左錦春

（南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019）

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，大直徑盾構(gòu)隧道作為人類建設(shè)史上的一個重要里程碑，其應(yīng)用也越來越廣泛。在盾構(gòu)隧道的施工過程中，管片拼裝技術(shù)是非常重要的一個環(huán)節(jié)，關(guān)系到隧道的施工質(zhì)量和效率。然而，由于盾構(gòu)隧道施工的復(fù)雜性和風(fēng)險性，大直徑盾構(gòu)隧道的管片拼裝技術(shù)一直是一個研究的熱點和難點。承插式管片近年來在國內(nèi)逐步推廣應(yīng)用，其拼裝難度相對于普通螺栓管片較高，由于實際工程應(yīng)用較少，因此其拼裝技術(shù)仍處于探索階段，相關(guān)研究處于空白階段，有必要針對承插式管片拼裝技術(shù)開展研究，總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗，提升其拼裝效率和質(zhì)量。

針對大直徑盾構(gòu)隧道的承插式管片拼裝技術(shù)，已有許多學(xué)者和工程師做了很多的研究和實踐工作，李志強(qiáng)、楊成春、黃正彬針對小直徑盾構(gòu)隧道中管片拼裝遇到的常見問題、管片拼裝缺陷進(jìn)行了分析，并結(jié)合實際工程提出相應(yīng)的解決措施。肖昱、王林民對管片拼裝中管片選型及拼裝點位選取進(jìn)行了研究，說明施工中管片選型需要考慮管片、盾構(gòu)機(jī)、設(shè)計軸線三者之間的姿態(tài)協(xié)調(diào)才能精準(zhǔn)的選取合適的拼裝點位。宋艷玲、姚利軍、張毅對大直徑盾構(gòu)管片拼裝技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)合工程案例總結(jié)了其拼裝點位選取方法、拼裝操作技術(shù)要點、施工注意事項等，可為同類工程借鑒。南京江心洲污水收集系統(tǒng)二通道工程中應(yīng)用了承插式管片，該類型管片在大直徑盾構(gòu)中為國內(nèi)首次應(yīng)用，并無拼裝施工經(jīng)驗可參考借鑒，文章結(jié)合工程實際，對承插式管片施工難點、管片選型及拼裝操作方法進(jìn)行總結(jié)，為今后工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程概況

南京江心洲污水收集系統(tǒng)二通道建設(shè)工程在南京眼步行橋下游約1.4 km 處。項目起點位于江心洲市民廣場西側(cè)規(guī)劃綠地內(nèi)，在旗桿渡口南側(cè)以隧道方式穿越夾江后于棉花堤北側(cè)穿江堤進(jìn)入濱江公園綠地內(nèi)。項目路線全長755.6 m，其中盾構(gòu)隧道長度693 m。

1.2 管片設(shè)計概況

該盾構(gòu)隧道采用平板型鋼筋混凝土管片襯砌，采用強(qiáng)度等級C50，抗?jié)B等級P12。內(nèi)徑7.9 m，外徑8.8 m，管片厚度450 mm，環(huán)寬1.5 m，每環(huán)管片共8 塊，分塊方式：7+1；通用楔形環(huán)，錯縫拼裝，連接方式采用新型連接件，環(huán)縫采用22 個插入式連接件，縱縫采用16 個滑入式連接件。管片內(nèi)、外弧側(cè)各設(shè)一道彈性密封墊槽，內(nèi)弧側(cè)設(shè)嵌縫槽。見圖1。

圖1 盾構(gòu)管片剖面圖

2 大直徑盾構(gòu)承插式管片拼裝特點及難點

（1）大直徑盾構(gòu)管片巨大，不易操作，在受限的盾尾空間內(nèi)拼裝作業(yè)過程中容易與已成型隧道及盾尾設(shè)備發(fā)生碰撞，使管片產(chǎn)生破損。

（2）承插式管片拼裝允許誤差小，管片拼裝時，管片承插接頭處活動量較小。因此，對于管片預(yù)制生產(chǎn)及掘進(jìn)過程中管片拼裝精度提出了較高要求。

（3）承插式管片環(huán)縫采用插入式螺紋連接件連接，通過環(huán)縫連接件的螺紋與管片內(nèi)預(yù)埋套筒的擠壓咬合形成牢固連接，該連接方式具有拼裝不可逆的特點，因此要求管片一次拼裝成功，拼裝完成后不可拆卸，對施工操作準(zhǔn)確率提出了更高的要求。

3 管片拼裝操作方法

3.1 管片選型

本工程管片采用通用環(huán)管片，管片環(huán)縱剖面為等腰梯形，存在雙邊楔形量。管片環(huán)縫面共22 組環(huán)縫連接件，每組一個環(huán)縫連接件，因此管片拼裝點位為22 個，施工過程中通過選擇不同拼裝點位來改變管片環(huán)面各個方向上的超前量，以此改變管片拼裝在隧道縱向方向上的走向。管片拼裝方式通常分為通縫拼裝和錯縫拼裝兩種，本工程采用錯縫拼裝，管片環(huán)內(nèi)剛度較通縫拼裝方式有所提升。管片的型號與安裝位置，決定盾尾間隙的大小。管片選型的最終目的是要讓設(shè)計軸線，實際軸線，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，三線合一，通過選擇合適拼裝點位來達(dá)到預(yù)期的效果。管片拼裝選型的要素主要有盾尾間隙、推進(jìn)油缸行程差、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及錯縫拼裝。

（1）管片拼裝點位選擇不得使拼裝成環(huán)后管片迎土面與盾構(gòu)機(jī)內(nèi)殼之間的間隙小于最小間隙限值。如果盾尾間隙不均勻，管片選型不當(dāng)，造成間隙小，會使得在掘進(jìn)過程中造成管片外壁破損而導(dǎo)致止水條漏水、盾尾刷擠壓過度難以回彈等現(xiàn)象。保證管片與盾尾保持足夠的間隙，保護(hù)盾尾、保護(hù)管片外壁的根本是調(diào)整盾尾間隙，調(diào)整管片與盾尾的相對位置關(guān)系。楔形量最大的地方放在盾尾間隙最小的位置。

（2）管片拼裝點位的選擇應(yīng)根據(jù)推進(jìn)油缸行程差值進(jìn)行協(xié)調(diào)。盾構(gòu)機(jī)是依靠推進(jìn)油缸頂推在管片上所產(chǎn)生的反力向前掘進(jìn)的，而每一個掘進(jìn)循環(huán)各油缸的行程的差值反映了盾構(gòu)機(jī)與管片平面之間的空間關(guān)系，可以看出下一掘進(jìn)循環(huán)盾尾間隙的變化趨勢。當(dāng)管片平面不垂直于盾構(gòu)機(jī)軸線時，各組推進(jìn)油缸的行程就會有差異，當(dāng)這個差值過大時，推進(jìn)油缸的推力就會在管片環(huán)的徑向產(chǎn)生較大的分力，從而影響已拼裝好的隧道管片以及掘進(jìn)姿態(tài)。楔形量最大的地方放在推進(jìn)油缸行程最短位置。

（3）管片拼裝點位的選擇要適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)走向。根據(jù)當(dāng)前盾構(gòu)姿態(tài)和趨向，提前將接下來的管環(huán)方向考慮到管片選型中，管片楔形量最大的地方放在需要轉(zhuǎn)彎的方向。

（4）管片拼裝點位的選擇要保證管片錯縫拼裝，當(dāng)上一環(huán)管片拼裝完成后下一環(huán)管片的拼裝點位應(yīng)在上上一環(huán)的拼裝點位上加2、5、8、11……，以此滿足錯縫拼裝的要求。承插式管片縱縫連接件存在一定的設(shè)計容差，管片連接后縱縫允許出現(xiàn)少量的張開余量，管片拼裝時由于自身重力作用會使的位于下半部位的管片縱縫壓緊，上半部位管片縱縫張開，若封頂塊位置放置在下半部位，由于自重作用會使得臨接塊拼裝完成后封頂塊的拼裝預(yù)留間隙壓緊減小，不利于封頂塊的插入拼裝。應(yīng)避免選擇封頂塊處于底部的拼裝點位。

綜合考慮上述四個因素后采取排除法和最優(yōu)化方法選擇管片拼裝點位使得管片成環(huán)軸線同時與隧道設(shè)計軸線和盾構(gòu)機(jī)軸線相擬合。

3.2 管片拼裝

管片拼裝是盾構(gòu)施工的重要環(huán)節(jié)之一，拼裝過程中應(yīng)遵循設(shè)計的拼裝流程進(jìn)行拼裝作業(yè)，才能保證拼裝成功。拼裝作業(yè)按照如圖2 所示的步驟進(jìn)行。

圖2 管片拼裝作業(yè)流程

（1）盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到預(yù)定的長度后方可停機(jī)進(jìn)行管片拼裝作業(yè)，承插式管片封頂兩斜邊的縱縫面上縱縫連接件是突出縱縫面的，為保證封頂塊在徑向插入的過程中縱縫連接件與臨接塊管片不發(fā)生碰撞，封頂塊應(yīng)在縱向上距離上一環(huán)管片1/2 環(huán)寬的位置徑向插入。封頂塊管片在拼裝前需要將封頂塊位置推進(jìn)油缸縮回，回縮長度大于1.5 倍環(huán)寬距離，同時考慮撐靴和盾尾注漿管路的空間，封頂塊位置推進(jìn)油缸行程不應(yīng)小于2.5 m。

（2）為提高管片拼裝成環(huán)質(zhì)量，管片拼裝前應(yīng)對盾構(gòu)雜物進(jìn)行清理；管片拼裝前清洗管片和推進(jìn)油缸的水會集中到盾尾底部，管片拼裝前應(yīng)將污水抽干；盾構(gòu)推進(jìn)過程中盾尾的油脂會被帶出掉落在將要拼裝的管片位置，拼裝前應(yīng)將掉落的油脂進(jìn)行清理。

（3） 承 插 式 管 片 拼 裝 順 序 為B3 →B1、B2 →B4、B5 →L1、L2 →F。因錯縫管片結(jié)構(gòu)形式要求，無論封頂塊選擇幾點位，第一塊必須拼裝B3管片；如圖2 所示，B3 塊管片縱縫上T 型件的楔形量方向均為朝向盾構(gòu)推進(jìn)方向（T 型件窄邊靠近盾構(gòu)推進(jìn)方向），因此與B3 塊管片臨接的管片只能待B3管片拼裝完成后再縱向推入才能使縱縫上T 型件滑入C 型件凹槽內(nèi)。如圖3 所示。

圖3 B3 塊管片模板圖

（4）在安裝最后一片管片前，應(yīng)對防水密封條涂肥皂水或凡士林作潤滑處理，安裝時先徑向插入750 mm，調(diào)整位置確保CT 件端口互相平齊，緩慢縱向頂推。

（5）拼裝過程中按各塊管片位置，縮回相應(yīng)位置的千斤頂，形成管片拼裝空間，可有效防止盾構(gòu)后移；管片運(yùn)至拼裝機(jī)下方后，由管片拼裝機(jī)吸盤將管片吸緊，將管片運(yùn)至相應(yīng)位置進(jìn)行拼裝；每塊管片拼裝到位后，及時將千斤頂伸出。

（6）根據(jù)南京江心洲污水處理二通道隧道防水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、成環(huán)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)制定管片拼裝精度控制標(biāo)準(zhǔn)為：環(huán)面間隙≤0.8 mm，縱縫間隙≤0.8 mm，成環(huán)后各分塊高差≤1.0 mm。

（7）針對承插式管片拼裝精度要求較高的特點，選用6 個自由度的拼裝機(jī)，每個動作可單獨進(jìn)行靈活控制，大大提升精度靈敏度。并對油缸伸縮精度、拼裝機(jī)旋轉(zhuǎn)精度進(jìn)行校準(zhǔn)，最高伸縮精度為1 mm，最高旋轉(zhuǎn)精度為2.6 mm，以滿足滿足新型管片拼裝要求。

4 拼裝注意事項

（1）承插式管片拼裝時T 型件先滑入C 型件凹槽，T 型件與C 型件搭接，此時管片還未拼裝到位，管片縱縫面上的防水密封墊已經(jīng)開始壓縮，然后T 型件逐漸滑入C 型件凹槽底部，管片拼裝到位，此過程中縱縫面防水密封墊始終處于壓緊的狀態(tài)，且壓縮力逐漸增大，密封墊之間的摩阻力也在逐漸增大，拼裝時密封墊會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，因此拼裝前應(yīng)在縱縫防水密封墊上涂抹潤滑劑，減少縱縫密封墊之間的摩阻力，防止拼裝時密封墊脫落。

（2）安裝管片后頂出推進(jìn)油缸，保證防水密封條接縫緊密，防止由于相鄰兩片管片在盾構(gòu)推進(jìn)過程中發(fā)生錯動，防水密封條接縫增大和錯動，影響止水效果。

（3）承插式管片拼裝前需將環(huán)縫連接件插入到待拼裝管片背千斤頂側(cè)的環(huán)縫面預(yù)埋套筒中，且需要對環(huán)縫預(yù)埋套筒和縱縫C 型件凹槽進(jìn)行清理，防止有殘留異物影響拼裝；為減小拼裝過程中C 型件與T 型件之間的摩阻力、環(huán)縫連接件與預(yù)埋套筒之間的摩阻力，減小對環(huán)縫連接件螺紋的損傷，管片拼裝前可在C 型件、T 型件、環(huán)縫連接件表面涂抹潤滑劑，加快拼裝效率。

（4）管片拼裝完好后，頂緊油缸不得松開，方可放松吸盤，進(jìn)行下一塊管片拼裝。

（5）管片拼裝工應(yīng)精心操作，防止出現(xiàn)管片砼出現(xiàn)破損。

（6）承插式管片環(huán)縫連接件插入到預(yù)埋套筒后，螺紋已擠壓咬合，管片不得拆除拔出進(jìn)行重新拼裝。

5 結(jié)論

文章以南京江心洲污水收集系統(tǒng)二通道隧道工程管片拼裝為例，對大直徑承插式管片拼裝的難點、操作技術(shù)、管片拼裝點位選取方法等進(jìn)行系統(tǒng)的介紹，為后續(xù)應(yīng)用承插式管片工程提高參考價值。總結(jié)出如下結(jié)論，有效提高承插式管片拼裝質(zhì)量和拼裝效率。該拼裝技術(shù)在南京江心洲污水收集系統(tǒng)二通道隧道工程應(yīng)用中隧道成型質(zhì)量優(yōu)良，均控制在允許誤差范圍之內(nèi)。①管片拼裝點位選擇應(yīng)結(jié)合盾尾間隙、推進(jìn)油缸行程差、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)走向、管片拼裝方式等因素進(jìn)行精細(xì)選擇。②承插式管片拼裝應(yīng)按規(guī)定的拼裝順序進(jìn)行拼裝，不得更改拼裝順序，否則會造成拼裝失敗。③承插式管片具有一次拼裝成型特點，拼裝過程不可逆，拼裝作業(yè)需精心操作，防止出現(xiàn)拼裝錯誤。