

1 管片拼装机工作过程及结构参数

本文所讨论的无中心环形管片拼装机,其结构形式如图2所示。其具体工作过程为:首先由纵向移动油缸推动回转架、纵向移动架以及抓举装置沿着托梁移动到末端(后配套方向),抓举装置提起管片,然后再回到衬砌环位置,由液压马达驱动回转结构,带动管片回转到拼装位置,依次完成整环管片的拼装。

1-固定座;2-径向伸缩油缸;3-回转架;4-纵向移动架;5-液压马达;6-纵向移动油缸;7-托梁;8-抓举装置

管片拼装机的结构参数如表1,管片分度如图3,包括3只标准块B、2只邻接块L、1只封顶块F,考虑到错缝拼装,每环管片的拼装位置存在一定角度的变化。

2 管片拼装机托梁的受载状态

在管片拼装过程中,管片拼装机要实现6个自由度的运动,由此产生的载荷通过两侧的4只滚轮传到托梁,如果将滚轮与托梁的接触位置简化为4个受力点,而将托梁简化为2条直线,并将梁的一端施加固定约束,然后沿托梁方向设为Z轴,沿竖直方向设为Y轴,沿水平方向设为X轴,最终建立简化模型如图4所示,其中每个点均受到X和Y两个方向的载荷。托梁的受力直接取决于管片拼装机的工作状态,其中沿纵向包括2个工作状态,分别为管片拼装机抓取新管片和管片拼装机拼装管片,该两个状态的载荷分别用P和F表示;沿周向即管片拼装位置,又可以分为6个工作状态,分别对应于每只管片的拼装作业。

综上所述,管片拼装机托梁的受载状态应该包括8种,但由于错缝拼装,每只管片均可以沿周向安装在一定的角度,因此,实际受载状态大于8种。为了分析方便,选取托梁的几种典型受载状态,主要可以分为以下7种工况。

1)管片拼装机沿后配套方向移动到托梁末端,并提起最大重量管片,此时托梁受到4只滚轮沿Y轴向下的力,托梁受到Y方向弯矩的力臂最长。

2)管片拼装机沿掘进方向移动到衬砌环位置,以最大径向推力沿Y轴向上顶压最大重量管片,此时托梁受到4只滚轮沿Y轴向下的力,托梁受到Y方向弯矩的力最大。

3)管片拼装机在衬砌环位置以最大径向推力沿X轴顶压最大重量管片,此时一侧托梁受到较大的横向弯矩。

4)管片拼装机在衬砌环顶部以最大纵向推力插入封顶块,此时前后滚轮受到反力引起绕X轴的转矩,使得靠近后配套方向的2只滚轮有沿Y轴向上挤压托梁、另外2只滚轮沿Y轴向下挤压托梁的趋势。

5)管片拼装机在衬砌环侧面以最大纵向推力水平插入封顶块,此时前后滚轮受到反力引起绕Y轴的转矩,使得每侧托梁的其中1只滚轮有水平向内挤压托梁的趋势。

6)管片拼装机在衬砌环位置举起最大管片最大扭矩旋转压向另一管片时(接合面在竖直位置),此时一侧滚轮对托梁有X方向的作用力。

7)管片拼装机在衬砌环位置提起最大管片并以最大扭矩旋转压向另一管片时(接合面在水平面位置),托梁受到两侧滚轮Y方向的作用力。

3 管片拼装机托梁的受力计算

根据上述工况分析,结合简化模型,按照最大装备能力施加载荷,同时考虑到设备桥一端支点在托梁的末端,以及托梁的重力影响,由此综合计算出每个工况下托梁的受力。结果显示,其应力和变形均在许可范围之内,考虑到模型以最大装备能力加载,实际承受载荷远小于此,说明该托梁的强度和刚度是满足的。

其最大应力发生在工况4,沿托梁受集中载荷的位置,托梁受到较大的X方向作用力;最大变形发生在工况3,为托梁的最大悬臂位置,具体如图5、6。

由此发现当纵向油缸推力达到最大时是托梁受力最大的状态,当侧向推力达到最大时是托梁变形最大的状态,说明托梁沿X方向的刚度较Y方向弱。根据有限元分析,假设将工况3的载荷移动到工况1的位置,结果显示,此时X方向的变形达到28mm之多,虽然在实际工作中,托梁不存在此种工况,但也印证了托梁两个方向的刚度区别。

4 结论

1)管片拼装机受整机设计和拼装工艺影响,其工作位置具有很大的确定性,按照目前的设计,对于外径6 000mm的管片拼装,托梁的强度和刚度是完全满足要求的。

2)虽然实际工作中未必能达到最大装备能力,但鉴于工况3和工况4的计算结果,适时的限制纵向和径向油缸的压力是必要的。

3)托梁的X方向刚度明显较Y方向弱,提醒管片拼装机实际操作人员一定要按规则操作,防止托梁超出负荷。

摘要：通过对?6000mm地铁盾构管片拼装机工作过程的分析,按照其实际结构尺寸建立了托梁受力的简化模型,以最大装备能力为边界条件,计算了7种主要工况下托梁的受力及变形。根据计算结果,指出该托梁在此种使用载荷下满足强度和刚度要求,但是横向刚度较弱,为了施工安全,必要时需对其径向和纵向油缸压力加以限制,并对管片拼装机的使用提出了建议。

关键词：管片拼装机,托梁,盾构,强度

参考文献

[1]张凤祥,傅德明,杨国祥,等.盾构隧道施工手册[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]韩亚丽,陈馈.南京地铁盾构隧道管片拼装技术[J].隧道建设,2003,23(2):16-17.

[3]李文福.盾构管片拼装机的结构分析[J].山西建筑,2010,36(5):337-339.

[4]钱晓刚,高峰,郭为忠.六自由度盾构管片拼装机机构设计[J].机械设计与研究,2008,24(1):17-20.

[5]管会生,黄松和,徐济平.盾构管片拼装机设计研究[J].矿山机械,2005,33(5):15-16.

篇4：盾构管片接头连接方式研究现状

关键词：盾构；隧道；管片接头；现状研究

中图分类号： TU94文献标识码：A文章编号：1671-864X（2015）07-0187-02

一、概述

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

通常采用盾构法施工的隧道，一环管片衬砌由数块管片组成，环与环之间采用通缝或者错缝拼装形式。管片间的连接有沿隧道纵轴的纵向连接和与纵轴垂直的环向连接。连接方式有螺栓连接、无螺栓连接和一些其他的方式。由于其结构特点，接头在整个结构之中具有非常关键的作用，因此，对于盾构法隧道的研究特别集中在关于接头的各个方面，不管是其宏观计算模型，还是微观接头构造，或者是各种因素对于接头的性能影响，以及接头的防水构造等等，都得到了各国学者的充分重视。

相比较国外的盾构工法发展，我国的盾构工法尽管起步较晚，但其发展速度伴随着我国城市建设脚步在不断加快，盾构工法以其噪声低、环境影响小等诸多优势在国内城市地铁工程中已被广泛使用，还有一些大型水利工程如南水北调穿黄隧洞工程同样也采用盾构工法进行修筑，目前盾构工法已在城市隧道施工技术中确立了稳固的统治地位。因此，有人将其称为“城市隧道工法”。

二、管片接头连接方式研究现状

（一）常用构造部分。

本段主要讨论钢筋混凝土管片的接头，其一般分为9个构造部分：连接件、定位装置（桦槽或定位棒）、传力衬垫、密封垫和嵌缝，如下图所示。

（二）接头形式。

目前国内盾构隧道管片接头常用形式以及盾构扩挖形成的特殊接头形式如下：

1.柔性节点形式。

盾构管片的连接有多种形式的接头构造类型。按螺栓形状分，有直螺栓接头和弯螺栓接头按结构设计分，有双排也有单排按螺栓种类分，有用销钉或不用按接触面分，有平面接触、桦槽接触或球铰。从受力角度，柔性要求相邻管片间允许产生微小的转动与压缩，使管片能产生一定的变形。这种柔性接头在国内普遍采用的形式有：

樟槽式接头：当隧道区间出现较大的纵向不均匀沉降时，凸起的樟槽块可以提供较大的抗剪能力。但桦槽式连接的抗弯刚度很小，它不能抵抗外加荷载引起的弯矩作用，必须依靠周围围岩的抗力达到自身的受力平衡。所以当出现沿径向的不均匀沉降等原因引起的弯矩时，桦槽式接头会很快出现较大的张开量，对管片整体性和防水性不利。其优点是安装简单，施工速度快而且造价低廉。目前桦槽式接头在南京地铁，上海金山隧道采用。

弯曲螺栓接头，它与直螺栓相比造价高，接头易变形，而且弯螺栓及管片钢模在制作时若不能严格按照设计弧度与精度加工，施工时螺栓穿孔将会比较困难，特别是错缝拼装的时候，螺栓穿孔将会消耗大量的时间与人力。采用弯曲螺栓接头，它被安置于由计算得到的弯曲最大的几个环节，它通过几层防水橡胶保证其密闭性，同时可以抵抗很大的弯矩，剪切位移，拉伸和压缩。弯曲螺栓接头的柔性较好，应用面广，目前北京，上海，南京等地铁普遍都在使用。

直螺栓接头，直螺栓在达到一定螺栓预紧力的条件下，同样具有较好的抗弯刚度，工程使用效果好，制作简单，用料省，经济合理。但还需要进行螺栓头的处理，现有方法是加上速凝混凝上和一个塑料密封盖。其经济的造价，方便的安装，现今仍得到广泛的使用。

2.刚性节点形式。

多螺栓接头，管片的刚性节点多是在柔性节点的基础上，采取增加螺栓数量的手段增加接头的抗弯抗剪刚度。刚度大，密封性好，在较大的地层应力下不易变形。一般在深埋隧道或海底隧道中使用。

插入式接头：这一种接头广泛应用于日本的隧道管片环缝的连接，分为锁扣接头和摩擦接头，它们都是靠千斤顶将雌雄接头推牢，前者依靠锁打的力量产生接头需要的拉力，后者由其摩擦力、咬合力锁住。它们安装快捷方便，省掉了大量拧螺栓的人工及时间销插式接头，这样的接头抗剪、抗弯刚度大，连接便捷，没有手孔，使用的材料有钢的，也有合成材料的.但由于插入安装方便的考虑，往往楔形块与块之间有空隙，不利于防水，因此这一类接头很多用于给排水工程，而且往往配合薄层的二次衬砌.

3.特殊节点形式。

TA-SRING接头，如图所示，成功的应用于日本的许多盾构隧道纵缝的连接之中。它连接方便，配合各种插入式连接方式，可以仅靠千斤顶的推力安装就位。

TA-SRINC接头的锁定装置

（三）接头研究现状。

随着盾构施工技术的愈发成熟，盾构隧道管片的分块数进行了准确的分类。一般而言，更具隧道断面和施工条件的不同，隧道管片的分块数可分为6-10片。而分片数过多所带来的拼装方便的同时，会造成接头处局部刚度减弱，使得整环的相对刚度变低，进而对整环结构受力变形产生影响。在错缝拼装中，应当充分考虑由管片环环间错缝拼接引起的错缝拼接效应即环间管片的剪力和变形的相互影响。接头刚度，对于管片环的受力分析至关重要。接头刚度可以根据实验数据获得，而接头刚度计算理论的发展，使得盾构隧道管片的理论计算更加接近实际情况。

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针对管片接头的课题，国内外专家学者作了大量工作，并取得了一定的研究成果：

李周沛，欧阳娜通过建立管片接头的精细三维有限元模型，对管片接头进行不同弯矩、轴力组合下的数值荷载试验，分析管片接头的变形特征、刚度、管片应力分布、裂缝分布及弯曲螺栓轴力。接头的存在不仅降低了管片环的刚度，也降低了管片环的承载力。管片允许承受的正弯矩荷载应根据实际工程状况、接头防水构造及应力、裂缝分布计算结果综合确定。

郑俊基于渗流及固结理论，推导了流固稱合的数学模型及计算方法；通过理论分析各种管片计算模型，引出梁弹簧模型计算，并对梁弹簧模型的有限元理论进行介绍。通过理论上的分析和解析，为数值计算提供理论依据，并丰富了计算内容。

郭 瑞，何川等大断面水下铁路盾构隧道一狮子洋隧道工程为研究对象，运用有限元数值分析方法，并结合管片接头原型抗弯试验，研究环向管片接头抗弯刚度，并运用梁一弹簧模型进行接头抗弯刚度对整环管片结构内力影响的研究。在相同接头弯矩条件下，接头抗弯刚度随轴力的增加而增大；接头抗弯刚度对管片轴力分布的影响微弱，对管片弯矩的影响显著；随接头抗弯刚度的增大，整环管片的弯矩分布趋于均匀；在抗弯刚度取值范围内，极值弯矩相差最大达80%左右，极值轴力最大减小5%左右，变形最大减小20%左右。

三、管片接头选择及位置优化

接头结构形式的选择在盾构隧道的设计中有着举足轻重的作用在盾构管片的设计中，管片的接头刚度如果设计得太大，管片的应力也随之加大，这将使对管片的强度要求过高；而如果管片的接头刚度设计得太小，则管片的接缝变形又太，止水问题又比较突出。因此，选择适当大小的接头刚度，对于结构的受力状态和结构的止水问题是至关重要的。而在选择接头结构形式时，既要考虑到隧道承受的荷载、周围的地质情况及防水要求等，又要考虑到施工方便、经济合理、工期减短等方面进行最优化的组合设计。

在接头形式选择中，还必须考虑到经济适用性的问题。这里的经济性需要考虑三个方面：材料加工成本，工期成本与人工费，养护维修成本。一种安装方便，自动化程度高的接头形式，可能会使材料和加工成本有所升高，但相应的人工费用和工期大幅度地减少，特别是工期减少带来的附加效应在现在工程实施中显得意义巨大；另外涉及到的方面还包括生产线的生产精度，施工设备、人员素质等，需要多方面考虑。

国内管片标准是由螺栓连接，在管片内面有预留孔，因此露出的螺栓和接头等有锈蚀的问题。国外总的趋势是将由螺栓紧固件的钢筋混凝土管片更换为内表面光滑的钢筋混凝土块，用定位销等各种连接件连成管片衬砌环，自动化程度相当高，大大减少了隧道的建设成本和工期，是在国内很有推广前景的项目。

在盾构法装配式管片隧道设计中，应考虑接头位置变化对衬砌结构刚度、内力变形、隧道防水等方面的影响；可以通过改动接头位置，以获得更加合理的内力分布，从而使衬砌结构设计更加经济合理。封底块大小对衬砌刚度影响较大，通过减小封底块可使结构内力分布更加合理。接头位置的变化不仅影响隧道周围土层抗力的大小，而且也影响着抗力的分布形式，这在衬砌设计中应加以考虑。综合考虑内力变形、防水、耐久等各方面的因素，并参照日本等国相近隧道的管片分块形式，在上海某隧道工程现有管片分块基础上，本文试图给出了接头位置的优化建议，即保持封顶块大小不变，减小封底块至68°或48°，同时邻接块和标准的大小亦变为68°或48°，供同类管片结构设计参考。

四、结语与展望

目前国内对于盾构技术的研究尚处于起步阶段，接头形式的选择大多根据经验确定。尽管本文介绍了很多新型接头的形式构造与特点，但是由于资料的保密等诸多原因，对于这些接头的具体参数还是没有搜集到位，。对于这些具有良好实用性的接头形式仍需进一步了解开发，以期望把国内的盾构隧道设计施工上升到一个新领域。

参考文献：

[1]严佳梁.盾构隧道管片接头形式的探讨与选择[J].建筑技术，2009，40（3）：3.

[2]董云德.上海地铁盾构隧道的设计和施工[J].施二技术，1996，25（1）：8-10.

[3]M Katou，T.Kawamoto，A Minezaki，A Imoto，Development of a segment with steel-pipe-inserted joint.Moden Tunneling Science and Technology.Adachietal（eds），2011：851-856.

[4]李周沛，欧阳娜.盾构管片接头力学行为的有限元分析[J].公路与汽运，2014，（5）：185-190.

[5]郑俊.水下盾构隧道管片力学特性研究[D].北京交通大学，2013.

[6]郭瑞，何川，封坤，等.大断面水下盾构隧道管片接头抗弯刚度及其对管片内力影响研究[J].中国铁道科学，2013，34（5）：46-53.

作者简介：耿朝辉（1989.10-），男，汉族，河南滑县人，工学硕士，河南大学土木建筑学院，研究方向：结构工程。

篇5：盾构管片拼装记录表

1.管片拼装应按拼装工艺要求逐块顺序进行，并及时联结成环;连接螺栓紧固质量符合设计要求，管片及防水密封条应无破损，

2.拼装下一环管片前对上一环衬砌环面进行质量检查和确认，并应依据上一环衬砌环姿态、盾构姿态、盾尾间隙等确定管片排序，

3.在管片拼装过程中，严格控制盾构千斤顶的压力和伸缩量，以保持盾构姿态稳定。

4.对已拼装成环的衬砌环进行椭圆度抽查，确保拼装精度。

5.在曲线段拼装管片时，应使各种管片在环向定位准确，隧道轴线符合设计要求。

篇6：盾构管片拼装记录表

成都地铁公司建设分公司

关于印发《成都地铁盾构施工管片拼装 实名制管理规定（暂行）》的通知

地铁各参建单位：

为了加强成都地铁建设工程盾构施工管片拼装质量管理，落实“百年大计，质量第一”的管理方针，强化盾构施工管片拼装规范化、标准化，加强盾构施工质量责任追溯，结合成都地铁盾构工程的实际情况特制定《成都地铁盾构施工管片拼装实名制管理暂行规定》，现印发给你们，请认真贯彻执行。

特此通知。

成都地铁公司建设分公司

2014年1月27日

成都地铁盾构施工管片拼装实名制

管理暂行规定

第一条 为了加强成都地铁建设工程盾构施工管片拼装质量管理，落实“百年大计，质量第一”的质量方针，加强成都地铁盾构施工管片拼装规范化、标准化管理，强化盾构施工质量责任追溯，结合成都地铁盾构施工管理经验，特制定本规定。

第二条 本规定适用于成都地铁在建工程盾构施工项目。第三条 各参建单位根据各工程实际情况，建立相关管片拼装实名制及责任追究奖惩制度，明确各级管理人员及不同岗位的相关职责。

第四条 各参建单位应加强管片进场验收、止水条粘接、垂直吊装、水平运输、拼装成环等阶段的过程管理，细化盾构掘进参数、管片选型、姿态控制、注浆、螺栓紧固、测量复核等环节的质量控制。

第五条 盾构管片拼装过程中，承包商主管盾构的技术管理人员、盾构机司机、管片拼装手等应实行旁站制度，负责盾构管片拼装质量的控制，监理单位应加强盾构施工各个环节的督促检查，做好监理旁站记录。

第六条 承包商应根据工程特点、盾构机及施工设备的技术性能及操作要领，对盾构操作司机及各类设备操作人员进行岗前的技术培训和考核，持证上岗。

第七条 开工前，承包商应及时完成有关的安全技术交底，并在施工过程中严格执行，作业人员操作前须阅读作业指导书和交班记录，熟悉该段详细的水文地质资料、设计线路、地面建（构）筑物、管片姿态测量等情况。

第八条 已拼装成型的管片，在每环管片的8点-9点钟管片左侧位置贴上拼装信息标示牌，明确盾构管片生产厂家、盾构机司机、管片拼装手、监理验收等信息，信息标示牌采用白底红字格式（见附件1），具体尺寸为：宽为150mm，长为180mm，字体均为黑体，标示牌名称字体长10mm，高9mm，其余字体长8.5mm，高8mm。

第九条 承包商应建立相应的信息反馈制度，对发生错台、破损、渗漏等质量问题的部位须及时记录、汇总，并定期检查总结，针对存在的问题召开专题会议研究并落实整改措施，不断完善提高。

第十条 本规定由建设分公司负责解释 第十一条 本规定自发布之日起实行。

附表:

抄送：地铁公司。

成都地铁公司建设分公司综合部

篇7：盾构管片拼装记录表

土压平衡盾构机(EPBM)在岩层中具有掘进速度慢、刀具磨损量大、更换频繁及成本高的缺点,但采用盾构机拼装的管片作为隧道的二衬具有防水效果好,施工速度快的优点。在整体性好、地下水贫乏的岩层中采用矿山法开挖,具有进度快、成本低的优点,但其缺点是钢筋混凝土二衬的施工速度慢、防水效果较差(相对盾构法施工)。根据工程的实际地质情况,在全断面岩层中将两种工法结合运用,以充分利用其各自的优点,提高工程的综合效益。

1 工程概况

广州地铁四号线大学城专线北南盾构区间土建工程,为双线单洞隧道,线路起于小谷围岛上的北亭站,穿过位于中心湖边的中间风井,止于南亭站。隧道全长1 909.9 m,隧道埋深7 m～28 m,线路最大坡度34.42‰;隧道结构采用1.5 m宽C50预制管片,采用两台日本三菱Φ6 290 mm土压平衡式盾构机进行隧道掘进施工。为确保工程按期完成,对里程YDK19+925～YDK20+285的全断面⑨-z地层采用矿山法开挖,盾构拼装管片通过的方法进行施工。

2 工程地质和水文地质条件

2.1 工程地质

采用矿山法开挖及盾构机拼装管片段起止里程为YDK19+925～YDK20+285,为全断面⑨-z微风化混合岩,岩石呈青灰色,结构清晰,少有风化裂隙,岩芯呈柱状,岩石完整而坚硬,弱透水性。

2.2 水文条件

本段地下水位埋深为2.5 m～19.0 m,地下水主要为第四系水及基裂隙水。③-2层为主要含水层,渗透系数(K)为3.0 m/d,但分布不广泛,厚度较薄。基岩裂隙水透水性较弱,中风岩属弱～中透水层,微风化属弱透水层,富水性较差。

3 施工方案简述

北～南盾构区间盾构工程左、右两条隧道包括4段矿山法开挖的隧道,其中有3段处在大学城中心湖底,岩层为微风化,属弱透水层。

矿山法隧道采用爆破开挖、格栅拱架、钢筋网片与喷射混凝土作为初衬,盾构机拼装管片作为隧道二衬,矿山法隧道设计洞径为6 400 mm。为保证盾构机沿设计轴线前进,在隧道底部施工导向台,由于盾构机外壳与管片外径之间存在130 mm距离,当管片脱出盾尾后,管片中心轴线位置最大可以下降130 mm。为有效地控制管片在脱出盾尾后的沉降,对初衬与盾构管片间的空隙采用喷射豆砾石结合盾尾同步注浆进行填充。豆砾石通过在隧道上方地面钻孔投放到刀盘前方,喷射施工所需水、电、气均从盾构机上引出。盾构过矿山法隧道施工期间,每环管片拼装完成后,及时对脱出盾尾的管片与矿山法隧道初衬之间的间隙进行喷射豆砾石充填,充填饱满后再进行盾尾注浆,以便使管片与圆形隧道紧密结合,防止隧道因空隙未能有效充填而发生移动。一环填充饱满后,方可继续推进下一环。为防止管片背后的碎石、砂浆流往刀盘前端,可调整砂浆配比,减小浆液的流动性及缩短其凝固时间。

4 施工过程段遇到的问题及措施

4.1 盾构机进入矿山法隧道时姿态控制

为确保盾构机能顺利推进到已施工完成的矿山法隧道内的导台上,在盾构掘进施工中,需对掘进速度、推力、刀盘转速等施工参数结合地质情况进行设计,以调整盾构机姿态。此外,施工测量方面,除采用盾构机自动导向系统进行导向外,还应辅助以人工测量。如控制不准,将会出现较大施工误差。

左线盾构机掘至608环时,出现盾构机垂直姿态控制困难、机头下掉情况且日趋恶化,直至683环(进矿山法隧道)时垂直姿态已变为:前点-300 mm,后点约-450 mm,导致盾构机无法爬上矿山法隧道内的导台。

1)原因分析:

到达矿山法隧道段地层为以⑦-z⑧-z为主的混合岩、中～强风化混合岩裂隙发育,强度降低,稳定性较差。在盾构机姿态的垂直值变大前,没能及时采取有效措施予以控制盾构机的姿态。

2)处理措施:

通过复核线路设计参数,在满足隧道各项使用功能的前提下,在接口段进行调线调坡处理。按调坡后的线路坡度,为使盾构机以3‰的坡度爬上导台,需对刀盘前方10 m范围内的仰拱部位的格栅拱架进行处理。实施中,先在隧道3点,9点位施作格栅锁脚锚杆,再人工破除高出刀盘下沿的部分导台及隧道初衬混凝土,割除格栅拱架。为使破除格栅段的地层有足够的承载力,避免盾构机下沉,在此段预埋焊有间距1 000 m,300 mm厚钢板的轨道,然后浇筑早强混凝土,加强养护,待混凝土达到一定强度时,推动盾构机前进。

4.2 盾构机在矿山法隧道推进过程中姿态控制

盾构机在左线矿山法隧道,当推进550环时,盾构机姿态垂直值逐步变大,在推进551环过程中,当千斤顶行程达到约800 mm时,垂直值接近200 mm。为降低刀盘底部豆砾石的堆积厚度,降低盾构机姿态垂直值。由于操作人员的操作失误,刀盘转动所产生的瞬间反力矩导致盾体顺时针扭转约30°。纠正盾构机至正常位置共耗时7 d。

1)原因分析:

在矿山法隧道内,矿山法隧道内盾体的约束摩擦力较小,不足以抵抗刀盘扭矩,导致盾体扭转。现场操作失误,没将推进千斤顶撑靴压在管片侧边。

2)处理措施:

利用刀盘转动过程中,在足够外力作用下突然制动所产生力矩,利用运动相对性使盾体向相反方向转动。采用断续挡,点动刀盘,当刀盘扭矩达到约5 600 kN·m时,盾体逐渐向回旋转。经过反复4次操作,盾体累计回转约30°后检测各系统,均处于正常状态。

4.3 矿山法隧道内所拼装管片的上浮控制

左线矿山法隧道人工湖段(YDK19+985～YDK20+155)在拼装完管片后,由于矿山法隧道超挖量大,管片与矿山法隧道之间的空隙填充不饱满,地下水位上升后导致左线隧道531环～599环,共69环(103.5 m)管片发生了整体上浮现象,管片垂直方向超限,垂直偏差最小值为105 mm,而最大值达到520 mm。

1)原因分析:

矿山法隧道超挖量过大,导致需喷射填充的豆砾石量很大,管片与矿山法隧道之间的空隙填充不饱满。管片周边填充不饱满,地下水位上升后,管片的自重(21 t)远小于管片所排开地下水所形成的浮力(42 t),导致管片上浮。虽知道需将管片背面的空隙用砂浆填充,但采取的施工措施不及时。

2)处理措施:

由于管片背面与隧道初衬间空隙大,对人工湖段的隧道,在湖面作业,沿隧道设计中心线两侧按每隔5 m,孔距3 m对称布设ϕ200 mm的防水套管,然后在套管内钻ϕ150 mm的孔,通过这些孔,采用泵送方式,间隔2 d、分4次往管片背面注入流动性好的砂浆,同时在此段隧道内打穿管片吊装孔排水泄压,在此段共填充砂浆约1 000 m3后,所用钻孔有砂浆溢出。后经测量,管片稳定。

4.4 混凝土导台施工质量的控制

左线隧道于750环处,因矿山法隧道仰拱处的格栅高出设计标高约15 cm,使得导台混凝土厚度由30 cm 变为15 cm,如此厚度导台混凝土在盾体自重作用下,混凝土破裂,盾构机姿态垂直值达到-120 mm。

1)原因分析:

由于没能按设计标高控制导台厚度,且导台混凝土强度达不到设计要求,在盾体自重的作用下,混凝土压破,盾体下沉。

2)处理措施:

在刀盘前的导台上预埋焊有钢板的导向钢轨,并浇筑混凝土加固。待混凝土有一定的强度后,推动盾构机前进。

5 建议

1)在策划“矿山法开挖与盾构机拼装管片通过”工法时,应综合考虑地质、水文情况、地面建(构)筑物特征及分布,分析各种不利因素,以确定该工法在具体工况下的利弊。2)严格控制矿山法隧道的断面尺寸,管片背面空隙应填充饱满。矿山法隧道尺寸必须严格控制;矿山法开挖隧道的截面尺寸直接影响作为隧道永久结构的管片背面所需填充料的数量,进而影响盾构拼装管片的施工进度。管片背面豆砾石回填及注浆必须饱满;避免隧道管片出现浮动、管片渗漏水、超限等质量事故。3)加强盾构机姿态控制。进入矿山法隧道前,盾构掘进必须熟悉地质情况;对盾构姿态敏感、谨慎。遇到姿态偏差值明显增大时,必须及时调整姿态。每隔一定环数时,转动刀盘,以清除刀盘下边缘与导台间的固结砂浆块。4)加强对管片变形情况的监测与后期的补浆填充工作。在盾构机拼装管片的施工过程中,应对脱出盾尾的管片变形情况进行密切监测,以确定管片是否稳定。通常采用打穿管片吊装孔排水,同时以一定的注入压力(<0.5 MPa)对管片背面进行二次注浆施工,浆液宜采用双液浆,缩短凝固时间,同时注浆作业中要注意注浆的位置及顺序。

摘要：结合工程实际,介绍了盾构拼装管片过矿山法隧道施工,分析了施工过程中遇到的问题,并针对性地给出了具体的处理措施,提出了使盾构法与矿山法达成互补的建议,以充分利用两工法各自的优点,从而实现提高综合效益的目的。

关键词：盾构机,矿山法,隧道,处理措施

参考文献

篇8：盾构管片拼装记录表

1.1 引 言

隧道设计轴线是由多段类型不同的曲线段通过首尾连接组成, 分为竖曲线和平曲线[1]。竖曲线指隧道设计轴线在纵剖面上的起伏情况, 包括直线和圆曲线两种;而平曲线是指隧道设计轴线在水平线上的投影形状, 平曲线包括直线、缓和曲线和圆曲线[2]。

成环隧道是由楔形量且宽度一定的管片环逐环对隧道设计轴线拟合而成, 因而设计轴线与设计轴线之间存在偏差。管片的选型与排版是采用设计轴线上的点为拟合目标点, 因而选择不同姿态的管环末端中心三维坐标与设计轴线相拟合, 确定管片拼装点位, 选择正确管片型式, 保证成形隧道中心轴线不偏离隧道设计轴线中心线。倘若管片选型错误, 则会导致管片错台、管片出现破损及裂缝等缺陷、盾构机掘进方向与管片拼装走向不协调、隧道漏水和渗水;盾尾间隙过小造成管片安装困难以及盾构机操作困难以及损坏盾尾刷以致于盾尾漏水而影响施工安全的现象。因此, 在盾构法施工过程中, 为了保证盾构机顺利推进, 而管片作为盾构推进的后座支点, 其选择型式和拼装方式是否合理将直接关系到是否能使得盾构机实际推进线路与设计线路之间的偏差控制在工程允许的误差范围内和有助于调整盾构机的前进趋势, 并且引导盾构机按照设计的隧道轴线的方向前进[3,4]。在盾构施工阶段进行管片的选型与排版是将一个十分重要的过程。

1.2 影响管片选型与排版的主要因素

(1) 盾尾间隙的影响。盾尾间隙图1所示, 如果盾尾间隙过大, 那么同步注浆量也会很大, 则会加大对盾尾密封的要求;反之, 如果盾尾间隙过小, 那么会使得盾尾刷对管片造成严重干扰, 轻则加大盾构向前推进时的阻力, 从而增加施工周期、减缓掘进速度、影响盾构机正常掘进;重则会造成管片错台和损坏现象, 从而引起地铁隧道渗水和漏水或者引起地表沉降, 影响成环隧道质量。因此, 在盾构施工时应尽量保证盾尾间隙不小于允许的最小间隙值。

(2) 盾构机趋向及推进油缸行程差的影响。

(3) 管片拼装点位的影响。管片拼装主要有通缝拼装、错缝拼装和通用楔形拼装三种形式, 后两种拼装方式都是改变前后楔形块的拼装点位以完成衬砌环的拼装。其中错缝拼装能提高隧道的整体性, 减少接缝处及整个结构的变形[6], 因此, 目前地铁隧道中常采用错缝拼装, 然而, 不同拼装点位的管片排列组合构成了隧道最后的姿态, 考虑拼装点位对管片选型与排版至关重要。

2管片拼装点位对管片选型与排版的影响

2.1 工程概述

北京地铁10号线二期工程05标段含一站两区间, 即大红门站、石榴庄站至大红门站区间及大红门站至角门东站区间。根据本工程, 大红门站～角门东站右线区间先为直线段, 后经过一个曲线半径为700 m的曲线段 (左转弯) 、一个曲线半径为2 000 m的曲线段 (右转弯) , 在曲线段前后设有缓和曲线段, 同时, 在大红门站～角门东站区间纵断面上, 线路左右线设V字形坡, 线路从大红门站出站后以2‰、3‰下坡至K34+017.000, 然后以6.74‰、2‰的上坡进入角门东站。区间管片技术参数如下:管片宽度:1.2 m;管片内径:5.4 m;管片厚度:0.3 m;管片外径:6 m;转弯环楔形量:48 mm, 盾尾间隙控制在50～100 mm之间。根据本工程特点, 为了正确拟合隧道设计轴线, 须对其管片型式和排版方案进行合理的选择。

2.2 管片拼装点位

选择各环管片的具体排版方案, 需要根据管片相对隧道设计轴线的偏差情况来决定管片的拼装方案, 以拟合隧道设计轴线。选择不同拼装点位的管片即能减小盾尾一侧的盾尾间隙, 也能使另一侧的盾尾间隙得到最大的补偿, 因此, 可以达到调节盾尾间隙的目的。然而, 拼装点位对盾尾间隙的影响也具有滞后性, 即可能在本环管片拼装后, 盾尾间隙并没有比拼装前有明显的改善, 但是它的拼装点位将会影响到下一环管片的走向, 即影响到下一环管片拼装完成后的盾尾间隙, 可见, 选择正确的拼装点位对管片选型与排版至关重要[7,8]。

以本工程为例, 根据线路平曲线转弯半径小的特点, 设计投入环宽为1.2 m的管片, 采用直线、左转和右转三种类型管片环来拟合隧道曲线, 每环管片均由3块标准块、2块相邻块和1块楔形封顶块组成。根据本工程所采用盾构机千斤顶的分布情况, 因此楔形封顶块共有16个安装位置, 每个安装位置即可称为管片的一个安装钟点, 如图2所示。

在直线段, 对标准环而言, 封顶块可以安装在上述任何一个点位上, 但是对于左右转弯环而言, 封顶块的位置将决定安装管片在空间的转向以及影响成形隧道质量。根据本工程, 为了满足错缝拼装的要求而拟合隧道设计轴线, 所以在直线段的标准环管片的拼装将有两种型式, 分别拼装在1和15点位处:①N型—封顶块在上偏右22.5°;②M型—封顶块在上偏左22.5°。具体型式见图3所示。

根据图2所示管片拼装点位, 管片相邻点位之间夹角为22.5°, 而管片标准块两纵缝的夹角为67.5°, 为了避免管片通缝拼装, 因此, 在曲线段的左右转弯环, 封顶块可拼装在1、2、3、4和16、15、14、13、12点处。同时, 在进行管片选型与排版时, 只需知道各个点位上左右四个位置超前量即能控制管片的走向和四个方向的盾尾间隙的大小, 即在进行管片安装时, 拼装点位的选择要依赖不同点位上楔形环的楔形量和楔形角, 根据工程经验其关系如表1所示。

根据对转弯曲线上楔形环的设计, 综合管片拼装点位和楔形量与楔形角, 得出本工程转弯环封顶块在不同位置时水平和竖直方向的楔形差, 如图4～5所示。

根据前文的介绍和转弯环管片的拼装位置就可以根据工程具体情况确定管片的拼装点位, 则可进行具体的管片型式的选择和管片的排版, 以达到拟合隧道设计轴线的目的。

2.3 工程实例

由于本工程隧道断面内径为5.4 m, 管片厚度为0.3 m, 因此, 油缸安装直径为5.7 m。所以根据式Y≈1.2X/5.7=0.21X (盾尾间隙变化量为Y, 左右油缸行程差为X, 如图6所示) , 可得到在半径为2 000 m右转弯曲线上和半径为700 m的左转弯曲线上:当R=2 000 m, 油缸行程差X=1.2×5.7/2000=0.00342m=3.42 mm, 盾尾间隙变化量:Y≈0.21×3.42=0.72mm;当R=700 m, 油缸行程差X=1.2×5.7/700=0.00977m=9.77 mm, 盾尾间隙变化量:Y≈0.21×9.77=2.05 mm。

本工程区间隧道上第362环在安装前观察到数据如下:盾尾间隙:左70 mm, 右80 mm, 上70 mm, 下80 mm, 油缸左比右长10 mm, 上下基本一致。盾构机位于半径为2 000 m左转弯曲线上, 且盾构趋势偏线路右侧, 纠偏预期:掘进一环后与线路偏差缩小30 mm, 按照管片选型方法及步骤[9], 其计算结果见表2。

根据表2结果及即图5所示的右转弯管片拼装位置及楔形差示意图, 则第362环应该选择R15点左转弯管片, 在其他曲线段可根据相同方法得出其管片型式。因此, 根

据曲线的整体走势、联络通道位置及始发里程等具体情况和选择的管片型式, 在隧道施工过程中将转弯环管片放置在相应的里程即可;同时在直线段只需要满足错缝拼装的要求, 根据图3所示的标准环拼装方式进行标准环的拼装, 这样将完成对整个隧道衬砌环管片型式的选择及具体排版过程, 从而完成虽大设计轴线的拟合。

3 结论

本文以北京地铁10号线大红门站至角门东站区间隧道管片选型的工程实例, 根据管片拼装点位影响盾尾间隙进而影响到管片选型和排版, 结合对主机姿态和油缸行程, 动态选择管片的拼装点位, 拟合隧道设计轴线, 进行符合实施工要求的管片型式选择, 从而实现在各种曲线上进行管片选型与排版。虽然不同工程的工程概况和隧道断面直径不同, 或者采用的盾构机也不同, 因而使得掘进控制和管片选型参数的不同, 但是影响管片选型的因素是不变的, 及其基本原理和选型过程是一致的, 希望本工程所讨论的管片拼装点位对管片选择型式和排版的影响, 及工程实例所采用的方法能够对今后类似的盾构隧道工程起到一定的借鉴作用。同时, 根据本工程实例, 在盾构施工过程中进行管片选型时, 控制好相关的施工环节非常重要;例如必须控制好直线和曲线、圆曲线和缓和曲线的交织段的盾构机姿态, 因此, 管片选型人员必须要能够熟悉设计管片的结构特点、盾构机性能和掘进线路的相关情况等;同时, 必须加强施工现场的技术指导, 积极与同行进行相关领域的探讨与交流, 才能使管片选型与排版这项技术发挥其应有的作用, 才能选择最佳的管片型式来拟合隧道, 才能确保隧道完成的质量。 [ID:7776]

摘要：根据盾构施工中影响衬砌管片选型与排版的主要因素, 通过研究在隧道设计轴线曲线段管片拼装点位对管片型式选择的影响, 结合北京地铁10号线二期工程05标段大红门站至角门东站盾构区间隧道曲线上管片选型排版的工程实例, 初步实现在曲线上对管片型式的选择, 以供参考, 希望对以后同类工程具有指导与借鉴作用。

关键词：管片,选型与排版,拼装点位,工程实例

参考文献

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[7]田建华.隧道盾构曲线管片拼装技术在纠偏中的应用[J].市政技术, 2005, 23 (增刊2) .

[8]刘凤华.盾构隧道通用管片拟合排版与管片选型技术研究[D].上海:同济大学, 2007.

篇9：盾构管片拼装记录表

盾构工法主要是通过盾构机内部的土压力或者泥水压力与作用在开挖面上的土压力和水压力保持平衡的方式取得开挖面的稳定, 同时使用坚固的盾构外壳支撑着隧道周边地层, 在盾构内部进行开挖和衬砌的施工。 目前, 盾构工法广泛应用于国内外地铁、公路隧道及市政管线隧道的建设中。

盾构隧道衬砌的主要作用可以分为以下三类: (1) 承受作用在隧道上的荷载, 保证内部空间; (2) 具有与隧道用途相对应的使用性能和耐久性能; (3) 满足隧道施工条件和施工方法的要求。隧道承受荷载作用一直是盾构管片设计所考虑的重要因素, 而管片在施工阶段破损一直是常见的问题, 这是由于管片在施工阶段处于复杂受力状态, 及人为不确定因素较多。近年来, 众多学者对施工阶段管片受力特性做了大量工作[1,2], 其中, 对于管片环横向受力所做工作较多[3~5], 而对于隧道衬砌纵向受力研究工作较少, 尤其是对盾构施工小曲率区段施工中衬砌环纵向受力分析。

盾构隧道小曲率区段施工较直线段难度增大, 其中盾构姿态的控制、超挖引起的地表沉降及管片受力不均引起的管片破损等问题尤为突出[6,7,8]。盾构隧道小曲率区段施工中, 由于管片需提供较大转弯弯矩, 管片受力分布不均匀性加大, 因而小曲率转弯施工中管片破损情况呈增多趋势。此外, 轴线偏离与管片拼装问题也将影响小曲率管片破损情况[9,10]。

本文以郑州地铁某线路二期工程中360m小曲率盾构区间为研究对象, 对施工阶段引起管片破损的影响因素加以分析。

2 工程实例

郑州地铁某线路二期工程3 标段区间盾构隧道在里程DK7+272.709~DK7+777.556 区段以360m半径转弯, 如图1所示。

隧道穿越范围地层主要为: (25) 黏质粉土、 (28) 黏质粉土。含水层岩性主要以黏质粉土、粉质黏土为主, 勘察期间地下水位42.80~44.80m (标高78.69~81.89m) , 近3~5 年内最高地下水位为40.0m (标高84.69m) , 区间最大埋深为18.77m, 对盾构盾构施工无影响。

此盾构区间所使用管片外直径6000mm, 内直径5 400mm, 管片厚度300mm, 单环分6 块管片拼装, 管片宽度1 500mm, 管片拼装方式采用错缝拼装, 管片环、纵缝接触面皆不设榫槽, 管片连接形式采用M27 弯螺栓连接, K- 块契形量45mm;管片采用C50 混凝土制作, 螺栓机械性能为6.8 级, 螺母为6级;管片间设传力衬垫, 材料为丁晴软木橡胶。

盾构都是依靠千斤顶的推力向前推进的, 正确地使用千斤顶是盾构机能沿着设计的路线方向准确地向前推进的最有效的方法。曲线隧道用盾构法施工时须采用中折装置才能顺利地完成在转弯段的施工。盾构主机一般长7~15m, 因此盾构机转弯时需要特别注意盾构机前进方向的控制。

如图2 所示, 系统把盾构机的推进千斤顶分布于盾构机护盾周边, 共分为上、下、左、右4 组。每组推进油缸的压力可通过操作控制台上的电位计调整, 就可以容易实现盾构机的转弯。

小曲率转弯区间由于管片就位不准确, 盾构千斤顶推力不均匀, 以及轴线调整过程对管片受力的影响, 洞内观测管片破损增多, 且破损位置多数位于隧道水平外弧侧, 如图3 所示。

以下采用有限元分析软件对管片模型进行数值模拟, 并将数值模拟结果同实际施工状况对比分析, 探索造成小曲率段隧道管片施工阶段破损的主要因素。进而提出减少管片破损的主要对策, 为今后类似工程提供一定参考价值。

3 管片受力分析

在施工过程中, 管片受力相对较复杂, 既有千斤顶压力、围岩及注浆压力, 又有管片就位不准确产生的不利内力, 致使衬砌管片发生各种形式的破损。而当盾构施工处于小曲率转弯里程时, 管片所受千斤顶压力与隧道不在同一直线, 导致管片环产生弯矩, 这就增大了管片环间受力不均匀的影响, 造成某局部管片破损常态。

利用ansys进行模拟可得, 管片隧道横向变形趋势, 以及管片纵向所产生的轴力。

3. 1 弧形管片环产生的位移

管片隧道横向变形趋势如图5 所示, 最大横向变形值沿周向的分布曲线如图6 所示。

从图5 可以看出管片横向位移朝着小曲率段圆心方向偏移, 这势必导致管片环内弧侧、外弧侧横向受力不均匀, 因此, 将导致A点处应力大于B点处, C点处应力大于D点处, 如图6 所示。

在现场考察中我们也发现隧道内部外弧侧管片易破损的事实与模型分析结果相吻合, 亦即C区域处出现管片破损情况较多。

管片环位移向量如图7 所示, 靠近千斤顶部位管片环环向位移要大于远离千斤顶部位管片环的位移。这回导致靠近千斤顶部位的管片环产生位移而应力得到释放, 此时千斤顶施力方向与管片环轴线增大 (管片环因受弯变形而曲率变大) , 然而远离千斤顶部位的管片环所受弯矩增大, 下面给出轴线方向轴力结果。

3. 2 管片环沿隧道轴线方向的应力

管片纵向所产生的轴力如图9 所示。

由图8 (隧道纵向应力) 可以看出, 施加轴力处 (对应于盾构机千斤顶处) 即模型右侧应力并不是最大值, 最大值出现在成环管片后方5~7 环处, 与现场管片破损出现部位基本吻合。试分析其原因, 盾构机内部未注浆成环管片及注浆未凝固部位管片环收到弯矩后产生的应力得到释放, 而后部同步、二次注浆完成且强度达到管片环处产生局部应力集中, 因此, 此部位管片破损较多。

对于管片环截面上轴向应力分布情况, 见图9, 可以得到管片环外弧侧, 即截面图下端, 受拉应力, 管片环内弧侧, 即截面图上端, 受压应力。内外弧侧受弯矩方向一致, 由于管片连接螺栓作用, 外弧侧螺栓受拉, 而外弧侧内边缘承受主要压应力, 此压应力由弯矩产生, 因此隧道内部观测为外弧侧破损较多, 结果与盾构机小曲率段施工期间基本吻合。

4 管片破损控制措施研究

根据本文结果, 结合现场施工情况, 给出盾构机小曲率段施工期间工程建议, 将对减少管片破损及因管片破损导致土体扰动引起的地表与建筑物沉降有一定指导意义。

1) 根据盾构机在小半径R 360 m曲线段上掘进, 推进油缸的靴板对管片产生的侧向分力是随着推进油缸的行程成正比变化, 这一特性, 采取每环 (1.5m) 掘进过程中, 停机3次, 每掘进40cm停止推进, 置换到管片安装模式, 快速收回所有推进油缸, 只要靴板脱离管片即可, 然后, 又把所有油缸靴板全部顶在管片上, 继续掘进。每掘进40cm就停止推进并收回油缸, 消除侧向力。这样, 在同等推力的前提下, 产生的侧向力只有一次推进1.5m终了时的1/3 左右。这样, 管片受到的侧向力减小, 管片被挤坏的几率大大降低, 甚至可能为零。

2) 严格控制曲线隧道施工中土体超挖量, 有利于曲型隧道施工轴线控制, 此举措将避免因纠偏量过大导致管片受力不均而引起管片破损。但超挖会使同步注浆浆液因土体的松动绕入开挖面, 加上曲线推进时反力下降的因素, 会产生隧道变形增大的问题, 所以超挖量最好控制在超挖范围的最小限度内。

3) 盾构姿态控制与曲线段不匹配, 致使盾壳挤压管片开裂、整圆器顶压管片开裂等。建议盾构机增加铰接部分, 使盾构切口至支撑环, 支撑环至盾尾都形成活体, 增加了盾构的灵敏度, 可以在推进时减少超挖量的同时产生推进分力, 确保曲线施工的推进轴线控制, 宜缓慢推进, 慎重纠偏。

4) 严格控制总推力, 作用在管片上的力是导致管片开裂的最基本因素, 其中盾构掘进过程中总推力过大是管片受力破损的最直接原因。

5) 严格控制管片拼装过程中管片环面的平整度, 管片的错台、传力衬垫厚薄不均、管片环面未清洗干净等原因都会影响管片拼装时相邻管片环面平整度, 这将直接导致管片在千斤顶作用下受力不均而破损。因此, 在每环管片拼装前, 检查上一环管片的环面平整度, 发现环面不平整时, 及时地加贴衬垫予以纠正, 从而使后拼上的管片受力均匀, 且拼装前做好管片清洗工作。

6) 同步注浆要做到同步, 背后二次注浆要及时, 这样管片环受弯矩应力释放区域变短, 这样一来管片环产生位移减小, 进而盾构机千斤顶压力与管片环轴线间夹角减小, 管片环产生弯矩会相应减小, 这会削弱导致管片破损的直接原因—轴向应力也会减小。

7) 管片生产中的质量问题, 如管片养护不到位、注浆孔预埋件刚度不足等原因, 导致管片整体强度下降。因此, 在管片进场前加强管片进场质量检验, 如发现质量问题, 一律不得进场。

5 结论

本文采用ansys有限元模拟方法, 对郑州某小曲率盾构隧道管片进行了受力分析, 得到如下结论:

1) 弧形管片环产生向圆心方向的位移;分析其原因, 是由于千斤顶施力方向与管片环轴线不在一条直线上, 即存在一定夹角, 这导致管片环受弯矩而向圆心方向产生变形。

2) 管片环纵向应力最大值分别出现在水平方向内、外弧侧;这种现象类似于梁受弯产生的一边受拉, 另一边受压的现象, 而管片环则表现为外弧侧受拉, 内弧侧受压。对于外弧侧由于管片环间螺栓的存在而表现为螺栓受拉, 以及由于管片环位移产生的弯矩, 管片环内边侧受压, 即洞内观测小曲率区段外弧侧破损较多, 与施工现场情况一致;对于内弧侧, 主要承受压, 及管片环位移产生的弯矩, 表现为管片内弧侧部位外边缘压应力最大。

3) 管片破损处集中在成环管片5~7环间;施加轴力处 (对应于盾构机千斤顶处) 即模型右侧应力并不是最大值, 最大值出现在成环管片后方5~7环处, 与现场管片破损出现部位基本吻合。试分析其原因, 盾构机内部未注浆成环管片及注浆未凝固部位管片环收到弯矩后产生的应力得到释放, 而后部同步、二次注浆完成且强度达到管片环处产生局部应力集中, 因此, 此部位管片破损较多。

并根据本文结果, 结合现场施工情况, 给出盾构机小曲率段施工期间减少管片破损工程建议, 在此区间后期施工中有效地降低了管片破损, 且可以为类似工程施工提供参考。

参考文献

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