地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)管片襯砌設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述西南交通大學(xué)

萬(wàn)璐 一、管片設(shè)計(jì)內(nèi)容管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：管片的構(gòu)造設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)分析。具體內(nèi)容見(jiàn)1-1。管片制造費(fèi)用在盾構(gòu)隧道工程總投資中所占比重較大，在地鐵工程中約為45%，因此合理地選擇管片的形式是十分必要的。盾構(gòu)隧道中，管片襯砌的作用可以總結(jié)為：A.足夠安全地承受作用于隧道上的荷載；B.具有適應(yīng)于隧道使用目的的功能；C.具有適合于隧道施工條件的結(jié)構(gòu)形式。二、管片結(jié)構(gòu)型式盾構(gòu)法隧道襯砌主要有：預(yù)制裝配式襯砌、模注鋼筋混凝土整體襯砌相結(jié)合的雙層襯砌 、擠壓混凝土整體式襯砌三大類(lèi)。預(yù)制裝配式襯砌與其它兩種襯砌相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：管片在工廠預(yù)制，質(zhì)量易于保證；安裝后能立刻承受地層荷載；施工易于機(jī)械化。且隨著防水、截水材料質(zhì)量和施工工藝的提高，采用單層襯砌即可滿足強(qiáng)度、剛度及功能的需要。依據(jù)國(guó)外一些超大斷面盾構(gòu)隧道及國(guó)內(nèi)盾構(gòu)隧道的成功經(jīng)驗(yàn)，本隧道采用預(yù)制裝配式襯砌。按管片的截面形狀鋼筋混凝土管片又可分為箱形和板形兩類(lèi)。箱形鋼筋混凝土管片存在以下的缺點(diǎn)：在千斤頂推力的作用下易開(kāi)裂，在通風(fēng)要求很高的隧道的運(yùn)營(yíng)通風(fēng)中通風(fēng)阻力大，不利于隧道通風(fēng)，浪費(fèi)了本已構(gòu)筑好的地下空間。而板形管片則能很好地滿足千斤頂頂推力的要求，同時(shí)對(duì)已構(gòu)筑的地下空間無(wú)浪費(fèi)。對(duì)于中小直徑的盾構(gòu)隧道，國(guó)內(nèi)外普遍采用平板型管片，因其手孔小對(duì)管片截面削弱相對(duì)較少，對(duì)千斤頂推力有較大的抵抗能力，正常運(yùn)營(yíng)時(shí)對(duì)隧道通風(fēng)阻力也較小。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在成都地鐵區(qū)間隧道皆采用平板型管片。綜合以上分析，本隧道采用單層裝配式平板形鋼筋混凝土管片襯砌的結(jié)構(gòu)形式。三、管片分塊關(guān)于國(guó)內(nèi)地鐵區(qū)間隧道的管片，早期在上海地鐵試驗(yàn)段曾進(jìn)行過(guò)四分塊的試驗(yàn)，主要考慮管片的接縫位置較好。而且在通縫拼裝的情況下 ，管片縱向接縫能夠在受力較小的位置；由于分塊少，管片的接縫也較少，從防水、節(jié)約工程造價(jià)考慮有利的，但是，由于管片較大，運(yùn)輸、拼裝作業(yè)相對(duì)不便。而盾構(gòu)施工的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是快速拼裝，因此四分塊方案現(xiàn)在已經(jīng)淘汰?，F(xiàn)在在國(guó)內(nèi)的地鐵區(qū)間隧道全部采用六分塊方案：一塊封頂塊+二塊鄰接塊+三塊標(biāo)準(zhǔn)塊。在成都地鐵中，襯砌環(huán)采用3標(biāo)準(zhǔn)塊+2鄰接塊+1封頂塊的分塊方式。四、管片厚度確定管片厚度為0.3m，則得管片外徑為6m。五、管片幅寬依據(jù)類(lèi)似的盾構(gòu)工程，同時(shí)從考慮運(yùn)輸、吊裝、裝配等方面進(jìn)行綜合分析比較，最終確定管片的幅寬為1.2m。六、管片接頭構(gòu)造管片襯砌接頭構(gòu)造包括接頭連接方式、接頭面構(gòu)造形式、防水凹槽形式等幾方面內(nèi)容。 1）襯砌接頭連接方式選擇（1）縱向接頭管片采用錯(cuò)縫拼裝方式拼裝。這里縱向接頭選擇彎螺栓接頭結(jié)構(gòu)。接頭均采用M24型5.6級(jí)螺栓，每個(gè)接縫在幅寬方向布置一排，每個(gè)接縫處共2個(gè)螺栓，一環(huán)內(nèi)共布置10個(gè)接頭螺栓。（2）環(huán)向接頭環(huán)向接頭采用M24型5.6級(jí)螺栓12個(gè)，等圓心角布置。2）接頭面構(gòu)造形式由于管片拼裝時(shí)不可避免地存在一定誤差，接頭面的四個(gè)周邊容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而被破壞。故在接頭面周邊設(shè)置退縫槽以解決因應(yīng)力集中而產(chǎn)生的管片破損問(wèn)題。3）防水凹槽形式根據(jù)接頭防水的需要，一般地鐵盾構(gòu)管片中在環(huán)縫和縱縫靠近外弧側(cè)處設(shè)一條止水條槽，在內(nèi)弧側(cè)設(shè)嵌縫槽即可滿足結(jié)構(gòu)防水要求。在成都地鐵工程中，在靠近外弧側(cè)設(shè)置一條止水條槽，同時(shí)在內(nèi)弧側(cè)設(shè)置嵌縫槽。七、管片拼裝方式管片的拼裝方式有兩種：通縫拼裝和錯(cuò)縫拼裝。在國(guó)內(nèi)，上海的盾構(gòu)隧道一般采用通縫拼裝；廣州地鐵、深圳地鐵、成都地鐵五號(hào)線試驗(yàn)段和南京地鐵一號(hào)線皆采用錯(cuò)縫拼裝。在國(guó)外，不管歐美，還是日本，一般皆采用錯(cuò)縫拼裝。錯(cuò)縫拼裝可提高管片接頭剛度，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，這點(diǎn)在國(guó)內(nèi)有著統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。從結(jié)構(gòu)受力分析考慮，采用錯(cuò)縫拼裝的管片相對(duì)于通縫拼裝而言一般結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力要大一些，是管片配筋經(jīng)常由最小配筋率控制，因此整個(gè)結(jié)構(gòu)的配筋量未必會(huì)加大。從具體的施工管理看，錯(cuò)縫拼裝相對(duì)復(fù)雜一些，管片的拼裝需要按三維進(jìn)行，環(huán)面的平整度以及千斤頂?shù)男谐炭刂菩枰鄬?duì)難一些。若施工中部分環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，管片錯(cuò)臺(tái)會(huì)大一些、開(kāi)裂也相對(duì)多一些。但現(xiàn)在管片生產(chǎn)一般采用高精度剛模，盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)配備也很先進(jìn)，施工技術(shù)也日趨完善，錯(cuò)縫拼裝的經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富。預(yù)計(jì)在以后的盾構(gòu)工程中，錯(cuò)縫拼裝將是主流趨勢(shì)。從這里看，區(qū)間隧道襯砌采用錯(cuò)縫拼裝。八、襯砌環(huán)組合形式區(qū)間盾構(gòu)隧道的線路擬合是通過(guò)不同的管片襯砌環(huán)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。線路的擬合包括平、豎曲線兩個(gè)方面。一般有三種管片組合方法來(lái)模擬線路。這三種管片組合方法應(yīng)該說(shuō)都是可行的。采用哪一種方法，一方面取決于設(shè)計(jì)施工習(xí)慣，另一方面取決于區(qū)間的線路曲線情況。一般而言，采用標(biāo)準(zhǔn)襯砌環(huán)+左轉(zhuǎn)彎襯砌環(huán)+右轉(zhuǎn)彎襯砌環(huán)組合施工更方便，但管片的生產(chǎn)數(shù)量控制相對(duì)復(fù)雜一些，管片模具的利用率可能低一些；采用萬(wàn)能管片，由于只需要一種模具，模具的利用率高，管片的生產(chǎn)控制單一，但管片的拼裝相對(duì)復(fù)雜；采用左轉(zhuǎn)彎襯砌環(huán)+右轉(zhuǎn)彎襯砌環(huán)組合可以算是以上兩種方法的綜合，可在以后的設(shè)計(jì)和施工中進(jìn)行實(shí)踐。在本工程中采用標(biāo)準(zhǔn)襯砌環(huán)+左轉(zhuǎn)彎襯砌環(huán)+右轉(zhuǎn)彎襯砌環(huán)。參考文獻(xiàn)：[1]曾艷華 王明年.計(jì)算機(jī)在地下工程中的運(yùn)用.成都：西南交通大學(xué)出版社，2004；[2]楊其新 王明年.地下工程施工與管理.成都：西南交通大學(xué)出版社，2002；[3]張鳳祥 朱合華 傅德明.盾構(gòu)隧道.成都：人民交通出版社，2004；