帥彬

摘要：在地鐵隧中盾構法施工已經(jīng)有了較為普遍的應用，作為暗挖法施工中的一種，有著良好的適應性，對周邊影響較小，保證隧道如期貫通等特點，基于此，本文通過論述分析國內外已建及在建的盾構隧道管片結構，為今后的盾構管片結構設計提出有益的建議，具有一定的指導意義。

關鍵詞：地鐵盾構；隧道；設計

1管片配筋設計

在結構設計中管片配筋是最為重要的環(huán)節(jié)，其會對結構的耐久性以及安全性造成影響，與此同時也需要在設計過程中對其經(jīng)濟性進行考慮。當前對管片配筋還缺乏一個較為統(tǒng)一的型式，而國內外地鐵區(qū)間隧道大都采用盾構法施工，因此對管片合理配筋進行研究有著重要的意義。在早前的廣州地鐵中2號線赤鷺區(qū)間之中應用了歐洲規(guī)范，在上下排主筋中使用U型鋼筋來連接；在日本地鐵中應用是下排鋼筋向上彎起，將其與上排鋼筋以點焊形式進行連接。目前我國大部分城市都通過對管片四周加暗梁的形式進行配筋設計，在比較容易發(fā)生裂縫的螺栓孔處附加螺旋筋或者是吊筋，提升其整體性。而在濟南地鐵R2線管片配筋設計中還采用了分段配筋，在不同埋深、地層下按A～D型四種類型主筋配筋，并由此統(tǒng)計各類型管片的每立方混凝土的含鋼量。同時在配筋率變化條件比較小的情況下，為了保證管片受力合理，根據(jù)結構計算結果，使管片內側配筋量大于管片外側配筋量，對管片配筋進行優(yōu)化。

對于管片的含鋼量確定，通常國外的管片其含鋼量會控制在80～100kg/m3之間，要求考慮到鋼筋強度等因素，可以將其折算為107～130kg/m3。一般在我國國內大部分城市都應用的是145～160kg/m3的含鋼量。新型的鋼纖維混凝土管片目前也已經(jīng)在諸多城市得到了成功的應用，管片僅僅應用30～60kg/m3的鋼纖維摻量。由此，對于確定管片合理的含鋼量在管片結構設計中有著重要意義。

2做好環(huán)寬設計

管片的環(huán)寬尺寸一般會對工程造價、質量以及工期造成較大的影響。以往，由于配套技術的不足，常采用較小的環(huán)寬，一方面可使施工材料的搬運、組裝更方便，另一方面在小半徑內施工可以更省力，但缺點是施工接縫多、螺栓使用量大、常出現(xiàn)較多的接頭滲漏水缺陷。隨著施工技術的不斷進步，大環(huán)寬管片的應用已成為主流的發(fā)展趨勢，較大環(huán)寬的管片能夠提高整體結構縱、橫向剛度，對結構受力有利，減少環(huán)縫數(shù)量，對結構防水有利，同時能夠降低造價。目前國內地鐵盾構隧道通常是采用1.2m、1.5m環(huán)寬，其中采用1.2m環(huán)寬的較多，如：北京、上海、南京等采用的1.2m環(huán)寬；天津是1.2m與1.5m環(huán)寬配合使用，曲線地段用1.2m環(huán)寬；廣州、武漢、鄭州采用1.5m環(huán)寬的管片。

3襯砌結構設計

國內盾構管片的設計模式主要以“荷載-結構”計算模式為主。即地層除了會對襯砌結構產生主動荷載以外，還會對其產生被動力，通過考慮地層抗力對襯砌變形的約束作用。沿區(qū)間縱向取單位長度的主體結構，把主體結構簡化為放置于彈性地基上的平面框架梁單元結構，用布置于各節(jié)點上的彈簧單元來模擬圍巖與襯砌的相互約束；另外，假定彈簧不承受拉力，彈簧受壓時的反力即為圍巖對襯砌的彈性抗力。隧道結構所承受的主要荷載為地層壓力，包括豎向壓力和水平壓力兩種。在進行淺埋處理時，可按照全土柱重量來對計算豎向壓力；深埋處理時，則應按照泰沙基公式來對豎向壓力進行計算，與此同時，根據(jù)結構受力特點進而對受力之時地層以及結構移動彼此之間的作用進行確定，根據(jù)靜止土壓力、主動土壓力以及被動土壓力進行計算得到結果。

4管片裂縫控制合理性建議

管片的裂縫控制是管片設計中的重要一環(huán)，不僅僅是關于受力安全和耐久性的考慮，還有經(jīng)濟效益的影響。在結構設計過程中，應該對施工地區(qū)的地質情況、施工技術充分了解。配筋也要在保證受力安全的同時，注意裂縫的情況。盾構管片中的裂縫，一般是在進行施工中出現(xiàn)，而在盾構掘進中，因為對其姿態(tài)控制要求、圍巖不均、曲線施工以及糾偏等因素，那么千斤頂其推力分布存在著的一定問題，導致了出現(xiàn)局部超限拉應力，因此管片會出現(xiàn)掉角、破損以及裂縫等情況。同時在管片離開盾尾后，通過新拼管片來將千斤頂?shù)耐屏M行傳遞，促使其力而逐漸分散，裂縫就會縮小。隨著整個隧道的竣工，圓型盾構隧道也慢慢進入到一個較為穩(wěn)定的受力狀態(tài)中，在施工過程中出現(xiàn)的裂縫、滲漏等情況也會逐漸消失。在進行具體施工中因為人為和地質條件的變化，一般都會出現(xiàn)出高出設計強度以及裂縫寬度要求的荷載，對于出現(xiàn)的這種情況，通過后期管片修補的形式進行彌補，比通過增加配筋要求的費用少很多。

從綜合的角度來看，單純的提高管片配筋率并不是一個控制裂縫的有效方法。需要結合多種合理化的配置方法來實現(xiàn)，通過已有的理論研究并根據(jù)以往的工程設計經(jīng)驗，對管片設計中裂縫控制提出以下建議：1）根據(jù)不同的地質類型，研究各種情況下的管片受力機理，通過合理的計算模型選擇，使得配筋和管片尺寸配置更加合理。2）管片鋼筋的混凝土保護層厚度迎水面取35mm，背水面25mm，管片最大計算裂縫允許寬度為0.2mm。3）鋼筋加工與安裝位置的允許誤差應符合設計要求。 4）合理分析經(jīng)濟效益和襯砌安全的平衡點，避免不合理的加大管片鋼筋，和前期節(jié)約資金造成后期處理費用加大的情況。建議在管片局部改善配筋方式使其受力性能改善，增加螺栓孔、手孔處抵抗開裂的能力。同時，在普通鋼筋混凝土的管片基礎上提出設計低配筋率鋼纖維鋼筋混凝土也是目前國外及香港地區(qū)較為普遍的設計思路。

5結束語

地鐵隧道施工在我國大部分城市都采用了盾構法施工，盾構技術在國外和國內長期應用中已經(jīng)逐漸積累了大量的經(jīng)驗，但是想要充分發(fā)揮出盾構法優(yōu)勢，還需要基于盾構法隧道的技術特點和各地實際情況做好管片結構設計，并在盾構隧道施工前選取合適的施工技術和施工工藝，從而確保安全、經(jīng)濟的推進地鐵工程建設。

參考文獻：

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（作者單位：中鐵第四勘察設計院集團有限公司）