盾构管片拼装施工技术

汪 伟

（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100）

1 盾构管片拼装技术概述

盾构法常用于城际铁路、城市地铁修建，自动化水平高，对周边环境影响小，但是设备相对昂贵，对施工人员的专业性要求高。结合我国盾构工法的实际运用情况分析可知，盾构机类型众多，以适应不同地层的掘进需求，其施工流程可分为始发、掘进、到达三大步骤，所有开挖、拼装工作均在盾构机内部完成，整个施工过程安全风险较小。

管片是隧道衬砌的主要构成部分，发挥着支护、抵抗水土压力的作用，而且其制造费用较高，占盾构隧道建设总投资的40%。管片拼装机安装在盾构机盾体支撑环上，盾体掘进后管片拼装机进行衬砌安装，各执行机构抓取、移动、定位、螺栓连接管片，如此循环往复，对隧道表面进行支撑。

2 盾构管片拼装机工作原理及管片拼装方法

2.1 盾构管片拼装机工作原理

盾构管片拼装机主要组成部分包括自动输片装置、抓取装置、提升机构、平移机构、回转机构、微调机构等，其在拼装区域内可完成6 个自由度无干涉运动，如图1 所示即为真空吸盘式管片拼装机，其具有使用简单、安全性高、生产效率高等优势，只需几秒就可完成管片取放，且真空吸盘不会在管片上留有痕迹。

图1 真空吸盘式管片拼装机

2.2 管片拼装方法

盾构管片拼装，主要分为通缝拼装和错缝拼装2 种形式。

1）通缝拼装 管片纵缝对齐，定位方便，易安装纵向螺栓。但是，通缝拼装易环面不平，引发较大的累计误差，甚至出现环向螺栓无法安装的情况，环与环缝隙压密量不够，纵缝接头变形未得到相邻管片约束。此种拼装方法所形成的隧道结构在柔性方面表现较好，在地质条件较好的地层中可充分调动土体抗力。

2）错缝拼装 相邻管片纵缝错开，错开距离为管片弧长度的1/3～1/2。此种拼装方法下管片较难定位，给纵向螺栓的安装也带来一定的难度，施工应力较大，管片易出现裂缝。但是此拼装方法下环面平整，整体性好。

2.3 管片拼装质量管理

盾构管片拼装施工质量直接关系到隧道成型质量，常见质量问题包括管片破损、渗漏、错台、轴线偏移等。而该部分问题的产生可归纳为以下5 点原因。

1）管片尺寸偏差 盾构管片生产时尺寸与设计要求存在偏差，导致拼装精度差、椭圆不达标等。

2）拼装不规范 盾构管片拼装时未严格按操作标准要求作业，如未及时清理盾尾和环间杂物、管片拼装顺序错误、螺栓复紧不到位、未预留足够空间安装封顶块等。

3）注浆质量差 盾尾与管片分离后，管片与土体之间会形成一个环状间隙带，需进行壁后注浆，固定好管片。若浆液凝结速度过慢、注浆量、压力等参数控制不当，则会导致错台的问题。

4）盾构机操作不当 隧道区间作业时，盾构机呈蛇形掘进，姿态控制要求高，若是出现偏差后未及时调整，也会给管片拼装等施工带来难度。

5）管片拼装点位选择错误 掘进过程中推进油缸各分区行程差大，铰接油缸行程差大，盾尾管片与盾体之间间隙差值较大，若是未按要求选择正确的拼装点位及拼装顺序，会导致管片拼装困难和管片破损、错台等情况发生。

对此，必须加强管片拼装成型质量管理，做好检测工作，及时发现问题、解决问题。以管片错台质量问题为例，可从人、机、料、法、环等方面出发，全面落实质量检查与处理工作，保证管片拼装质量可靠。

3 实例探析盾构管片拼装施工技术与质量控制

3.1 工程概况

珠机二期三灶隧道盾构区间位于珠海市金湾区272 省道下方，前部接140m 进口明挖段，后接803m 出口明挖段，线路左侧临海。盾构隧道起迄里程：左线DK35+550.939—DK37＋700.939，全长2 150m（1 195 环），右线YDK35+550.862—YDK37＋695.241，全长2 144.379m（1 192 环），该区间全长4 294.379m（2 387 环）。

3.2 管片选型

经综合分析，本项目管片包括8 个类型。衬砌环组成：封顶块（1 个）+邻接块（2 个）+标准块（4 个）。

3.3 管片生产

3.3.1 管片生产计划

管片生产计划如表1 所示，7 套模具2 个循环可生产14环/d。

表1 管片生产计划

表2 管片进场验收标准

3.3.2 衬砌环形式及拼装方式

1）衬砌环形式 曲线段采用通用楔形环，双面楔形。

2）管片拼装 主要为错缝拼装，特殊情况下通缝拼装，连续通缝不大于3 环。

3）特殊管片 横通道与正弦隧道相接处的4 环管片、盾构始发及接受环管片需要采用特殊管片环，特殊环与标准环相接处设变形缝。

4）拼装精度 管片首次生产进行水平拼装检验，验收合格后批量生产；正常生产期间，每200 环水平拼装检验1 次，同时需开展检漏测试、管片抗弯试验等。

3.4 管片进场验收与堆放

管片进场时，管片强度需达100%，抗渗等级P12，验收合格方可进场，管片进场验收标准如表2 所示。

管片堆放场设在始发井口附近，用于堆放衬砌管片和管片防水处理场地，小型龙门式起重机行走覆盖整个场地，便于管片起吊运输。

3.5 管片拼装

管片由下至上拼装，标准块→邻接块→封顶块。

3.6 管片质量保证措施

1）严格审查管片生产工艺和质量保证措施，认真做好过程控制。指派专门的管片质量检查人员全程在构件厂驻场检查管片生产过程的质量、原材料及生产工艺的控制情况，要求构件厂提供从原材生产及试验的所有资料，并结合检查记录分析等形成质量周报，并报业主及监理等单位。

2）选取管片时要多方面考虑，遵循“勤纠偏、小纠偏”原则，减小管片拼装时的错台。

3）确保管片的自身防水符合设计要求，并对管片弹性密封垫入洞前、拼装前进行严格的验收。

4）安装管片螺栓接头前检验止水垫圈完整方可安装螺栓。

5）严格按指定的拼装工艺进行拼装，拼装过程中经尺量管片错台符合拼装要求后，再将管片就位。

4 结语

管片拼装是盾构施工的重要工序，按顺序对每环管片进行拼装。盾构机施工中，管片拼装与隧道开挖同时进行，必须根据隧道实际情况进行管片选型，依次安装相邻块、封顶块，加强管片预制质量检查与安装精度控制，切实保证隧道衬砌安装规范安全、质量可靠。