盾构管片选型设计

盾构管片选型和安装林建平在盾构法施工中，管片的选型和安装好坏直接影响着隧道的质量和使用寿命。

本文根据广州地铁三号线客～大区间的实际施工情况，就盾构管片选型和安装技术做总结分析。

一、工程概况客～大盾构区间分为两条平行的分离式单线圆形盾构隧道，总长度为3016.933米，管片生产与安装2011环。

管片外径6000mm，内径5400mm，宽度1500mm，防渗等级S10，砼C50。

依据配筋将管片分为A、B、C三类，C类配筋最高、B类配筋最低；管片的楔形量38mm，分左转、右转、标准三类。

二、管片的特征1、管片的拼装点位本区间的管片拼装分10个点位，和钟表的点位相近，分别是1、2、3、4、5、7、8、9、10、11。

管片划分点位的依据有两个：管片的分块形式和螺栓孔的布置。

拼环时点位尽量要求ABA（1点、11点）形式。

在广州盾构隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。

管片拼装点位有很强的规律，管片的点位可划分为两类，一类为1点、3点、5点、8点、10点；二类为11点、2点、4点、7点、9点。

同一类管片不能相连，例如1点后不能跟3、5、8、10这四个点位，只能跟11、2、4、7、9五个点位。

在成型隧道里两联络通道之间的奇数管片是同一类，偶数管片是同一类。

（竖列表示拼装好的管片，横向：√-表示可选后续的管片；×-表示不可选后续的管片）2、隧道管片排序鉴于管片拼装的规律性，所以盾构施工前必须对隧道管片做好排序，并根据设计，模拟出联络通道和泵房位置，管片拼到联络通道处时，点位要正好和设计点位符合，否则联络通道位置会被改变。

在本工程中，是从左线始发，第325、326环处是联络通道，此处拼装点位是11点，将标准块A3块拼到洞门位置。

盾构始发时的负环是6环，1环零环。

从负环到325环共332环，第325环是11点，相当于第332环是11点，那么负环第一环点位应该是1点，或3点、5点、8点、10点。

管片排序时，要优化洞门的长度，在广州洞门长度要求在400mm以上，一环管片的长度是1500mm，在条件允许的条件下，通过调整始发负环的位置，把每节隧道两端的洞门长度之和控制在1500mm以内，当隧道长度除以管片长度的余数大于两倍最小洞门宽度800mm（各地洞门的最小宽度要求不同）时，就取余数的一半为洞门长度。

盾构法隧道管片选型及拼装技术文章通过介绍盾构隧道管片的设计依据、楔形量、管片种类及选型、管片拼装点位选择方法和原则、管片拼装过程中应注意的问题等方面，阐述了盾构法隧道施工中的管片选型及拼装技术，以确保施工质量，供读者参考。

标签：盾构法；隧道施工；管片选型；管片拼装引言盾构法隧道施工技术在目前的城市地铁、轨道交通等地下隧道工程中的运用日益广泛，文章结合了深圳地铁5号线、7号线，台山核电站海底取水隧洞工程盾构施工，对盾构隧道施工中管片选型及管片拼装技术进行了总结和探讨。

1 管片选型1.1 盾构隧道管片设计管片宽度、厚度、配筋、砼强度和抗渗等级、分块长度、楔形量、直径等，均是管片设计的要素。

（1）管片厚度和配筋、砼强度和抗渗等级要根据全线的工程地质情况、隧道覆土厚度、施工荷载状况、隧道的使用目的及管片施工条件等多种因素確定，对管片配筋要进行试算和验算。

（2）管片环宽与分块设计主要由管片的制作、防水、运输、拼装、隧道总体线型、地质条件、结构受力性能、盾构掘进机选型等因素确定。

衬砌管片宽度越大，隧道结构的纵向刚度越大，抗变形能力越强；衬砌环纵向接缝越少，漏水环节、螺栓数量越少，施工速度越快，费用越省。

（3）管片楔形量。

楔形管环中最大宽度与最小宽度的差即楔形量。

楔形管片分为单面楔形、双面楔形两种，其中单面楔形又分为前楔形、后楔形两种，即通常所说的左转弯环、右转弯环。

确定楔形量的因素有三个：线路的曲线中心半径R，管片宽度d，管片直径D，标准环与楔形环环数之比U（U不小于1）。

取中心弧长L=（U+1）*d，圆心角β=L/R，外弧长L1=β（R+0.5D），内弧长L2=β（R-0.5D），即可计算出管片楔形量X= L1-L2。

1.2 管片选型应用实例每环管片均由标准块、邻接块、封顶块组成。

在深圳地铁5号线施工中，采用的管片为单面楔形，有标准环、左转弯环、右转弯环三种，外径6m，厚度30cm，宽度1.5m，楔形量38mm，每环分为6块（A1、A2、A3、B、C、K）。

论地铁盾构管片选型世界经济的迅猛发展加速了城市化建设，城市人口和建筑密度的不断增加，加快了城市水电管网及轨道交通的建设。

在城市隧道施工中，由于地面及周边环境复杂，基本上都采用现在已经比较成熟的盾构法施工。

由于城市（重要）建构筑物、桥梁等较多，为节省投资资金，避免风险，保护建构筑物等，盾构隧道的曲线越来越多，半径越来越小，多管片的拼装质量要求越来越高，对管片选型技术要求也越高。

本文结合几个案例分析探讨盾构管片选型技术。

一、管片的结构与拼装形式过去，广州市盾构每环管片由六块管片组成（L1、L2、L3、B、C、K），分为标准环、左转弯、右转弯环，拼装时主要靠调节K块的位置来确定管片的转向，重而与设定的轴线进行耦合。

首先，介绍管片的点位的由来。

考虑管片的受力情况，一般采用错缝拼装的形式进行，由于管片的横向螺栓有十套，因此，管片通常的点位就按10个点位来区分。

如下图所示：图一图二管片的具体形式决定每块管片的角度，任意相邻两点所对应的夹角为36°（图一所示）。

但是，1点和11点中间夹着12点，那么，1点和12点的夹角就是18°，11点和12点的夹角也是18°，同理可证5点和7点的角度是18°。

其次，偏移量的计算公式。

从图二中可得转弯环的管片最大楔形量为38（mm），管片的外径是6000（mm）。

根据Tanа=38/6000=0°21′46.33″ ∵а=в可得到：∴偏移量=Tanв×1500=9.5（mm）通过计算结果得出转弯环的最大偏移量是9.5（mm）。

再次回到正面点位图，可以看出只有12点、3点、6点、9点的时候是最大偏移量的位置，而管片的点位中没有12点和6点，即得3点和9点位置是管片偏移量最大的位置（9.5mm）。

举个例子，左转弯环的管片拼在1点位时，管片的偏移量是如何计算的。

其实1点位的时候，正好是偏离12点位18°，假如左转弯是拼装在12点，根据左手定则（食指和拇指撑开呈90°）可知，食指做指向的方向是代表点位，拇指的方向是最大楔形量的位置（右转弯则用右手定则）。

盾构机纠偏及管片选型盾构机的姿态控制包括机体滚转控制和前进方向控制。

其控制操作原则有两条：（1）滚角应控制在+-10mm/m以内。

盾构机滚角值太大，盾构机不能保持正确的姿态，影响管片拼装的质量。

（2）如果盾构机水平向右偏，则需要提高右侧千斤顶分区的推力，反之亦然。

一、盾构机姿态控制的一般细则在一般情况下，盾构机的方向偏差应控制在+—20mm以内，在缓和曲线段及圆曲线段，盾构机的方向偏差控制在+—30mm以内，曲线半径越小，控制难度越大。

这将收到设备、地质条件和施工操作等方面原因的影响。

当盾构机遇到上硬下软土层时，为防止盾构机机头下垂，要保持上仰状态；反之则保持下俯。

掘进时要注意上下或者左右千斤顶行程差不能太大，一般控制在+—20mm以内，特殊情况下不能超过60mm。

当开挖面内的地层左右软硬相差很大而且又处在曲线段时，盾构机的方向控制将比较困难。

必要时，可将水平偏角放宽到+—10mm/m，以加大盾构机的调向力度。

当以上操作仍无法将盾构机的姿态调整到合理位置时，将考虑在硬岩区使用仿形刀进行超挖。

在曲线掘进时，管片易往曲线外侧发生偏移，因此，一般情况下让盾构机向曲线内侧偏移一定量。

在进入缓和曲线之前，若右转弯则掘进至20mm，左转弯则掘进至—20mm，以保证隧道成型后与设计轴线基本一致。

在盾构机姿态控制中，推进油缸的行程控制是重点。

对于1.5m宽的管片，原则上推进油缸的行程控制在1700~1800之间，行程差控制在0~50mm之间。

行程过大，则盾尾刷容易露出，管片脱离盾尾较多，变形较大，易导致管片姿态变差；行程差过大，易使盾体与盾尾之间的夹角增大，铰接油缸行程差加大，盾构机推力增大，同时造成管片的选型困难。

二、盾构机的纠偏措施盾构机在掘进时总会偏离设计轴线，按规定必须进行纠偏。

纠偏必须有计划、有步骤地进行，切忌一出现偏差就猛纠猛调。

盾构机的纠偏措施如下：（1）盾构机在每环推进的过程中，应尽量将盾构机姿态变化控制在+—5mm以内。

隧道盾构法施工中的管片选型1 概述盾构法施工作为现代隧道施工比较先进的科学的方法，具有对围岩扰动小、施工速度快、作业安全、隧道建成后投入运行早等优点。

盾构法隧道施工中采用预制拼装块（管片）做为永久支护，或永久支护的一部分。

管片一般分为左、右转弯环和标准环。

可以由专门从事砼制品的具有较高水平的厂家提前制作，从而缩小施工用地、加快施工速度，特别对于城市中昂贵的地价、工期相对较短具有重大的意义。

2 影响管片选型的主要因素2.1隧道设计线路隧道设计线路各要素的特征原则上决定了管片拼装成环后横断面的走向，也在总量上限制了管片在一个施工合同中的综合类型分布。

2.1.1曲线地段曲线地段线路的曲线要素、纵向坡度的大小、不同衬砌环和组合特征（楔形量、锥度、偏移量等）决定了要安装的管片类型。

线路所要求提供的圆心角：α＝180L／πR式中：L—一段线路中心线的长度；R—线路曲线半径。

K块（封顶块）不同位置时管片锥度的计算：β＝2arctg(δ×cosθ／2D)式中: β—管片成环后的锥度。

标准环为0。

δ—转弯环楔形量，即转弯环管片12：00时水平方向内外宽度差。

D—管片外径。

θ—K块所在位置对应的角度。

线路所需要的圆心角α相等的X环不同类型的组合，管片选型时应按这种组合为基准来实施。

2.1.2直线地段直线地段原则上装标准环，只是在适当的时候靠转弯环来完成线路的纵向坡度，以及调整盾构机掘进过程中偏离中线的偏移量。

2.2盾构机姿态盾构机姿态决定管片选型盾构机姿态在某种程度上决定了管片选型。

我们在选择要安装的管片类型时，一定要考虑盾构机的趋势、盾构机偏移中线在水平和竖直方向的程度，以及计划要在以后几环中调整盾构机到隧道中心线上。

比如盾构机竖直方向偏移中线16mm，每环L使下一环向下低头4mm,10才能调整过来,但此时一定还要同线路的水平特性、盾构机则最少需要4环L10上下趋势等相结合。

2.3盾尾间隙管片安装是在盾尾壳体的支护下完成，安装完的管片应该处于盾尾的正中央，也就是说，管片外壁和盾尾内壁之间的孔隙是匀均的。