地铁盾构管片选型技术初探

王 俊

地铁盾构管片选型技术初探

王 俊

针对目前国内盾构施工中盾尾刷损坏造成盾尾漏水影响施工安全的事故,探讨了地铁盾构管片选型应考虑的因素,详细介绍了管片选型方法,指出管片选型时应熟悉管片结构,线路情况及盾构机性能。

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目前在中国地铁盾构法施工中存在管片破裂、错台、隧道渗水等诸多问题,盾构施工中盾尾刷损坏造成盾尾漏水影响施工安全的事故频繁,施工过程中如何正确的进行管片选型是影响上述原因的重要因素,本文就管片选型技术进行论述。

1 管片选型考虑的因素

1.1 管片类型

西安市轨道交通二号线盾构 4标管片分为三种类型：标准环、左转弯环和右转弯环。

1.2 盾尾间隙

盾构施工中管片的拼装是在盾尾壳体的保护下在盾体内部进行的,每环管片拼装完成后被推出盾尾(实际上是主机在已拼装好的管片提供的反力作用下向前推进),这要求盾壳和管片外径之间有一定的空隙,这个空隙称为“盾尾间隙”。

本工程盾构机盾尾为一直径 6 230mm、厚度 45mm的钢筒,管片的外径为 6 000mm。如果管片的中心轴和盾体的中心轴完全重合时,则四周的盾尾间隙值均为(6 150-45×2-6 000)/2= 30mm。当管片的中心轴和盾体的中心轴不重合时,也就是说当它们的姿态不一致时,盾尾间隙就会发生变化。

1.3 推进油缸行程差

盾构 4标使用的日本小松盾构机有20组推进油缸,掘进过程中通过调整推进油缸的压力,使盾构机沿设计线路掘进。由于隧道线路的曲线变化以及地质条件的变化,各组推进油缸的压力各不相同,使得各推进油缸的行程也不相同,存在一定的差值。

1.4 管片拼装点位

我们从管片设计图上能够知道管片的纵向螺栓孔有 10个,而且它们沿管片的圆周方向是均匀分布的,任何相邻的两个环向螺栓孔与管片中心所成角度都为 36°,也就是说管片沿环向有10个安装位置,每个位置称为管片的一个拼装点位。管片拼装点位示意图如图 1所示。

1.5 错缝拼装

为了使管片更好的起到防水作用,管片拼装方式采用错缝拼装,即相邻的两环管片不能有相连的纵缝。根据管片的拼装点位可知管片的相邻点位之间夹角为 36°,而管片标准块两纵缝的夹角为 72°,因此要避免管片通缝拼装,相邻两环管片的拼装点位相对差值不能是偶数位。管片错缝拼装可按表 1进行。

表1 管片错缝拼装点位对应表

2 管片选型方法

2.1 根据盾尾间隙进行管片选型

盾尾间隙是管片选型的一个重要依据。为保证盾尾间隙的正常,每次安装管片之前(一般推进到 1.5m),对管片的上、下、左、右四个位置进行盾尾间隙测量。如发现有一方向上的盾尾间隙接近 15mm时,就要用转弯环对盾尾间隙进行调整,调整的基本原则是,哪边的盾尾间隙过小,就选择拼装反方向的转弯环。

2.2 根据油缸行程差进行管片选型

西安市轨道交通二号线盾构 4标使用的日本小松盾构机有20组推进油缸,分为 A,B,C,D四大组(如图 2所示),其中 2号, 7号,12号,17号油缸的行程可通过位移传感器反映在盾构机操作面板上,分别代表右上、右下、左下、左上四个方向。

施工过程中我们以各组油缸行程的差值大小来判断是否应该拼装转弯环。一般情况下当两个相反方向的行程差超过40mm时,就应该选择转弯环来调整油缸行程差。

管片类型确定之后,再根据 4组油缸的行程值确定管片的拼装点位。由图 1,图 2可看出,1点位在 1号油缸处、2点位在 2号和 3号油缸中间、3点位在 5号油缸处、11点位在 19号油缸处、10点位在 17号和 18号油缸中间、9点位在 15号油缸处。当选择右转弯环管片拼装在 11点位时,以 19号、9号油缸为轴线,轴线左边的管片宽度均比管片的标准宽度 1 500 mm大,最大处为19号油缸逆时针旋转 90°处——即 14号油缸处,该处的管片宽度为1 519mm,相比拼装标准环,油缸行程减小了19mm;轴线右边管片宽度均比管片的标准宽度 1 500mm小,最小处为 19号油缸顺时针旋转 90°处——即 4号油缸处,该处的管片宽度为 1 481mm,相比拼装标准环,油缸行程增大了 19mm。因此由以上分析可知14号油缸和 4号油缸的行程差缩小了 38mm。

在实际的施工过程中,我们只能看到 2号、7号、12号、17号油缸的行程,因此我们需计算出 2号、7号、12号、17号油缸行程相比拼装标准环时的变化量(2号、7号、12号、17号油缸分别近似看作是 2,4,8,10点位,19号、9号油缸分别为 11,5点位)。2号油缸(2点位)和 19号油缸(11点位)相差 72°,因此 2号油缸行程增大值=72/90×19=15.2 mm(取整为15 mm);7号油缸(4点位)和 9号油缸(5点位)相差 36°,因此 7号油缸行程增大值=36/90×19=7.6mm(取整为8mm);以此类推,12号油缸行程变小值=72/90×19=15.2mm(取整为15mm),17号油缸行程变小值=36/90×19=7.6mm(取整为8mm)。因此拼装完后各组油缸行程数据变为：

17号油缸=1 793-1 500-8=285mm;

2号油缸=1 759-1 500+15=274mm;

12号油缸=1 804-1 500-15=289mm;

7号油缸=1 768-1 500+8=276mm;

2号、12号油缸行程差=|274-289|=15mm;

7号、17号油缸行程差=|276-285|=9mm。

根据以上方法,当管片拼装 10点位时,各组油缸行程数据变为：

17号油缸=1 793-1 500-0=293mm;

2号油缸=1 759-1 500+19=278mm;

12号油缸=1 804-1 500-19=285mm;

7号油缸=1 768-1 500+0=268mm;

2号、12号油缸行程差=|278-285|=7mm;

7号、17号油缸行程差=|268-293|=25mm。

根据以上数据可知,在这个例题中我们选择拼装的管片为右转弯环,拼装的点位为 11点位最佳。考虑管片的错缝拼装,如果不能拼装 11点位时,则可选择拼装 10点位。

2.3 根据盾尾间隙和油缸行程差进行管片选型

在实际的管片选型过程中,我们要综合考虑盾尾间隙和油缸行程差进行管片选型。在选型过程中我们的目的是同时将盾尾间隙和油缸行程差调整至最佳状态,如果二者不能同时满足时,则优先考虑调整盾尾间隙。

3 结语

管片选型是一项复杂的工作,因此管片选型者应熟悉管片的结构特点、线路情况以及盾构机性能等,选择出最佳的管片类型,

建造出完美的隧道。

[1] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.

[2] GB 50466-2008,盾构法隧道施工与验收规范[S].

Prelim inary discussion on the subway shield segment selection technology

WANG Jun

In view of shield brush damage leading to shield leakage further influencing construction safety in current shield construction,it explores factors needing considering in subway shield segmentselection,specifically describes the segment selection techniques,and points out the segment structure,route condition,and shieldmachine p roperty should be familiar in segment selection.

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U 455.43

A

1009-6825(2011)09-0182-02

2010-11-28

王 俊(1975-),男,工程师,西安市地下铁道有限公司,陕西西安 710016