城际轨道交通盾构管片特性与拼装技术总结.docx

城际轨道通用管片特性与拼装研究 一、什么是盾构管片？ 隧道施工由两个环节构成：一是掘进，二是衬砌。对于盾构隧道而言，掘进是由 刀盘的旋转刮削实现；而衬砌就是在尾盾内部拼装管片环。 管片环就是一个钢筋混凝土圆环， 该圆环的内径是隧道的成型直径； 依据最大埋 深、抗渗能力、抗震能力等技术要求设计管片的厚度。 内径加厚度等于管片环的 外径。管片环的另一个结构参数是管片环的宽度。 该参数相当于钻爆施工的一个 掘进循环的进尺。 盾构机刀盘、盾壳的尺寸就是根据管片环的这几个参数来设计的。 整体的管片环是无法在隧道内运输、 安装的。解决方法就是将管片环分解成多块。 零散运输，洞内拼装。这些块就是管片 (segment) 。 管片是构成管片环的所有分块的统称，包括标准块 (B)，邻接块 (L)和封顶块 (F)三 类。管片的分块数量因隧道直径（对应管片环的周长）的不同而不同。原则就是 不宜做得太大，以便于运输和安装。 其中，封顶块只有一块；邻接块分布在封顶块的两侧，有两块。因此，分块数量 的不同，实际是指标准块的数量不同。 为什么会有这些分别呢？想象一个平放的圆筒，从上而下通过圆心像切蛋糕一 样，简单地切割成几个等份的圆弧块不是更简单吗？ 也许最初大家确实是这么想的。 按这个思路我们继续想象下去， 看看会发生什么 呢： 现在，将这个等份切割的圆筒竖起来（圆心的法线想象成隧道轴线） 。拿掉其中 任意一块。怎么拿？当然，是沿直径方向往外移动。反之，向内是拿不掉的。这 是因为圆环的外周长较内周长大，每一份分得的外弧长也比内弧长要大。同理， 将这拿掉的一块再装回去的话，也只能是从外向内地“凑”上去。 拿掉一块的过程相当于隧道内的管片拼装过程的逆过程。 隧道施工时，人员的操 作都是在隧道内部进行的。 你怎么将这最后的一块管片送到管片环外侧再由外向 内地将这块管片凑到正确的安装位置呢？这显然是不行的。 为解决这个问题，技术人员采取了两种办法： 一：将认定为最后安装的一块管片的环向结合面 （就是上面说的切割面） 设计成 内弧长，外弧短。从而可以从内向外地安装管片。相应的，与这块管片连接的左 右两切割面设计成与之对应的坡面。 就是更大的内外弧差。 总之，严密贴合就行。 盾构发展的历史上， 确曾有过这样的解决方法。 由于有更好的方案， 这种设计国 内基本上没人采用。 二：细心的话，你可能会想到，将最后那一片从端头平滑地插进去不就解决了吗？ 完全正确，从端头可以插进去。唯一的限制是空间。要这样做，管片环外侧必须 有大于管片宽度的自由空间。 这对盾构机的设计提出了较高的要求。 实际上，盾 构设计者采用了这种思路， 并完善成一种更有效的解决方法。 就是将最后一块管 片沿隧道轴线方向上设计成一头宽一头窄的楔形，窄的一端朝向已成型的隧道。 拼装时，先将楔形块相对于管片环偏移一定距离（理论上，这个距离可以很小， 本工程施工设计是偏离 600mm ），然后沿直径方向由内向外将楔形块推送到管 片环的对应缺口位置， 用推进油缸将楔形块顶推到安装位置。 螺栓固定， 完成一 环的拼装。 该楔形块就是所谓的封顶块 (F)。这不是个好名字，容易造成误解。封顶块不一 定拼装在隧道的顶部， 也常常出现在隧道的腰部， 底部等位置。 施工单位通常叫 它“ K 块”，是沿用欧洲人的习惯叫法（ Key ）。这个词表明了该管片的重要性。 实际上，盾构隧道线形的控制（转弯、上下坡、纠偏）就是依靠 K 块的拼装位 置变化来实现的。 K 块拼装位置变化相当于整个管片环的（顺 / 逆时针）旋转， 不是说仅仅 K 块换个位置（那是不可能的） 。K 块的重要性在于它是我们考察隧 道线形变化的着眼点。 二、城际轨道管片概要 城际轨道使用的管片为双面楔形通用环。下图是本工程的管片设计总体图。 B4 B4 B3 L2 B3 F L1 B2 B2 B1 B1 图一 管片环设计图 这里不便将所有的管片图纸都展示出来，重点放在对管片的概括性描述上。 图纸视图是从盾构隧道掌子面向已成型隧道方向正视的管片端面视图。 名称约定： 环向：就是沿管片环圆周方向； 环间：管片环之间；有时也叫“纵向”。 概要一：分块 管片分块： 7 块 标准块 (B)：= 7-3 = 4 块 （3=1 个 F 块， 2 个邻接块 (L)。这是固定不变的） 图中，将封顶块 (F)画在水平方向左侧（隧道的右侧） 。各管片关于水平线对称分 布。下部是 L1 邻接块， B1 、B2 标准块；上部是 B3、B4 标准块， L2 邻接块。 图中看到的封顶块（ F）是其较宽的一端，窄的一端在图纸背面 ：） 从几何结构上说， 4 个标准块（ B1~B4 ）是完全一样的，实际上却是不一样的。 之所以不一样是出于拼装便利的考虑，没有结构上的必然性。 管片拼装的原则