大直径泥水盾构管片拼装的技术探讨

杨仕伟

摘要：基于国内某大直径泥水盾构越江隧道，对大直径泥水盾构隧道的管片拼装方法、拼装顺序、拼装精度及管片拼装影响因素等进行分析探讨，并对由拼装引起的管片破损及控制措施进行阐述。

关键词：大直径，泥水盾构，管片拼装，隧道工程

1 工程概况

参考工程是国内某特高压输变电工程的单项越江工程，选用泥水平衡式盾构法施工，设计盾构段长度为5468.545m，盾构机外径11.6米、内径为10.5米。装配式钢筋混凝土预制管片环宽2m，环厚0.55m；采用通用楔形环，双面楔形，楔形量36mm；分块模式为 “7+1”（即一块封顶块、两块邻接块、五块标准块），错缝拼装，直螺栓连接。管片采用C60高性能耐腐蚀混凝土，混凝土抗渗等级P12。

2 管片拼装

管片拼装是用环、纵向螺栓逐块将高精度预制钢筋混凝土管片组装而成，共有8个错缝拼装位置，根据覆土层厚度不同，管片按配筋分为R_B^F、R_A^F、R_B、R_C、RS_C五种形式，适用于不同的地层，施工时根据需要选择合适的管片。

2.1 控制要点

1.安装点位以满足隧道线型为前提，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。管片安装前根据盾尾间隙、推进油缸行程选择好拟安装管片的点位。

2. 盾构掘进到预定长度，且拟安装封顶块位置的推进油缸行程大于设计要求时，盾构机停止掘进，进行管片安装。

3. 为保证管片安装精度，管片安装前需对安装区进行清理。

4. 管片安装时必须从隧道底部开始, 对称拼装标准块（B1~B5），然后依次安装相邻块（L1~L2），最后安装封顶块（F）。每安装一块管片，立即将管片纵环向连接螺栓插入连接，并戴上螺帽用电动扳手紧固。

5. 在安装最后一片管片前，对防水密封条涂肥皂水或黄油作润滑处理，安装时先径向插入，调整位置后缓慢纵向顶推，防止封顶块顶入时搓坏防水密封条。

6. 管片块安装到位后，及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力需大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。

7.当整环管片安装完毕并被推入盾尾密封位置, 使管片在盾尾刷包裹挤压变形量得到有效释放后，对管片连接螺栓进行二次紧固，防止后期变形影响拼装质量。

2.2 精度要求

依照GB50446-2017《盾构法隧道施工及验收规范》要求，管片不得有内外贯穿裂缝、宽度大于0.2mm的裂缝及混凝土剥落现象，隧道轴线及高程允许偏差值为±50mm。拼装精度控制: 衬砌环椭圆度为±5‰，衬砌环内错台为5mm，衬砌环间错台为6mm。

2.3 注意事项

（1）安装管片时必须采取有效措施避免损坏防水密封条，并保证管片拼装质量，减少错台，保证其密封止水效果。

（2）安装管片后, 顶出推进油缸, 必须及时扭紧连接螺栓，保证防水密封条接缝紧密，防止因相邻两片管片在盾构推进过程中发生微小错动，造成防水密封条接缝增大和错开，影响止水效果。

（3）管片拼装前，严格检查密封垫沟槽两侧及平面转角处不得有剥落、缺损，以及较大的缺角等缺陷，并及时应用管片修补剂修补填平，密封垫沟槽两侧、底面麻点用环氧胶结剂加水泥腻子填平，检查合格后使用。

3 管片拼装的影响因素

3.1 盾构参数的影响

管片错缝拼装点位选择主要依据：盾尾间隙，油缸行程差，盾构机姿态，隧道线型，因此这几个依据便是影响管片拼装的重要盾构参数。

（1）根据管片与盾尾之间的间隙大小选择点位，将宽管片拼装在间隙小的部位，利用楔形量调整盾尾间隙。

（2）根据各组推进油缸的油缸行程差选择点位，将宽管片拼装在行程长的部位，以减小各组油缸的行程差，使油缸推力分布均匀、管片受力均匀；行程差以50mm 以内为宜。

（3）若盾构姿态向左（右）偏移或者隧道平面曲线为左转弯，则将通用环宽管片拼装在右（左）侧以调整姿态，使管片与隧道转向一致，宽管片安装部位与隧道转弯方向相反；而非通用环管片（左转弯、右转弯环）尤其要注意管片类型和楔形方向，不得拼反。

（4）管片点位选择总体上要与隧道线型拟合，及时纠偏，减少蛇形。

各项盾构参数确保在要求范围内，才能使管片拼装顺利、正常进行，并且符合规范要求

3.2 人员操作的影响

参考工程采用半自动拼装施工，需要由人工来进行管片的固定操作和环向螺栓、纵向螺栓的连接，因此人员的操作对管片拼装精度的影响起到重要作用。

因此在拼装前需对操作人员进行资质审核，并且进行安全质量培训。每一环管片拼装严格按照施工方案进行，在夹取移动过程中，需一人操作，另一人在旁观察指挥。在拼装过程中测量管片错台量，当管片环与环间错台量符合规范要求时，才顶上推进油缸，松开管片拼装机真空吸盘。推进油缸必须完全顶在管片上，不能部分顶在管片上，部分悬空，否则会因受力不均而使管片发生端角破损。

4 管片破损及控制措施

4.1管片破损

管片破损一般发生在隧道衬砌的内外两侧，在衬砌外侧一般发生在管片与盾构机的接触位置，而内侧一般发生在管片的边角部位，通过现场收集的资料可以发现，管片内侧破损位置有三种，端角破损、环向破损及纵向破损。

管片破损的原因根据现场分析可以得出，主要有以下几种：

（1）管片在运送和堆放过程中发生磕碰，使磕碰处产生小的破裂。

（2）管片拼装时，环面之间和相邻的两块管片之间的接触面达不到较好的平行状态，衬砌的端角受应力较大，致使管片端角破碎。

（3）在封顶块安装时，当先拼装的管片圆度不够时，两个邻接块的间隙太小，当封顶块强行顶入时，会使封顶块和邻接块的接缝处管片破碎。

（4）拼装时当前一环面不够平整，存在块间错位问题，也会造成下一环面在拼装时发生破碎。

此外，造成管片破损的原因还有拼装的速度过快、管片质量不合格、盾构机的姿态与管片的姿态不同步、环面衬砌质量不好、注浆分布不均匀等原因。

4.2由拼装引起的管片破损控制措施

管片破损的因素众多，本文仅探讨由于拼装造成的管片破损及其控制措施。

由于拼装造成的管片破损有封顶块安装时挤压破损、定位销孔位碰撞破损及推进油缸操作不当压坏管片等。

图4.2.1 封顶块破损示意图

针对上述情况，需加强的控制措施为：

（1）拼装前需要测量好上一环面管片之间的相互高差，并根据测量的数据来调整纠偏锲子，以保证其平整度；拼装时尽量控制衬砌的圆度，块与块之间不能错位。

（2）封顶块安装时要保证顶部两邻接块的间距，可通过推进油泵的伸缩来调整， 并涂好润滑剂。

（3）定期检查定位销安装情况，每日进行管片拼装机的真空试验，保证管片在吊装时不会与定位销发生碰撞损坏。

5 结论

（1）管片拼装精度的保证必须建立在高质量的成品管片和良好的盾构掘进姿态条件下，严禁控制过渡纠偏或急纠。

（2）管片选型要根据盾构掘进姿态、盾尾间隙大小、千斤顶行程差、管片环设计楔形量及管片旋转点位等因素进行精细选择。

（3）管片安装就位后，及时对管片端面平整度及相邻管片高差进行量测。

（4）提高拼装人员的技术素质，加强拼装质量意识，减少人为的错台误差、拼装失误。

（5）定期检查管片拼装机的维护情况，保证定位销的工作状态，防止机械原因的管片破损。

参考文献

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