大直徑通用楔形管片拼裝技術(shù)

1、大直通用楔管片裝技術(shù)張毅 1 徐賢宇 2 榮亮 3（1 中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 453000；2中鐵隧道集團(tuán)科研 所，河南洛陽 471009）摘要：武漢長江隧道是我公司第一個大直徑泥水盾構(gòu)過江隧道工程。盾構(gòu)隧 道管片外徑 11000mm，內(nèi)徑 10000mm，管片環(huán)寬 ，采用雙面楔形的通用管 片，楔形量為 55mm，采用 9 塊等分“大楔型封頂”分塊形式。管片拼裝的質(zhì)量直 接影響到盾構(gòu)掘進(jìn)工程的安全、進(jìn)度和隧道整體的防水質(zhì)量。為了保證盾構(gòu)安全順 利的完成隧道掘進(jìn)，本人對管片拼裝的技術(shù)和遇到問題的解決辦法加以研究總結(jié)。關(guān)鍵詞：盾尾間隙 點(diǎn)位選取 管片安裝 管片旋轉(zhuǎn) 管片橢圓 質(zhì)量保證La

2、rge-diameter General Wedge Segment Assembly technologyZhang Yi1,Xu Xian yu2,Rong Liang3（1China Railway Tunnel Stock Co, Ltd., Xinxiang 453000,Henan；2China Railway Tunnel Group Scientific Research Institute, Luoyang 471009, Henan）Abstract: The Wuhan Yangtze River Tunnel is the first company of large

3、diameter shield muddy river tunnel project. Shield Tunnel-diameter 11000 mm, diameter of 10000 mm, the ring-width 2000 mm, using double- sided wedge of the Universal film, for the wedge of 55 mm, using nine sub-big wedge-shaped cap block form. The quality of the films assembled a direct impact on th

4、e security shield tunneling projects, progress and the overall water quality of the tunnel. In order to ensurethe smooth completion of safety shield tunnel boring, I assembled the films technical problems and solutions to summarize.Key words: Mei space shield，Select the Point，Installation Segment，Se

5、gment Rotation，Segment Elliptic，Quality Guarantee.1. 概況本工程施工中，采用錯縫拼裝通用楔形管片。拼裝方式采用錯縫拼裝。即通 過旋轉(zhuǎn)調(diào)整管片位置，滿足隧道設(shè)計(jì)軸線要求曲線)，同時使隧道縱向連接縫不在 同一直線上。錯縫拼裝具有圓環(huán)管片接縫剛度分布趨于均勻、圓環(huán)整體剛度高、接 縫及整體結(jié)構(gòu)變形小等優(yōu)點(diǎn)。采用通用楔形管片通過管片的精確定位，提高了管片 的拼裝質(zhì)量，且管片型號單一，便于管片的儲存、運(yùn)輸及施工管理。盾構(gòu)隧道管片外徑 11000mm，內(nèi)徑 10000mm管片環(huán)寬 2000mm，采用雙面楔 形的通用管片，楔形量為 55mm，采用 9 塊等分

6、“大楔型封頂”分塊形式。每環(huán)管 片由一環(huán)封頂塊 F(小封頂塊 1/3 縱向插入)、兩塊鄰接塊 和 6 塊標(biāo)準(zhǔn)塊 B 構(gòu)成。 環(huán)寬 2m，厚度 500mm，楔形管片的楔形量為 225.0。環(huán)與環(huán)間以 根 M30 的縱向斜螺栓相連，塊與塊間以 30 根 M36 的環(huán)向斜螺栓相連。管片拼裝的質(zhì)量直 接影響到盾構(gòu)掘進(jìn)的安全質(zhì)量、進(jìn)度和隧道整體的防水質(zhì)量，因此為確保盾構(gòu)快速 順利的完成掘進(jìn)，對管片拼裝技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。2.拼裝前的質(zhì)量檢查盾構(gòu)掘進(jìn)完成后要將安裝的管片就位并清理干凈，同時檢查運(yùn)至作業(yè)面的管 片是否和工程師下達(dá)的本環(huán)管片指令類型相同；管片是否有破損、掉角、脫邊以及 裂縫；止水條、襯墊和自粘

7、性橡膠薄板等是否有起鼓、隆起、斷裂、破損和脫落等 現(xiàn)象，止水條是否部分已失效。3.F 塊點(diǎn)位選取大直徑的盾構(gòu)在地下受到外力的影響,使盾殼產(chǎn)生微量的變形成橢圓管片也 可以橢圓形,所以當(dāng)我們測量盾尾間隙就會發(fā)現(xiàn)四個斜角的間隙要比四個正方向的 間隙小一些 當(dāng)盾構(gòu)在大曲線段時,很容易造成管片的外弧面的破損在此情況下點(diǎn) 位的選取和管片的拼裝質(zhì)量更為重要。3.1 在盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)時，管片的拼裝位置極其重要，對盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)時的姿態(tài)控 制很有效。當(dāng)管片與推進(jìn)千斤頂接觸平面不重合時，在千斤頂產(chǎn)生推力時管片即出 現(xiàn)裂縫導(dǎo)致漏水，并且此時出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)難以控制，很難遵循預(yù)定線路前進(jìn)。3.2 由于采用雙面楔形的通用楔型管

8、片，不同點(diǎn)位的選擇，可以控制盾尾間 隙，由于在盾尾后部設(shè)有一圈加強(qiáng)環(huán)，可以保持盾尾保圓度另外還可以作為一道止 水環(huán)，防止泥水進(jìn)入盾尾密封刷內(nèi)。加強(qiáng)環(huán)高度為 ，而且盾構(gòu)機(jī)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 以上，否則會使加強(qiáng)環(huán)擠 壓管片造成碎裂，并妨礙了掘進(jìn)時方向的控制。3.3 在選擇管片位置時，有兩個參數(shù)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(管片趨勢主要參數(shù)：推進(jìn)油缸行程差.所以間隙和油缸 行程決定管片的點(diǎn)位.通常情況下點(diǎn)位放在盾尾間隙較大和油缸行程較短的位置但 實(shí)際情況并非那么簡單,有時考慮的側(cè)重點(diǎn)不同土木技術(shù)人員選擇的點(diǎn)位會出現(xiàn)相 互矛盾的情況.

9、例如底部盾尾間隙小但油缸行程卻也短這種情況會讓技術(shù)人員難以 確定點(diǎn)位, 當(dāng)楔形量不能同時滿足兩個因素時應(yīng)盡量使其中一個保持最小，使盾 構(gòu)機(jī)能獲得最大的推進(jìn)力，并使側(cè)向分力減小，便于盾構(gòu)機(jī)遵循預(yù)定線路前進(jìn)。因 此，應(yīng)優(yōu)先考慮管片趨勢。3.4 直線段施工時，理論上，管片拼裝時 F 塊可以交替放在圓心對稱的位置。但 是，為了保證拼裝精度，應(yīng)避免 F 出現(xiàn)隧道下部。最好 K 塊交替放 90與 位置。F 塊在右側(cè)，左右油缸行程差 25mm，F(xiàn) 在左側(cè)，左右油缸行程差25mm。3.5 武漢長江隧道的管片屬于楔型.B3 B4 接縫處是最寬的地方長 最 窄的地方 F 塊的中心處長 1975mm ,楔型量 50

10、mm,楔型的管片的優(yōu)點(diǎn)正是滿足了隧道 曲線段的施工.曲線段盾構(gòu)施工的基本原則是盾構(gòu)軸線與管片軸線始終沿曲線割線 方向，如圖 1 所示。隧道軸線從直線變化到圓曲線時，盾構(gòu)從圓直點(diǎn)開始掘進(jìn) ， 首先偏轉(zhuǎn) /2，然后管片軸線偏轉(zhuǎn) /2，之后在圓曲線上，由于盾構(gòu)掘進(jìn)始終超 前管片拼裝，盾構(gòu)掘進(jìn)一個循環(huán)(管片寬度 L，盾構(gòu)軸線與管片軸線偏轉(zhuǎn)角度 從 0 變化到 （2/R）。因此，曲線段掘進(jìn)，管片與盾尾需要一個最小的盾 尾間隙。隧道軸線從圓曲線變化到直線，盾構(gòu)從圓直點(diǎn)開始掘進(jìn) ，首先偏轉(zhuǎn) /2，然后管片軸線偏轉(zhuǎn) /2。圖 1 盾構(gòu)曲線段掘進(jìn)示意圖3.5.1 最小盾尾間隙的計(jì)算曲線施工和蛇形修正時必須的最小

11、盾尾間隙（最小曲線半徑 ）：R隧道曲線半徑；D0管片外徑；L盾尾長度。3.5.2 盾構(gòu)掘進(jìn)過程中盾尾間隙的變化假設(shè)盾構(gòu)始終沿設(shè)計(jì)軸線的割線前進(jìn)，油缸撐靴位置始終位于設(shè)計(jì)軸線上。 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn) 2m，盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度 2/R，如圖 所示。此時盾尾與管片中線距離變 化為：3.5.3 片拼裝超前計(jì)算本工程最小曲線半徑 800m，管片擬合曲線需要的理論超前量計(jì)算如圖 所 示。圖 2 管片外弧面楔形量計(jì)算簡圖。4.管片安裝方法4.1 管片選型以滿足隧洞線型為前提，重點(diǎn)考慮管片安裝后盾尾間隙要滿足 下一掘進(jìn)循環(huán)限值，確保有足夠的盾尾間隙，以防盾尾直接接觸管片。4.2 本工程采用通用管片，管片選型時盡量使 塊

12、位于隧道上半斷面，安裝 盡量從隧洞底部開始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊。這樣可以減小縱縫 張開量。有利于管片封頂快的安裝。4.3 封頂塊安裝前，對止水條進(jìn)行潤滑處理，安裝時先徑向插入 ，調(diào)整 位置后緩慢縱向頂推。4.4 管片塊安裝到位后，及時伸出相應(yīng)位置的推進(jìn)油缸頂緊管片，其頂推力 大于穩(wěn)定管片所需力，然后方可移開管片安裝機(jī)。4.5 在管片環(huán)脫離盾尾后要對管片連接螺栓進(jìn)行二次緊固。5.構(gòu)姿態(tài)控制管片拼控制準(zhǔn)4.1 根據(jù)武漢長江隧道工程設(shè)計(jì)軸線控制標(biāo)準(zhǔn)、盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)（盾構(gòu)機(jī)長 度、盾尾間隙等）制定盾構(gòu)姿態(tài)控制與管片拼裝標(biāo)準(zhǔn)。表 1 管片拼裝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)水平偏差 豎向偏差 （mm） （m

13、m）橢圓度最小盾尾管片與盾構(gòu) 間隙 管片環(huán)面不 中心偏差 （mm） 平整度 （mm） 直線 曲線 （mm）管片接縫 管片錯臺 （mm） （mm）縱 環(huán) 縱 環(huán)段段縫縫縫縫100 1002（5）15 5 10 32 1 15 10表 2 盾構(gòu)姿態(tài)控制標(biāo)準(zhǔn)水平偏差豎向偏差橢圓滾上下傾 左右傾 每環(huán)的最大糾偏量（mm）（mm）度動斜斜（mm）100100012 2 2104.2 但在實(shí)際拼裝過程中很難控制在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)內(nèi)，特別是管片姿態(tài)不好，盾 尾間隙過小時，在拼裝是應(yīng)盡量滿足最小盾尾間隙的要求。在拼裝時，在盾尾間隙 較大的位置，管片可以在盾尾間隙較小的位置，管片可以根據(jù)實(shí)際情況向內(nèi)錯臺， 錯臺不大于

14、1cm。6圓環(huán)整環(huán)旋轉(zhuǎn)6.1 現(xiàn)象拼裝成環(huán)的管片與設(shè)計(jì)要求的拼裝位置相比較，旋轉(zhuǎn)了一定的角度，使盾構(gòu) 的后續(xù)車架及電機(jī)車軌道的鋪設(shè)不平整，影響設(shè)備的運(yùn)行，也增加了封頂成環(huán)的拼 裝難度。6.2 原因分析6.2.1 千斤頂編組不合理，使管片受力不均勻，管片產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動；6.2.2 管片環(huán)面不正，千斤頂?shù)捻斄Ψ较蚺c環(huán)面不垂直，盾構(gòu)推進(jìn)時就會產(chǎn) 生使管片轉(zhuǎn)動的力矩，導(dǎo)致管片旋轉(zhuǎn)；6.2.3 拼裝時管片的位置安放不準(zhǔn)確，導(dǎo)致拼裝時形成旋轉(zhuǎn)；6.2.4 管片上的螺栓孔和螺栓之間由于拼裝需要，一般留有 的間隙， 這樣就給兩環(huán)管片之間相互錯動留有了條件，如果在管片就位時隨意操作，就會引 起旋轉(zhuǎn)偏差；或管片螺栓

15、未足夠緊固，故無法有效地傳遞力矩。6.2.5 拼裝時后拼裝的管片與已就位的管片發(fā)生碰撞，使已拼裝的管片發(fā)生 移位，如果長時間采用相同的順序拼裝管片，管片向同一方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏差，累積 的偏差量就較大；6.2.6 盾構(gòu)刀盤左右旋轉(zhuǎn)方向不均衡，刀盤總朝一個方向旋轉(zhuǎn)；6.2.7 同步注漿效果不理想，造成圍巖無法提供足夠的摩擦阻力以約束管片 的扭轉(zhuǎn)；6.3 預(yù)防措施6.3.1 控制好盾構(gòu)推進(jìn)的姿態(tài)，千斤頂編組情況要使推力的變化均勻，調(diào)整 好管片環(huán)面的角度，減少推進(jìn)過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩；6.3.2 拼裝管片時管片要放置正確，千斤頂靠攏時要有足夠的頂力使管片不 發(fā)生相對滑動；6.3.3 拼裝機(jī)操作時要動作平緩，旋轉(zhuǎn)緩慢，這樣有利于拼裝的準(zhǔn)確性；6.3