值得借鑒的盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1、值得借鑒的盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造時(shí)間：2010-12-06 11:15來源:邵理中作者：中國(guó)盾構(gòu)網(wǎng)點(diǎn)擊：53次摘要:介紹了德國(guó)新穎隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造，改環(huán)形企口為卯眼、榫頭式。通過深入 的分析，與現(xiàn)行的隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造比較，大大減少了管片頂裂的可能性;保證剪 力的可靠傳遞;即使榫頭受剪摘要:介紹了德國(guó)新穎隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造，改環(huán)形企口為卯眼、榫頭式。通過深入 的分析，與現(xiàn)行的隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造比較，大大減少了管片頂裂的可能性;保證剪 力的可靠傳遞;即使榫頭受剪破壞，防水密封性能不受影響；接頭拼裝損壞可能性 少，加快拼裝成環(huán)速度。故可推薦在地鐵隧道工程中應(yīng)用。關(guān)鍵詞：隧道襯砌結(jié)構(gòu)盾構(gòu)法德國(guó)維司福雷特公司

2、（Wayss&Freytag）在杜塞爾多夫地鐵盾構(gòu)法雙線隧 道工程中，首次將錯(cuò)縫拼裝的襯砌管片環(huán)肋面上連續(xù)的環(huán)形企口改為卯眼、榫頭 式（簡(jiǎn)稱卯榫式）襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造。每一塊管片在離端頭1/4弧長(zhǎng)上設(shè)置兩對(duì)腰圓形 的卯眼和榫頭，實(shí)現(xiàn)環(huán)向內(nèi)力縱向傳遞,卯眼和榫頭起剪力鍵的作用;在每塊管片 上用傳力凸塊（千斤頂承壓塊）加傳力襯墊，設(shè)置3個(gè)千斤頂頂力傳力區(qū)域，而使 卯眼、榫頭縱向不傳頂力，使防水密封圈的兩側(cè)也不傳頂力。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)造的合 理改進(jìn)，改善了管片的施工和正常使用階段的受力性能，施工速度快，拼裝真圓度 精度高，防水效果好，降低了工程造價(jià)，得到了歐洲各國(guó)和日本認(rèn)同。這種隧道襯 砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造在德國(guó)慕尼黑地

3、鐵一號(hào)線東段、漢堡易北河第4條公路隧道和荷蘭 Botlek隧道、通向鹿特丹南部的第二條Heinenoord隧道中得到了應(yīng)用。1卯眼、榫頭式襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造和受力分析總體布置見圖1。采用雙聯(lián)千斤頂（2只千斤頂合一頂塊），使每一塊管片形 成三個(gè)縱向頂力作用區(qū)域，在管片兩端各安排半個(gè)頂塊,形成頂塊騎縫。這種布置的主要優(yōu)點(diǎn)是管片在縱向頂力的作用下，基本上不產(chǎn)生縱向次內(nèi) 力。這是因?yàn)榭臻g結(jié)構(gòu)三點(diǎn)支承是靜定體系（三點(diǎn)不在同一直線上），當(dāng)平行力系 作用在支承點(diǎn)上時(shí)，理論上不管支點(diǎn)如何高低不平，結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生強(qiáng)制變形的內(nèi)力, 支點(diǎn)反力與作用力相等，即使在不平的環(huán)肋面上，管片也不會(huì)被頂裂。這樣就改變 了以往錯(cuò)縫拼裝的最

4、大缺點(diǎn)。此外，由于千斤頂頂塊騎縫，可校正相鄰兩塊管片的 環(huán)平面高低差，減少環(huán)肋面不平的誤差，達(dá)到了與襯砌通縫拼裝不會(huì)頂裂管片的 同樣效果。這種布置對(duì)盾構(gòu)千斤頂提出的要求是千斤頂要做成雙聯(lián)千斤頂,千斤頂數(shù) 量應(yīng)是4的倍數(shù)，即管片分塊數(shù)的4倍。如上海地鐵盾構(gòu)22只千斤頂需要改成 12對(duì)雙聯(lián)（24只）千斤頂。1.1千斤頂傳力措施在千斤頂作用一側(cè)，設(shè)置傳力凸起塊，在另一側(cè)粘貼傳力襯墊（膠合板），見 圖2、圖3,并使卯眼、榫頭面不接觸,不傳遞縱向頂力。由于設(shè)置專用的千斤頂傳力凸起塊（凸起3mm）,防止接縫處管片混凝土局 部壓損，也保證了防水密封條的槽口不會(huì)壓損，提高了鋼筋混凝土管片的完整性， 保證了密封

5、條的防水效果。千斤頂傳力凸塊構(gòu)造見圖4、圖5。凸塊沿管片環(huán)肋面圓弧方向設(shè)置，每一 管片分4塊，自離管片端頭3050mm至離卯眼3050mm,再自離卯眼的另一頭 3050mm至離管片1/2處3050mm（中間留有斷口）,兩邊對(duì)稱布置。傳力凸塊的 徑向中心與管片環(huán)肋面中心一致，且與千斤頂作用力一致,其尺寸以不影響防水 密封條槽損壞為原則，從圖4中估計(jì)約225mm。傳力襯墊（膠合板）是管片縱向傳力的支承點(diǎn),又是起均布千斤頂力作用， 改善了局部接觸應(yīng)力集中，不使管片局部壓損，此外還增加了隧道襯砌結(jié)構(gòu)適應(yīng) 縱向變形的能力。傳力襯墊粘貼位置在千斤頂作用的另一側(cè),其形心在千斤頂合 力作用線的延長(zhǎng)線上，面積大

6、小與千斤頂頂力相適應(yīng)。傳力襯墊厚度為3mm。1.2卯眼、榫頭構(gòu)造卯眼和榫頭詳細(xì)構(gòu)造見圖4、圖5所示。卯眼設(shè)置在千斤頂作用的環(huán)肋面上，榫頭設(shè)置在背千斤頂作用的環(huán)肋面上。卯眼、榫頭環(huán)向位置在一塊管片的1/4弧長(zhǎng)位置，使管片可以錯(cuò)縫相接。 為使卯眼、榫頭傳力時(shí)外側(cè)的防水密封圈槽不被破壞，卯眼、榫頭徑向中心在管 片環(huán)肋面中心線向內(nèi)移16mm的位置上。卯眼深度為29mm（加傳力凸塊厚度3mm,總深度32mm）,榫頭高度為30mm。 接縫間隙6mm（3mm千斤頂傳力凸塊和3mm傳力襯墊）。為了保證卯眼、榫頭不傳 遞縱向千斤頂頂力，正常情況保持5mm間隙，即使在沒有傳力襯墊的情況下，仍然 有2mm的間隙。卯

7、眼、榫頭的楔斜度約為1!2.3,徑向楔斜縫隙為7mm,在縫隙中再粘貼抗 剪條，見圖2。環(huán)向除保持斜度外，將卯眼加長(zhǎng)50mm,增大環(huán)向間隙。卯眼、榫頭的平面尺寸，除了按傳遞剪力設(shè)計(jì)外，還應(yīng)確保剪切破壞時(shí)首先 發(fā)生在榫頭上，而卯眼不破損。1.3環(huán)、縱向連接螺栓環(huán)、縱向螺栓均采用斜螺栓，螺栓位置在管片環(huán)、縱向接縫中合理的受力 位置上，不僅減少了 1/2螺栓手孔數(shù)量，而且大大縮小了螺栓手孔尺寸。這比彎螺 栓受力條件好，使箱形管片變成板形管片，簡(jiǎn)化了管片構(gòu)造，避免了箱形管片環(huán)、 縱肋復(fù)雜配筋，提高了管片的抗裂性能。唯一要解決的是單頭螺栓的安裝連接問 題,可采取螺孔導(dǎo)向措施來解決。環(huán)向每一接頭設(shè)2個(gè)螺栓，

8、交叉布置，縱縫兩邊各布置一個(gè)手孔。縱向每塊 管片設(shè)4個(gè)螺栓，單向布置，靠近卯眼的一邊布置于孔，榫頭的一面布置螺母。螺栓的傾斜角度，根據(jù)螺栓的強(qiáng)度，管片混凝土的強(qiáng)度而定,接頭破壞時(shí)應(yīng) 讓螺栓達(dá)到強(qiáng)度極限而手孔不破壞。在易北河第4條隧道和荷蘭的GroeneHart隧道中，環(huán)、縱向連接螺栓僅作 為拼裝工具，隧道向前掘進(jìn)一段距離后，即將螺栓卸掉，成為沒有金屬連接件的隧 道襯砌結(jié)構(gòu)。1.4卯眼配筋根據(jù)卯眼受剪時(shí)裂縫可能發(fā)生的位置（基本上按45方向發(fā)展），故在與 裂縫垂直方向配置！10mm鋼筋，沿環(huán)向表面配置0 14mm鋼筋，并與0 10mm鋼筋焊 接，使0 10mm鋼筋錨固可靠，見圖6。2卯眼、榫頭式接

9、頭與環(huán)形企口接頭比較1）卯眼、榫頭式管片在環(huán)肋面上三個(gè)區(qū)域設(shè)置了傳遞縱向頂力的傳力凸塊 和傳力襯墊,理論上是不會(huì)因環(huán)肋面不平而產(chǎn)生管片附加內(nèi)力，大大減少了管片 頂裂的可能性。環(huán)形企口式管片傳力不明確,特別在襯砌錯(cuò)縫拼裝時(shí)極容易被頂 裂。2）卯眼、榫頭不承受千斤頂頂力,盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)不會(huì)頂壞，保證了剪力可靠傳 遞。環(huán)形企口承受千斤頂頂力，容易受損，不僅影響了剪力傳遞，襯砌防水也受其 影響。見圖7。3）襯砌環(huán)傳遞剪力時(shí)，卯眼、榫頭式管片讓榫頭與卯眼受力，并且受剪破壞 時(shí)，榫頭先破壞，防水密封槽不受影響，保證了襯砌防水的可靠性，體現(xiàn)了以防水 為中心的思路。環(huán)形企口式管片凹凸口傳力,會(huì)使凹槽和防水密封槽一

10、起破壞， 影響了襯砌的防水性能;或由于拼裝誤差產(chǎn)生接頭擠壓，以致擠壓損壞，也會(huì)影響 襯砌防水。4）管片拼裝時(shí)，卯眼、榫頭式管片可動(dòng)度要比環(huán)形企口式管片大一倍，允許 的拼裝誤差大，從而減少了接頭拼裝損壞的可能性，也加快了拼裝成環(huán)速度。3結(jié)語(yǔ)在建的上海地鐵4號(hào)線22km盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)已成定局?，F(xiàn)介紹的新穎盾 構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造很值得借鑒。然而應(yīng)用這一新技術(shù)尚有一定難度,要改進(jìn)原 有舊盾構(gòu)、制作新鋼模，還有新舊交替等一系列問題。期望這一新技術(shù)在上海盡 快得到應(yīng)用。參考文獻(xiàn)ISingleShellliningwithreinforcedconcretesegmentsforextremeloads.Dipl. -ing.WernerTuchschererDipl.-ing.ErdoganGurkanDipl.-ing.J