浅谈地铁盾构隧道预制管片施工

郭武广

摘 要：现如今，城市交通越来越拥挤，阻碍城市向前发展，为了让城市交通更加顺畅，减少城市交通的压力，许多一、二线城市都在大力投身于城市轨道交通的设计，推动着城市交通的向前发展，更多更频繁地地铁隧道施工都在如火如荼的进行着。随着隧道工程建设的发展，管片已成为预制混凝土构件的一个重要产品。伴随着技术不断地创新进步，盾构技术会适用更广泛的环境状况，由于其进效率特别高，我国很多大城市都在广泛使用。文章主要分析了盾构施工方法在地铁隧道中的运用。

关键词：地铁隧道；盾构法；预制管片施工

1 盾构法介绍

盾构法施工是以盾构机这种施工机械在地面以下暗挖地道的一种施工方法。盾构施工作为一种新颖的施工技术方法，在现在城市地铁隧道施工中得到了广泛的应用，此方法有很多优点，不仅安全而且还高效快速，在比较复杂的地层环境下依然可以正常进行施工，并且大量运用在市政工程建设、大型引水的工程建设以及大型城市轨道建设。盾构施工中隧道结构的衬砌主体为管片，现今为止，主要的管片形式有以下几种：钢管片、球墨铸铁管片、复合管片、预制管片等，它们决定着整个隧道的质量，决定着整个隧道的使用年限。所谓“盾构”，是指配有护罩的一种专门用于隧道开挖的专用设备。如图1所示。

盾构法施工最早出现在欧洲，随后在美国和日本发展较快，迄今为止已在世界各地得到广泛应用。

2 地铁隧道盾构施工特点以及施工技术原理

地铁盾机施工主要为稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌（壁后灌浆）三大部分。地铁盾构机施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响、水下开挖不影响水面交通等特点，在隧洞较长、埋深较大的情况下，用地铁盾构法施工更为经济合理。

地铁盾构机的作业原理是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推动边对土壤进行发掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对发掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的效果，接受周围土层的压力，有时还接受地下水压以及将地下水挡在外面。发掘、排土、衬砌等作业在护盾的保护下进行。

3 常用隧道管片

在盾構隧道中，隧道的截面形状各不相同，施工方法也有差异，造成其结构受力的性能也不同。所以在设计管片时必须考虑以上诸多因素。隧道管片也就根据不同的隧道断面进行设计，主要有圆形、矩形、椭圆形等，我国地下隧道大都以单圆隧道为主，因此管片主要设计成圆形的钢筋混凝土管片。单圆管片一般是根据隧道的不同直径进行分块，大都分为4到8块。如图2所示，在我国广州地铁盾构隧道预支管片常用的是单圆隧道管片，外径6000mm，内径5400mm，环宽1500mm或1200mm，管片有四种类型，标准环（直线）、左转环（左曲）和右转环（右曲）、通用环。每种类型根据配筋不同，用于不同地层，每一环的管片由六片管片构成，由3块标准块A1，A2，A3，2块相邻连接块B，C，1块封顶K块。

4 盾构法预制管片施工技术在地铁隧道施工中的应用

（1）管片分块。管片分为标准块（A），邻接块（B）、（C），封顶块（K）三类，其中封顶块只有一块，两块紧邻块分别为封顶块两侧，因此改变标准块（A）数量就直接改变断面尺寸。（2）管片连接，管片之间连接有螺栓接头、绞接头等，有直螺栓、弯螺栓、斜螺栓等螺栓连接方式；有研究表明斜螺栓连接对管片损伤最小，但不适合小直径、薄管片盾构区间隧道；弯螺栓连接合适薄管片、小直径盾构隧道。目前在国内管片间螺栓类型均属于永久性，因此可拆式螺栓管片是节约材料的新方向。（3）管片拼装。盾构隧道装配式衬砌结构管片拼装方式有通缝、错缝两种。在通缝与错缝连接受力分析及论证的研究中表明，通缝拼装的衬砌各环接头位置相同，受荷相同的情况下变形一直且相邻间无弯矩和剪力传递，目前广泛采用的错缝拼装衬砌接头错开，受力错综复杂致使相邻管片变形迥异（力的传递分散），但研究结果显示错缝在防水、控制等问题上优于通缝。拼装施工关键点，假定小块封顶为5+1型式原则是A2→A1（A3）→B（C）→K，在顺序上对线性控制方面做调正。K块拼装方式有径向插入、纵向插入和先径向再纵向等方式，目前国内施工大多采用先径向后纵向的方式拼装关键块，径向搭接长度需综合考虑关键块插入度和盾构机千斤顶的长度（盾构机姿态），然而纵向插入的方式主要考虑径向搭接长度和插入关键块时的间隙。

地铁盾构施工中有若干测量的手段和方法。盾构掘进测量与衬砌环片测量。完成上述任务后进行盾构掘进测量，由于盾构掘进利用的是激光导向系统，施工测量则是利用导线点的控制并对水准控制点进行重复测量取得的成果，其加权平均值即为起算数据。盾构掘进测量的内容为盾构井、盾构拼装、盾构姿态以及衬砌环片四项内容的测量，运用联系测量方法及所测的线路中线点和测量控制点获取测设值，其与设计值比较差应控制在3mm以下，高程与设计值比较差应控制在2mm以下，平面偏离、高程偏离以及横纵向的各项测量误差限差均不能与设计值发生太大偏离，测定实时姿态时，应选择切口中心为特征点，盾构本身方位角与轴线的方位角的比较差为方位角改正差，盾构掘进方向的修正以此为依据。盾构掘进测量完成后，最后还应对衬砌环片进行测量，可采用横尺法测取其水平和垂直偏差。

5 结束语

总而言之，地铁盾构隧道预支管片施工技术的应用可以让盾构机更加安全和高效的进行施工，现今的地铁盾构施工技术在自动化的程度上已经有了很大的提高，特别是掘进系统和位姿控制上，对于盾构机的导向自动纠偏以及所以子系统的全面协调还需要更深的研究。希望所有人员可以共同努力，克服技术上的难题，在实际工作中不断的对地铁盾构施工技术进行探索，让盾构技术可以发挥更加强大的功能。

参考文献

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