淺談地鐵盾構隧道預制管片施工

郭武廣

摘 要：現如今，城市交通越來越擁擠，阻礙城市向前發展，為了讓城市交通更加順暢，減少城市交通的壓力，許多一、二線城市都在大力投身于城市軌道交通的設計，推動著城市交通的向前發展，更多更頻繁地地鐵隧道施工都在如火如荼的進行著。隨著隧道工程建設的發展，管片已成為預制混凝土構件的一個重要產品。伴隨著技術不斷地創新進步，盾構技術會適用更廣泛的環境狀況，由于其進效率特別高，我國很多大城市都在廣泛使用。文章主要分析了盾構施工方法在地鐵隧道中的運用。

關鍵詞：地鐵隧道；盾構法；預制管片施工

1 盾構法介紹

盾構法施工是以盾構機這種施工機械在地面以下暗挖地道的一種施工方法。盾構施工作為一種新穎的施工技術方法，在現在城市地鐵隧道施工中得到了廣泛的應用，此方法有很多優點，不僅安全而且還高效快速，在比較復雜的地層環境下依然可以正常進行施工，并且大量運用在市政工程建設、大型引水的工程建設以及大型城市軌道建設。盾構施工中隧道結構的襯砌主體為管片，現今為止，主要的管片形式有以下幾種：鋼管片、球墨鑄鐵管片、復合管片、預制管片等，它們決定著整個隧道的質量，決定著整個隧道的使用年限。所謂“盾構”，是指配有護罩的一種專門用于隧道開挖的專用設備。如圖1所示。

盾構法施工最早出現在歐洲，隨后在美國和日本發展較快，迄今為止已在世界各地得到廣泛應用。

2 地鐵隧道盾構施工特點以及施工技術原理

地鐵盾機施工主要為穩定開挖面、挖掘及排土、襯砌（壁后灌漿）三大部分。地鐵盾構機施工具有自動化程度高、節省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響、水下開挖不影響水面交通等特點，在隧洞較長、埋深較大的情況下，用地鐵盾構法施工更為經濟合理。

地鐵盾構機的作業原理是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推動邊對土壤進行發掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對發掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的效果，接受周圍土層的壓力，有時還接受地下水壓以及將地下水擋在外面。發掘、排土、襯砌等作業在護盾的保護下進行。

3 常用隧道管片

在盾構隧道中，隧道的截面形狀各不相同，施工方法也有差異，造成其結構受力的性能也不同。所以在設計管片時必須考慮以上諸多因素。隧道管片也就根據不同的隧道斷面進行設計，主要有圓形、矩形、橢圓形等，我國地下隧道大都以單圓隧道為主，因此管片主要設計成圓形的鋼筋混凝土管片。單圓管片一般是根據隧道的不同直徑進行分塊，大都分為4到8塊。如圖2所示，在我國廣州地鐵盾構隧道預支管片常用的是單圓隧道管片，外徑6000mm，內徑5400mm，環寬1500mm或1200mm，管片有四種類型，標準環（直線）、左轉環（左曲）和右轉環（右曲）、通用環。每種類型根據配筋不同，用于不同地層，每一環的管片由六片管片構成，由3塊標準塊A1，A2，A3，2塊相鄰連接塊B，C，1塊封頂K塊。

4 盾構法預制管片施工技術在地鐵隧道施工中的應用

（1）管片分塊。管片分為標準塊（A），鄰接塊（B）、（C），封頂塊（K）三類，其中封頂塊只有一塊，兩塊緊鄰塊分別為封頂塊兩側，因此改變標準塊（A）數量就直接改變斷面尺寸。（2）管片連接，管片之間連接有螺栓接頭、絞接頭等，有直螺栓、彎螺栓、斜螺栓等螺栓連接方式；有研究表明斜螺栓連接對管片損傷最小，但不適合小直徑、薄管片盾構區間隧道；彎螺栓連接合適薄管片、小直徑盾構隧道。目前在國內管片間螺栓類型均屬于永久性，因此可拆式螺栓管片是節約材料的新方向。（3）管片拼裝。盾構隧道裝配式襯砌結構管片拼裝方式有通縫、錯縫兩種。在通縫與錯縫連接受力分析及論證的研究中表明，通縫拼裝的襯砌各環接頭位置相同，受荷相同的情況下變形一直且相鄰間無彎矩和剪力傳遞，目前廣泛采用的錯縫拼裝襯砌接頭錯開，受力錯綜復雜致使相鄰管片變形迥異（力的傳遞分散），但研究結果顯示錯縫在防水、控制等問題上優于通縫。拼裝施工關鍵點，假定小塊封頂為5+1型式原則是A2→A1（A3）→B（C）→K，在順序上對線性控制方面做調正。K塊拼裝方式有徑向插入、縱向插入和先徑向再縱向等方式，目前國內施工大多采用先徑向后縱向的方式拼裝關鍵塊，徑向搭接長度需綜合考慮關鍵塊插入度和盾構機千斤頂的長度（盾構機姿態），然而縱向插入的方式主要考慮徑向搭接長度和插入關鍵塊時的間隙。

地鐵盾構施工中有若干測量的手段和方法。盾構掘進測量與襯砌環片測量。完成上述任務后進行盾構掘進測量，由于盾構掘進利用的是激光導向系統，施工測量則是利用導線點的控制并對水準控制點進行重復測量取得的成果，其加權平均值即為起算數據。盾構掘進測量的內容為盾構井、盾構拼裝、盾構姿態以及襯砌環片四項內容的測量，運用聯系測量方法及所測的線路中線點和測量控制點獲取測設值，其與設計值比較差應控制在3mm以下，高程與設計值比較差應控制在2mm以下，平面偏離、高程偏離以及橫縱向的各項測量誤差限差均不能與設計值發生太大偏離，測定實時姿態時，應選擇切口中心為特征點，盾構本身方位角與軸線的方位角的比較差為方位角改正差，盾構掘進方向的修正以此為依據。盾構掘進測量完成后，最后還應對襯砌環片進行測量，可采用橫尺法測取其水平和垂直偏差。

5 結束語

總而言之，地鐵盾構隧道預支管片施工技術的應用可以讓盾構機更加安全和高效的進行施工，現今的地鐵盾構施工技術在自動化的程度上已經有了很大的提高，特別是掘進系統和位姿控制上，對于盾構機的導向自動糾偏以及所以子系統的全面協調還需要更深的研究。希望所有人員可以共同努力，克服技術上的難題，在實際工作中不斷的對地鐵盾構施工技術進行探索，讓盾構技術可以發揮更加強大的功能。

參考文獻

[1]吳小燕.單圓盾構混凝土襯砌管片預制技術的研究應用[J].河南科技，2013，11：136.

[2]張慧慧.廣州地鐵二號線盾構預制混凝土管片施工技術應用[J].廣州建筑，2002，2：63-65.

[3]廖振宇.地下鐵道盾構施工技術現狀及展望[J].鐵道勘察，2014，4：16-20.

[4]地鐵盾構測量檢測[A].中國測繪學會.天津市測繪學會四屆十次理事會論文集[C].中國測繪學會，2004：1.

[5]杜志田，李穎，胡浩.盾構法施工在天津地鐵中的應用[J].鐵道標準設計，2006（6）.

[6]孫鈞.崇明長江隧道盾構管片襯砌結構的耐久性設計[J].建筑科學與工程學報，2008，25（1）：1-9.