分析盾构隧道的管片结构设计相关问题

丁亮

摘 要： 随着城市化进程加快，城市居民对交通运输的要求越来越高，在城市交通中，地铁是其中较为重要的代步工具，是我国交通运输行业中的重要组成部分，目前已经广泛应用于各个城市。地铁通常会连接城市的各个区域，尤其是一些大型商业中心，但是地铁属于地下交通轨道，在建设过程中容易对城市地基造成影响，为了保证地铁的安全性，必须要优化地铁中盾构隧道的管片结构设计。

关键词： 盾构隧道;管片结构;结构设计

【中图分类号】U452.1+3     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）23-0169-01

1 盾构隧道管片结构设计

1.1 类型

盾构隧道的管片结构设计（见图1）通常包括两种形式，一种是楔形环形式，这种是通用形式，将楔形环形式应用于施工中需要合理组合管片，并且将组合后的管片放置在相对应的位置上，相比于另外一种形式，楔形环形式与地铁隧道线形较为贴合，符合掘进施工特点;另一种是无楔形环形式，这一管片形式在通用形式的前提下增加了两种形式的普通环，即直与曲两种形式，必须要将两种形式成分组合在一起才能完成施工。盾构隧道的管片结构设计中的两种形式具有不同的性能，二者之间的差异性较大，应用条件也有一定的区别。

1.2 盾构隧道的管片结构形式抗力性能对比

对于地铁来说，首先比较重视的管片结构性能就是抗力性能，主要来源于两点，第一点是永久荷载带来，第二点则是施工荷载带来。不同管片结构设计的力分布情况不同，楔形环结构（通用形式结构）的分力比较均匀，而采用无楔形环方式则难以达到这一效果，从这一方面来看，楔形环形式的抗力性能较好。另外，地铁施工时的管片断面通常处于不平整情况，在这一状态下如果要聯合使用千斤顶和盾构法，可能会产生裂缝，因此如果施工区域处于直线段，则最好采用无楔形环管片结构，在这一情况下，无楔形环的抗力性能比楔形环的抗力性能要好。

1.3 盾构隧道的管片结构形式防水性能对比

在地铁施工中，防水性能强弱通常依赖于橡胶条密封情况是否完整，这是由于防水工作是以橡胶条密封形式完成，在使用橡胶时通常是在止水沟槽内部安装相应的矩形框条，且框条处于完全密封状态。管片接结构是斜平面断面，且不完整，在使用通用结构形式时需要配合千斤顶，容易产生裂缝，对防水性能产生影响。由此可见，无楔形环结构的防水性能更好。

1.4 实际施工中的管片结构占用面积与组织计划

管片结构在应用于实际施工中时，通常要考虑施工现场的空间、任务量以及运输条件等因素，根据这些因素决定管片结构的用量。因此在管片结构的组织计划过程中，工作人员要对管片进行编号，根据管片的编号将其投入到实际的施工当中。在施工中，对管片结构形式的施工需要由施工工序决定，从这样的情况上来看，管片结构形式的使用需要完全适用于施工情况，也就是说根据施工对管片结构形式的需求确定管片结构的使用，也可以说明管片结构不会影响到施工进度。可见通用形式管片结构与无楔形管片结构在实际施工中的管片结构占用面积与组织计划均无明显差异。

2 管片环宽设计

2.1 与施工速度的关系

盾构隧道管片设计应用于实际施工时，需要制定施工进度，而施工进度与施工人员每日工作量有关，因此在施工过程中，其核心都在于施工进度的管理目标。在地铁实际施工过程中，每日的施工内容基本上都包括管片拼接、进尺掘进以及出土盾构施工，因此为了保证施工进度，可以采用延长施工的长度与缩短施工的时间两种方法。经统计：每日的施工内容有三项，即管片拼接、进尺掘进以及出土盾构施工，将其作为施工循环，假设施工人员在每一项内容的施工中都需要2小时，使用千斤顶能够缩短施工速度;随着管片环宽不断增加，施工循环中的内容也会有所增加，施工内容增加就会在一定程度上延长施工时间，因此为了提升施工速度，就要考虑管片环宽这一因素。

2.2 与隧道曲线半径的关系

盾尾处间隙与隧道曲线的位置有一定的关联，如果隧道曲线转弯部位宽度过大，则地铁在转弯过程中就会受到更大的阻力，盾尾处间隙位置可能会被卡住，破坏管片。研究表明：盾尾间隙最合适的范围为2厘米～2.4厘米，如果盾尾间隙为2厘米，则在管片环宽设计中应该为1米，曲线半径则为300米，但就目前的地铁施工情况来看，曲线半径至少要为500米，因此需要对盾尾间隙与管片环宽进行合理调整。

结束语：综上所述，地铁的安全性与稳定性与盾构隧道管片结构设计有较大的关联，也是地铁施工过程中一项较为重要的施工内容，就目前的情况来看，盾构隧道的管片结构设计包括两种管片结构设计，这两种方法足以满足我国地铁施工需求，但是在社会不断发展的前提下，为了保证地铁运行的稳定性与舒适性，地铁施工时可以选择直线施工方法，隧道曲径也要尽量扩大。

参考文献

[1] 李守巨，刘军豪，刘文怡.琼州海峡隧道盾构管片内力分析及截面设计[J].辽宁工程技术大学学报，2018，37（03）：101-106.

[2] 肖明清，王少锋，龚彦峰，等.盾构隧道管片结构设计几个问题的探讨 被引量：1[J].铁道标准设计，2019（09）：70-73.