劉世中

地鐵是我國交通運輸體系的重要組成部分，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，地鐵已在我國大多數(shù)城市普及。地鐵建設(shè)聯(lián)通了城市的各個區(qū)域，所以在城市商業(yè)中心區(qū)的地下也要經(jīng)過地鐵，但地鐵建設(shè)需要地下開挖，很容易對城市地基造成擾動，導(dǎo)致地面出現(xiàn)隆沉等問題。因此，為了保障地鐵建設(shè)的安全性與穩(wěn)定性，需要對地鐵隧道中管片結(jié)構(gòu)設(shè)計進行具體的分析，提升管片結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性，從而提升地鐵質(zhì)量，保障城市交通運輸安全。

1　管片結(jié)構(gòu)形式設(shè)計分析

現(xiàn)階段，國內(nèi)的地鐵施工管片設(shè)計主要有兩種形式：①通用環(huán)（楔形環(huán)）形式，這種管片結(jié)構(gòu)的形狀為楔形，施工中需要將管片組合起來放置到相應(yīng)的位置上，這種形式可以貼合地鐵建設(shè)中隧道的線形，所以符合掘進施工的特點。②無楔環(huán)管片形式，這種形式在楔形環(huán)原來的基礎(chǔ)上，增加了直、曲兩種形式的普通環(huán)，兩者結(jié)合才能完成施工。兩種管片因形式與性能等多方面的差異，在我國南北方地區(qū)有著不同的適用條件，例如，我國北京地區(qū)主要使用直、曲組合環(huán)，而在南京、廣州等南方地區(qū)則會根據(jù)實際情況結(jié)合兩種管片形式進行施工。這種情況的出現(xiàn)主要是由于南北方在地質(zhì)、地形條件上存在的差異，南方地區(qū)山地、丘陵地帶較多，從力學(xué)的角度來考慮，隧道的起伏變化都會對管片的受力造成影響，所以會根據(jù)每段地質(zhì)條件的不同選擇管片形式；而我國北方地區(qū)，地勢相對平坦但土質(zhì)差異大，所以施工中采用直、曲集合等方式能夠提升管片的抗力性能。具體的設(shè)計對比分析有以下幾方面內(nèi)容：

（1）管片結(jié)構(gòu)形式性能對比

管片結(jié)構(gòu)在地鐵運營中主要發(fā)揮的是抗力性能，其抗力性能來自兩個方面：①永久荷載帶來的；②施工荷載帶來的。所以在我國地鐵施工中，隧道直徑處于相同的情況時，使用的管片分塊也應(yīng)處于相同情況，如果采用盾構(gòu)法，管片分塊基本上都以5+1形式為主，也就是將管片分成六塊，施工中使用每個小的封頂塊直接以軸向方向插入。這種施工方法管片需要承載兩部分抗力，一部分來自楔形面，另一部分來自于垂直楔形面的分力，但是采用不同的管片結(jié)構(gòu)形式力的分布情況是不同的，使用通用環(huán)結(jié)構(gòu)時，分離可以均勻的分布到每個環(huán)片上，但無楔形環(huán)的方式則不可以實現(xiàn)，所以從這點上來看，楔形環(huán)的抗力性能以及荷載能力較強[1]。通常情況下，施工中使用楔形環(huán)管片結(jié)構(gòu)時，要注意控制好楔形量以及準確計算各個環(huán)片的受力值。

另外，在地鐵施工中，由于管片斷面不平整的問題，使用盾構(gòu)法配合千斤頂?shù)膽?yīng)用，所以極易在施工中出現(xiàn)裂縫，所以，施工中如果施工區(qū)域為直線段，最好采用無楔形環(huán)管片結(jié)構(gòu)，其抗力性能在這種情況下要優(yōu)于楔形環(huán)。

（2）管片結(jié)構(gòu)形式防水性能對比

現(xiàn)階段，我國地鐵工程施工中，防水主要通過橡膠條密封來完成，使用的密封材料主要是遇水膨脹橡膠以及三元乙丙彈性橡膠。橡膠的使用要以及管片止水溝槽為依據(jù)，通過加工制作矩形框條安裝在止水溝槽中，但框條必須完全封閉。由于無論采用哪種管片結(jié)構(gòu)形式，其斷面都是斜平面，而且具有不完整性，如果使用楔形環(huán)結(jié)構(gòu)，在千斤頂?shù)淖饔孟?，每塊管片會相互靠近，從而導(dǎo)致縱向裂縫出現(xiàn)，這種裂縫的開口要遠遠超過無楔形環(huán)結(jié)構(gòu)，從而無法利用強度較大的壓縮力擠壓止水橡膠，所以從這點來看，無楔形環(huán)結(jié)構(gòu)的防水性能更強[2]。

（3）施工中管片結(jié)構(gòu)占用面積以及組織計劃

施工中管片結(jié)構(gòu)的用量要根據(jù)施工場地的空間條件、運輸條件以及施工任務(wù)量決定，所以在施工組織設(shè)計上，工作人員要對管片進行具體編號，然后按照編號進行排放，施工中使用每種結(jié)構(gòu)的管片要由施工工序做決定，所以管片結(jié)構(gòu)不會對施工進度造成影響。由此來看，施工中兩種管片結(jié)構(gòu)形式在占用面積以及組織計劃上并無較大差異。

2　管片環(huán)寬設(shè)計分析

（1）管片環(huán)寬設(shè)計與隧道曲線半徑的關(guān)系

管片環(huán)寬與隧道曲線半徑之間呈現(xiàn)的是正比例關(guān)系，由于隧道曲線位置受盾尾處間隙的影響，所以，如果轉(zhuǎn)彎位置的寬度過大，地鐵轉(zhuǎn)彎時的阻力就會增加，導(dǎo)致盾尾處間隙位置出現(xiàn)被卡住的情況，從而破壞管片。通過研究發(fā)現(xiàn)，盾尾間隙處于2.0～4.0cm的范圍內(nèi)最為合適，以2cm為例，如果盾尾間隙為2cm，那么管片環(huán)寬在設(shè)計上應(yīng)為1m，而曲線半徑應(yīng)控制在300m[3]。但現(xiàn)階段，國內(nèi)地鐵施工曲線半徑基本要在500m以上，所以要適當調(diào)節(jié)管片環(huán)寬以及盾尾間隙。

（2）管片環(huán)寬設(shè)計與施工速度關(guān)系

地鐵施工采用盾構(gòu)法時，其施工進度管理目標依據(jù)是每日工作量，所以在施工現(xiàn)場的資源配置以及施工工序的組織計劃上都要以這個目標為核心進行。每日施工內(nèi)容為進尺掘進、出土盾構(gòu)施工、管片拼裝，所以提升施工進度可以采取延長施工長度以及縮短施工時間兩種方法。通過實際施工統(tǒng)計，以上述三項內(nèi)容為一個施工循環(huán)，每個循環(huán)施工所花費的時間在2h左右，如果在施工中借助千斤頂?shù)脑?，每種施工速度要快于正常施工2～6cm[4]。而隨著管片環(huán)寬的增加，施工循環(huán)的內(nèi)容也會增加，從而導(dǎo)致施工時間上升，為此，施工進度控制必須要考慮到管片環(huán)寬這項因素，盡量將環(huán)寬控制在1.8m左右，這樣能夠有效的提高施工速度。

3　封頂塊管片插入設(shè)計分析

盾構(gòu)法地鐵隧道施工管片插入方式有兩種：①徑向式插入；②軸向式插入。其中徑向式在管片形狀上存在優(yōu)勢，由于其形狀簡單，方便管片拼裝；而軸向式結(jié)構(gòu)可靠性較高，管片之間可以相互作用。但由于施工中，在軸力和注漿壓力的雙重作用下，管片截面會有剪切力產(chǎn)生，如果一旦隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，管片就會被擠出，所以國內(nèi)地鐵施工主要采用的是軸向式。軸向式封頂塊管片插入設(shè)計長度計算公式為L表示的是管片的長度、B表示的是管片環(huán)寬、H1表示的隧道管片結(jié)構(gòu)外部的周長；H2表示的隧道管片結(jié)構(gòu)內(nèi)部的周長、A表示的是管片的楔形量、δ表示的是插入中施工的間隙[5]。在施工中給定確定參數(shù)后，可以根據(jù)此公式計算出封頂塊管片的插入長度，長度計算要保障準確性，這會影響到施工質(zhì)量以及施工小，根據(jù)施工經(jīng)驗總結(jié)，插入長度越長，施工速度越快；另外，施工中必須保障施工操作規(guī)范，保證管片的抗力性能，從而提升管片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4　結(jié)束語

綜上所述，地鐵盾構(gòu)法隧道管片設(shè)計是關(guān)系到地鐵運行穩(wěn)定性與安全性的一項施工內(nèi)容，而從當前兩種管片結(jié)構(gòu)形式來看，每種都可以滿足我國地鐵隧道施工，但出于對地鐵運營經(jīng)濟效益、安全性、舒適性等多角度因素的考慮，施工中盡量選擇直線段施工方式，隧道曲線半徑也要盡可能擴大，而且從性能等多角度因素上，最好采用無楔形環(huán)管片結(jié)構(gòu)形式；另外，要注意管片插入長度的計算，從而保障施工質(zhì)量，為地鐵運營營造安全、穩(wěn)定的環(huán)境。

[1]王夢恕.中國盾構(gòu)和掘進機隧道技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問題及發(fā)展思路[J].隧道建設(shè)，2014，27（3）：179～187.

[2]杜峰.深圳地鐵9號線盾構(gòu)法隧道管片預(yù)埋滑槽設(shè)計研究及探討[J].隧道建設(shè)，2014，22（3）：249～253.

[3]張常光，趙均海，張慶賀.盾構(gòu)通過礦山法隧道復(fù)合支護的管片內(nèi)力解析解及應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2014，28（2）：95～100，114.

[4]樓朝偉，趙冬旭.地鐵隧道下穿淤泥地層工法比選及技術(shù)探討[J].鐵道標準設(shè)計，2016，30（12）：99～103.

[5]王立新.地鐵盾構(gòu)隧道與礦山法隧道接口段抗震計算研究[J].鐵道標準設(shè)計，2017，33（3）：97～103.