大直径通用楔形管片拼装技术

摘要：武汉长江隧道是我公司第一个大直径泥水盾构过江隧道工程。盾构隧道管片外径11000mm，内径10000mm，管片环宽2000mm，采用双面楔形的通用管片，楔形量为55mm，采用9块等分“大楔型封顶”分块形式。管片拼装的质量直接影响到盾构掘进工程的安全、进度和隧道整体的防水质量。为了保证盾构安全顺利的完成隧道掘进，本人对管片拼装的技术和遇到问题的解决办法加以研究总结。

关键词：盾尾间隙 点位选取 管片安装 管片旋转 管片椭圆 质量保证

Abstract: The Wuhan Yangtze River Tunnel is the first company of large 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 the security shield tunneling projects, progress and the overall water quality of the tunnel. In order to ensure the smooth completion of safety shield tunnel boring, I assembled the film's technical problems and solutions to summarize.

Key words: Mei space shield，Select the Point，Installation Segment，Segment Rotation，Segment Elliptic，Quality Guarantee.

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

1. 概况

本工程施工中，采用错缝拼装通用楔形管片。拼装方式采用错缝拼装。即通过旋转调整管片位置，满足隧道设计轴线要求(曲线)，同时使隧道纵向连接缝不在同一直线上。错缝拼装具有圆环管片接缝刚度分布趋于均匀、圆环整体刚度高、接缝及整体结构变形小等优点。采用通用楔形管片通过管片的精确定位，提高了管片的拼装质量，且管片型号单一，便于管片的储存、运输及施工管理。

盾构隧道管片外径11000mm，内径10000mm，管片环宽2000mm，采用双面楔形的通用管片，楔形量为55mm，采用9块等分“大楔型封顶”分块形式。每环管片由一环封顶块F(小封顶块1/3纵向插入)、两块邻接块L和6块标准块B构成。环宽2m，厚度500mm，楔形管片的楔形量为2×25.0＝50mm。环与环间以38根M30的纵向斜螺栓相连，块与块间以30根M36的环向斜螺栓相连。管片拼装的质量直接影响到盾构掘进的安全质量、进度和隧道整体的防水质量，因此为确保盾构快速顺利的完成掘进，对管片拼装技术进行系统的研究。

2.拼装前的质量检查

盾构掘进完成后要将安装的管片就位并清理干净，同时检查运至作业面的管片是否和工程师下达的本环管片指令类型相同；管片是否有破损、掉角、脱边以及裂缝；止水条、衬垫和自粘性橡胶薄板等是否有起鼓、隆起、断裂、破损和脱落等现象，止水条是否部分已失效。

3.F块点位选取

大直径的盾构在地下受到外力的影响,使盾壳产生微量的变形成椭圆,管片也可以椭圆形,所以当我们测量盾尾间隙就会发现四个斜角的间隙要比四个正方向的间隙小一些 当盾构在大曲线段时,很容易造成管片的外弧面的破损,在此情况下点位的选取和管片的拼装质量更为重要。

3.1在盾构机前进时，管片的拼装位置极其重要，对盾构机前进时的姿态控制很有效。当管片与推进千斤顶接触平面不重合时，在千斤顶产生推力时管片即出现裂缝导致漏水，并且此时出现盾构机的姿态难以控制，很难遵循预定线路前进。

3.2由于采用双面楔形的通用楔型管片，不同点位的选择，可以控制盾尾间隙，由于在盾尾后部设有一圈加强环，可以保持盾尾保圆度另外还可以作为一道止水环，防止泥水进入盾尾密封刷内。加强环高度为70mm，而且盾构机在不同的线路上总是有一定的偏移量，因此盾尾间隙要保持在70mm以上，否则会使加强环挤压管片造成碎裂，并妨碍了掘进时方向的控制。

3.3在选择管片位置时，有两个参数需要考虑，一个是盾尾间隙的保证；另一个是管片平面走向趋势(管片趋势主要参数：推进油缸行程差).所以间隙和油缸行程决定管片的点位.通常情况下点位放在盾尾间隙较大和油缸行程较短的位置,但实际情况并非那么简单,有时考虑的侧重点不同,土木技术人员选择的点位会出现相互矛盾的情况.例如底部盾尾间隙小但油缸行程却也短,这种情况会让技术人员难以确定点位, 当楔形量不能同时满足两个因素时,应尽量使其中一个保持最小，使盾构机能获得最大的推进力，并使侧向分力减小，便于盾构机遵循预定线路前进。因此，应优先考虑管片趋势。

3.4直线段施工时，理论上，管片拼装时F块可以交替放在圆心对称的位置。但是，为了保证拼装精度，应避免F出现隧道下部。最好 K块交替放90°与270°位置。F块在右侧，左右油缸行程差25mm，F块在左侧，左右油缸行程差－25mm。

3.5武汉长江隧道的管片属于楔型.B3 B4接缝处是最宽的地方长2025mm,最窄的地方F块的中心处长1975mm ,楔型量50mm,楔型的管片的优点正是满足了隧道曲线段的施工.曲线段盾构施工的基本原则是盾构轴线与管片轴线始终沿曲线割线方向，如图1所示。隧道轴线从直线变化到圆曲线时，盾构从圆直点开始掘进L，首先偏转θ/2，然后管片轴线偏转θ/2，之后在圆曲线上，由于盾构掘进始终超前管片拼装，盾构掘进一个循环(管片宽度L＝2m)，盾构轴线与管片轴线偏转角度θ从0变化到θ（θ＝2/R）。因此，曲线段掘进，管片与盾尾需要一个最小的盾尾间隙。隧道轴线从圆曲线变化到直线，盾构从圆直点开始掘进L，首先偏转θ/2，然后管片轴线偏转θ/2。

3.5.1最小盾尾间隙的计算

曲线施工和蛇形修正时必须的最小盾尾间隙（最小曲线半径800m）：

R——隧道曲线半径；

D0——管片外径；

L——盾尾长度。

3.5.2盾构掘进过程中盾尾间隙的变化

假设盾构始终沿设计轴线的割线前进，油缸撑靴位置始终位于设计轴线上。盾构机掘进2m，盾构机旋转的角度2/R，如图1所示。此时盾尾与管片中线距离变化为：

3.5.3管片拼装超前量计算

本工程最小曲线半径800m，管片拟合曲线需要的理论超前量计算如图2所示。

图2管片外弧面楔形量计算简图

。

4.管片安装方法

4.1管片选型以满足隧洞线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。