通用管片拼裝點位及對盾構機掘進的影響

【摘 要】 本文簡述了深圳地鐵—期工程第七標段華—崗區間隧道土壓平衡盾構掘進施工中出現的盾構機的姿態很難控制且管片有規律性的漏水及擠碎現象，介紹了產生的原因及應對措施。
【關鍵詞】 點位選擇 操作控制 管片拼裝 盾尾間隙 通用管片

0 緒言
深圳地鐵一期工程第七標毆華—崗區間共用兩臺土壓平衡盾構機施工，隧道襯砌采用鋼筋混凝土管片襯砌，每環采用六塊，管片寬1．2m厚30cm，內徑6．0m。盾構機始發掘進不久，即發現盾構機的姿態很難控制，并且管片有規律性的漏水及擠碎。為了查找原因，中外專家深入現場提出了多種見解，并使用了幾種應對措施，最后找到了其真正原因是因為我們首次使用通用管片，管片拼裝不合理，對管片拼裝點位的選擇缺乏經驗造成的。本文擬對通用管片封頂塊位置的選擇過程做一些簡要敘述，以期對類似工程有所參考。
1 管片拼裝方式
我們使用的是帶有不同楔形量的螺栓緊固通用管片，管片形式分為L1、L2、B1、B2、B3、F六種，每塊管片都有不同的楔形量，我們依靠這個楔形量來實現隧道的轉向及盾構機的輔助控制，其中F管片的楔形量最小，拼裝順序如圖1：

2 F管片位置的選擇
在盾構機前進時，管片的拼裝位置極其重要，對盾構機前進時的姿態控制很有效。當管片與推進千斤頂接觸平面不重合時，在千斤頂產生推力時管片即出現裂縫導致漏水，并且此時出現盾構機的姿態難以控制，很難遵循預定線路前進。我們經過分析，施工時盾構機的總推力約為1100t，每個千斤頂的推力為50t，由于管片與推進千斤頂接觸平面有個夾角，近似于線接觸，管片混凝土的拉伸強度為50kg／平方厘米左右，而千斤頂產生的拉伸應力遠遠超過該值，由此判斷管片開裂起因于千斤頂與管片平面不重合。并且由于管片碎裂使得盾構機各個千斤頂不同步，導致很難控制方向。
所以應使管片與推進千斤頂接觸平面盡量重合，這可以通過選擇管片的拼裝位置來實現。在選擇管片位置時，有兩個參數需要考慮，一個是盾尾間隙的保證；另一個是管片平面走向趨勢。管片趨勢相關的參數有：推進汕缸行程，鉸接油缸行程，管片平面位置，如圖2。
由此我們就可以得到管片走向趨勢：CH(水平走向趨勢)=Fb—Fd；CV(垂直走向趨勢)=Fa-Fc。

其中，Fa=Pa-Aa Fb=Pb-Ab Fc=Pc-Ac Fd=Pd-Ad
當我們用管片的不同楔形量來使CH、CV為。時，管片平面就與盾構機前進平面重合，此時盾構機的千斤頂受力情況最好，便于整個掘進工序，當楔形量不能使CH與CV同時為0時。時，應盡量使其中一個保持最小，使盾構機能獲得最大的推進力，并使側向分力減小，便于盾構機遵循預定線路前進。因此，應優先考慮管片趨勢。
3盾尾間隙對選擇管片位置的影響
不同點位的選擇，可以控制盾尾間隙，由于在盾尾后部設有一圈加強環，可以保持盾尾保圓度另外還可以作為一道止水環，防止泥水進人盾尾密封刷內。加強環高度為45mm，而且盾構機在不同的線路上總是有一定的偏移量，因此盾尾間隙要保持在45mm以上，否則會使加強環擠壓管片造成碎裂，并妨礙了掘進時方向的控制。由于管片類型不同，對盾尾間隙可以起到調節作用，我們把盾尾分成11個點位。例如：當F塊位于3點位置時，就可以將3點位置上的盾尾間隙減小，而9點鐘位置間隙得到最大補償見圖3。

當前進線路為小半徑曲線時，一側盾尾間隙會變得很小，而且始終這樣。出于對盾尾間隙的考慮，我們選擇的管片位置有時很不利于盾構機的掘進，使得千斤頂平面與管片平面有很大的一個夾角，由于這個原因會導致管片發生擠碎現象，造成盾構機的控制上的困難。當管片經常發生碎裂時，我們就要通過控制盾構機的線路來使間隙得到平衡，從而選擇最適合的點位如圖4。

當間隙得到平衡后再還回原來線路，但是調整線路應盡量小。
再次掘進時，我們對管片拼裝位置做了仔細的推敲再進行拼裝，使管片位置最優化，再也沒有出現盾構機掘進時因管片碎裂造成難以控制的現象。通過對管片拼裝點位的深入了解和研究，我們對通用管片襯砌隧道的掘進控制技術有了很大的提高。