管片拼裝技術(shù)

管片概述

和管片發(fā)展趨向國內(nèi)外主流管片設(shè)計方法和常見問題管片生產(chǎn)工藝流程和質(zhì)量控制手段管片相關(guān)試驗和檢測規(guī)程介紹管片選型管片拼裝管片選型的原則和要點管片選型案例分析管片拼裝過程和注意事項拼裝中常見問題分析主要內(nèi)容關(guān)鍵詞：分塊錯縫螺栓錯接頭襯砌管片

順接頭襯砌管片

管片發(fā)展和研究趨向管片的大型化

(寬度、分塊等)

管片結(jié)構(gòu)和接頭結(jié)構(gòu)的合理化合理的設(shè)計方法日本菱形管片如何確定作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的外荷載襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型如何表示結(jié)構(gòu)與地層之間相互作用如何表示盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要問題荷載系統(tǒng)（？如何考慮）荷載分類（？如何確定）作用于襯砌結(jié)構(gòu)上荷載的分類和確定

水平土壓自重上部垂直土壓水壓荷載反力水平土壓水壓自重地基彈簧垂直土壓力：松動、總覆土荷載的確定和計算方法水平土壓力：側(cè)壓力系數(shù)水壓力：水土分算、浮力管片自重：g=W/2∏Re地基反力：獨立和從屬、K值內(nèi)部荷載：設(shè)計中可不考慮施工荷載：推力、注漿壓力等特殊荷載：并行施工、不均勻沉降襯砌結(jié)構(gòu)的主要力學(xué)模型慣用法修正慣用法梁－彈簧模型法多鉸環(huán)模型法接頭剛度和本體剛度一樣(如慣用法和修正慣用法)考慮環(huán)向接頭剛度和縱向接頭剛度(如梁－彈簧模型)接頭抗彎剛度為零(多鉸環(huán)模型)襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型圖示慣用法(修正慣用法)多鉸環(huán)模型法梁－彈簧模型法kr/2krkq2kq2kqkqkqkrkrkqkrkqkrkqkr/2kqkqk*/2k*/2k*k*k*多鉸圓環(huán)

同時考慮旋轉(zhuǎn)彈簧和剪切彈簧的圓環(huán)

完全等剛度圓環(huán)和平均等剛度圓環(huán)

慣用設(shè)計方法

不考慮管片接頭部分的彎曲剛度下降。管片環(huán)和管片主截面具有相同剛度、并且彎曲剛度均勻。水平方向的地層抗力假定為自環(huán)頂部向左右45~135度分布的三角形荷載。修正慣用設(shè)計方法

將接頭部分彎曲剛度的降低評價為環(huán)整體剛度的降低，管片環(huán)是具有

EI

（彎曲剛度的有效率

≤1)彎曲剛度均勻的環(huán)(平均剛度均勻環(huán))?？紤]錯接頭時的接頭部分彎矩的分配，從根據(jù)EI均勻彎曲剛度環(huán)計算出來的截面內(nèi)力中，對彎矩考慮一個增減

(彎矩的提高率

1)

，則(1+

)M為主截面的設(shè)計用彎矩，(1-

)M為接頭的設(shè)計彎矩。多鉸環(huán)模型設(shè)計方法

以隧道周圍圍巖狀況良好作為對象而采用的計算法，將管片接頭作為鉸結(jié)構(gòu)來計算。多鉸環(huán)自身是個靜定結(jié)構(gòu)，只有在隧道周圍的圍巖作用下才會成為靜定結(jié)構(gòu)。因此，對作用于環(huán)的荷載分布以及圍巖地基抗力的評價極為重要。由于以隧道周圍圍巖普遍具有抗力為基礎(chǔ)，需要注意其適用地基的局限性。梁~彈簧模型設(shè)計方法

將管片主截面模擬成圓弧梁或者直線梁、將管片接頭模擬成旋轉(zhuǎn)彈簧、將環(huán)接頭模擬成剪切彈簧，以評價接頭剛度的下降和交錯組裝的拼接效應(yīng)的計算法。并且通過地基彈簧可以考慮結(jié)構(gòu)與地層的相互作用?？紤]問題比較全面，但確定接頭參數(shù)比較麻煩。當(dāng)將剪切彈簧和旋轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)同時設(shè)定為零，則基本上與多鉸環(huán)模型法相同；當(dāng)將旋轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)設(shè)定為無限大時，則與剛度均勻環(huán)的計算方法相同。四種盾構(gòu)隧道管片設(shè)計方法的比較研究

（0≤x≤L1）由于國內(nèi)管片設(shè)計方法不系統(tǒng)性，對各種設(shè)計方法的適用范圍了解不深刻。因此，出現(xiàn)隨意套用現(xiàn)有的設(shè)計圖紙的現(xiàn)象。其結(jié)果是可能在某些地層中出現(xiàn)意想不到后果。四種管片設(shè)計方法中，慣用法沒有考慮接頭影響的修正慣用法考慮因管片接頭對整體剛度的降低，從而修正慣用法比慣用法更接近工程實際。多鉸環(huán)法由于其剛度最小所計算的彎矩值偏小，而變形量偏大，因此需要較好的周圍圍巖提供地基抗力。梁－彈簧模型法因考慮的因素最為全面，從理論上來講，比修正慣用法更為先進，但參數(shù)的選取十分不易。世界各國設(shè)計方法比較

（0≤x≤L1）國家設(shè)計模型設(shè)計土壓力、水壓力地基反力系數(shù)澳大利亞全周彈簧模型MuirWood法Curtis法σv=全部覆土重σh=λσv+靜水壓力平板荷載試驗奧地利全周彈簧模型淺埋σv=全部覆土重深埋Terzaghi松弛土壓公式k=Es/r只考慮半徑方向的反力

西德覆土深2d局部彈簧模型覆土深2d全周彈簧模型σv=全部覆土重σh=λσv沒有回答法國全周彈簧模型或有限元σv=全部覆土重或Terzaghi松弛土壓公式k=E‘/（1+μ）r

中國經(jīng)驗法σv=全部覆土重σh=λσvλ-經(jīng)驗值用垂直或水平荷載板試驗求得日本慣用設(shè)計法梁—彈簧模型σv=全部覆土重σh=λσv

西班牙考慮地層和結(jié)構(gòu)相互作用的Buqera法粘著力忽略不計Terzaghi松弛土壓公式只考慮半徑方向英國全周彈簧模型MuirWoodσv=全部覆土重σh=（1+λ）/2σvλ=Ko根據(jù)三軸試驗確定美國彈性地基圓環(huán)法σv=全部覆土重σh=λσv根據(jù)室內(nèi)實驗確定設(shè)計內(nèi)容外觀尺寸設(shè)計拼裝形式設(shè)計管片防水設(shè)計特殊管片設(shè)計襯砌類型設(shè)計連接構(gòu)造設(shè)計四號線侖大盾構(gòu)管片設(shè)計實例外觀尺寸設(shè)計內(nèi)徑5400mm，寬度1500mm，厚度300mm綜合考慮限界，施工誤差等四號線侖大盾構(gòu)管片設(shè)計實例防水設(shè)計(S12)接縫：三元乙丙橡膠條螺栓孔：密封墊圈嵌縫：氯丁膠乳水泥四號線侖大盾構(gòu)管片設(shè)計實例特殊管片和洞門環(huán)設(shè)計環(huán)與環(huán)間以10根M24的縱向螺栓連接環(huán)縱縫及連接構(gòu)造設(shè)計聯(lián)絡(luò)通道管片和洞門防水管片塊與塊之間以12根M24的環(huán)向螺栓相連外側(cè)設(shè)有彈性密封墊槽，內(nèi)側(cè)設(shè)嵌縫槽襯砌及拼裝形式設(shè)計5+1模式錯縫拼裝左、右彎及標準環(huán)三種襯砌環(huán)形式四號線侖大盾構(gòu)管片設(shè)計實例模型計算和配筋鋼筋用量：156kg/m3，不能低于150kg/m3管片生產(chǎn)：生產(chǎn)工藝流程脫模清模組模鋼筋籠制作鋼筋籠吊裝混凝土配比振搗光面養(yǎng)護廢棄管片模具清理10min模具校核10min涂脫模劑5min鋼筋籠安裝10min砼澆灌

20min光面60min（管片靜養(yǎng)）鋼筋開料鋼筋籠制作鋼筋籠檢查砼檢查廢棄砼砼攪拌砼試件養(yǎng)護8-10h拆模10min無壓蒸養(yǎng)1.5h(升溫)＋1h(恒溫)＋1.5h降溫工地場內(nèi)貯存水池養(yǎng)護標記管片管片檢查管片修整生產(chǎn)工藝流程之一：模具準備拆模中嚴禁錘打、敲擊等野蠻操作。脫模必須使用專用吊具。組模前清理模具，清潔后的模具內(nèi)表面的任何部位，不得有砼殘積物。噴涂脫模油，先使用霧狀噴霧器薄涂，然后用拖布均勻抹。組模的順序，嚴禁反順序操作以免導(dǎo)致模具變形精度損失。技術(shù)要點生產(chǎn)工藝流程之二：鋼筋籠制作鋼筋制作應(yīng)嚴格按設(shè)計圖紙要求斷料和彎曲成型。鋼筋進入彎弧機時應(yīng)保持平衡，防止平面翹曲，成型后表面不得有裂縫。鋼筋骨架焊接成型時必須在符合設(shè)計要求的靠模上制作。骨架首先必須先安裝在6套模具上，經(jīng)測量調(diào)整和檢驗各項尺寸都符合要求，可作為定型尺寸開料和彎曲成型。鋼筋骨架焊接成型時焊接位置要準確，嚴格掌握好鋼筋骨架的焊接質(zhì)量。技術(shù)要點生產(chǎn)工藝流程之三：混凝土配比澆筑灌漿孔螺栓和PVC管等預(yù)埋件不能損壞，安裝位置要正確。坍落度在60±20mm范圍內(nèi)的符合設(shè)計級配要求的混凝土方可用于管片生產(chǎn)。振動時間長短的判別是觀察混凝土與側(cè)板接觸處，如不再有噴射狀氣、水泡并能均勻起伏為適當(dāng)時間?；炷烈謱哟喂嘧ⅲ⒁馐鬼旁谀＞邇?nèi)勻布。澆制順序為模具的兩端-模具的中段。技術(shù)要點生產(chǎn)工藝流程之四：光面處理粗光面：使用鋁合金壓尺，刮平去掉多余砼（或填補所凹陷處），并進行粗磨。中光面：待混凝土收水后使用灰匙進行光面，使管片面平整光滑。精光面：使用長匙精工抹平，力求使表面光亮無灰匙印。技術(shù)要點生產(chǎn)工藝流程之五：管片養(yǎng)護蒸汽養(yǎng)護水體養(yǎng)護砼澆注2小時內(nèi)養(yǎng)護溫度不超過60度，每小時溫度增加不可超過20度。此后溫度控制在60－80度之間，直至達到養(yǎng)護強度。砼強度達到規(guī)定強度的60％以后，拆模、起吊。脫模后的管片進行水養(yǎng)護，時間為7天。技術(shù)要點生產(chǎn)工藝流程之六：管片存放和保護管片在養(yǎng)護到期后方可運至堆放場存放，管片堆放場應(yīng)堅實平整。管片應(yīng)擱置在柔性墊條上，管片與管片之間必須要有柔性墊條相隔，墊條擺放的位置應(yīng)均勻，厚度要一致。管片應(yīng)堆放整齊，管片的疊放不能超過五層。技術(shù)要點三環(huán)試拼裝試驗管片質(zhì)量檢驗和試驗之一200環(huán)一次

示范襯砌

過程襯砌

序號內(nèi)容檢驗要求檢測方法允許誤差（mm）1環(huán)縫間隙每環(huán)測三點插片≤22縱縫間隙每條縫測三點插片≤23成環(huán)后內(nèi)徑測4條（不放襯墊）鋼卷尺－2＋24成環(huán)后外徑測4條（不放襯墊）鋼卷尺－2＋65縱環(huán)向螺栓部穿進螺栓與孔間隙插鋼絲≥（d孔－d螺-2）試生產(chǎn)期間

管片相關(guān)的檢驗和試驗精度和外觀質(zhì)量檢驗管片質(zhì)量檢驗和試驗之二項目單位允許偏差(mm)備注管片寬度mm±1每塊測三點弧長、弦長mm±1.0每塊測三點內(nèi)半徑mm±1.0設(shè)計要求管片厚度mm-1～+3每塊測三點環(huán)、縱向螺栓孔mm±1.0每塊檢驗環(huán)面間隙mm≤1.0三環(huán)整環(huán)拼裝縱縫間隙mm2-4三環(huán)整環(huán)拼裝管片表面應(yīng)光潔平整、無蜂窩、露筋、無裂紋、缺角、無氣泡水泡；注漿孔應(yīng)完整、PVC管內(nèi)無水泥漿等雜物；止水帶附近不允許有缺陷；外觀要求成品精度管片質(zhì)量檢驗和試驗之三抗彎試驗當(dāng)加荷到壓力表讀數(shù)不能再上升，百分表讀數(shù)突然增大時，說明此時管片鋼筋已達到屈服強度，此時加荷值即為破壞荷載試驗標準從50KN開始加荷，加荷等級10KN管片質(zhì)量試驗和檢驗之四抗?jié)B試驗管片側(cè)向厚度的方向的滲水高度h水≤h/5，（h為管片厚度），則說明抗?jié)B合格試驗標準：50環(huán)一次水壓力按P水=Wi+0.2MPa(穩(wěn)壓兩小時)，Wi取1.2MPa檢漏試驗的水壓施加在實際工程的迎水面一側(cè)或高水壓一側(cè)管片質(zhì)量試驗和檢驗之五抗拔試驗壓力不能再上升，百分表讀數(shù)突然增大時，說明灌漿螺栓管承受的拉力已超出極限被破壞，以此值為灌漿螺栓管的破壞值試驗標準當(dāng)千斤頂軸心升起時，拉力架帶動螺桿向下拉，灌漿螺桿受力，百分表的讀數(shù)顯示螺標的位移量管片質(zhì)量控制主要措施管片模具定期檢查，保證管片尺寸精度；鋼筋綁扎合格，保證保護層厚度均勻，以免產(chǎn)生有力開裂現(xiàn)象；吊裝孔材質(zhì)優(yōu)良，連接牢固，保證起吊安全；橡膠止水條安裝均勻、牢固，保證止水效果；成品嚴格按照規(guī)范養(yǎng)護。管片選型管片選型錯誤會導(dǎo)致以下問題。1）管片錯臺、破損及裂縫等缺陷。2）隧道滲漏水。3）管片走向與盾構(gòu)機掘進方向不協(xié)調(diào)，盾尾間隙過小，盾構(gòu)機操作困難和管片安裝困難。4）損壞盾尾尾刷。

選擇正確的管片必須綜合考慮以下因素：A）線路特點B）推進千斤頂?shù)男谐滩睿ㄗ笥液蜕舷拢〤）盾尾間隙（上、下、左、右）D）鉸接油缸的行程差。E）盾構(gòu)機掘進方向與設(shè)計軸線的相對關(guān)系F）錯縫拼裝

之一：選型重要性及考慮因素管片選型

管片選型合理正確主要體現(xiàn)在以下幾個方面：A）隧道軸線偏差很小，管片拼裝的外觀質(zhì)量很好。B）上下左右的盾尾間隙比較均勻。C）推進千斤頂?shù)男谐滩钶^小。之二：選型正確的判斷標準管片選型

之三：根據(jù)線路特點管片預(yù)排版轉(zhuǎn)彎環(huán)偏轉(zhuǎn)角：θ=2γ=2arctgδ/D線路曲線圓心角：α＝180L/πRθ＝α，將曲線半徑R代入，得出L值L值表示含有1環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)時的曲線段弧長管片選型

之四：選型方法：人工選型和VMT選型在SLS—T自動導(dǎo)向系統(tǒng)中，還專設(shè)了管片選型的軟件（RingSelectionSoftware），完成一環(huán)掘進后，在盾構(gòu)機操作手的操作下，該軟件能自動根據(jù)千斤頂行程、盾尾間隙和已裝管片的類型等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)測出未來若干環(huán)的管片類型（一般情況下，預(yù)測1～3環(huán)）。管片選型

之五：根據(jù)實測盾尾間隙人工選型上大下小左大右小L2、L1右大左小R9、R8左-右<10mmL3或R9下大上小左大右小L8、L9右大左小R2、R1左-右<10mmL9或R3非常實用管片拼裝拼裝原則拼裝流程管