大直徑盾構承插式管片拼裝技術探討

左錦春

（南京市公共工程建設中心，江蘇 南京 210019）

隨著城市建設的不斷發展，大直徑盾構隧道作為人類建設史上的一個重要里程碑，其應用也越來越廣泛。在盾構隧道的施工過程中，管片拼裝技術是非常重要的一個環節，關系到隧道的施工質量和效率。然而，由于盾構隧道施工的復雜性和風險性，大直徑盾構隧道的管片拼裝技術一直是一個研究的熱點和難點。承插式管片近年來在國內逐步推廣應用，其拼裝難度相對于普通螺栓管片較高，由于實際工程應用較少，因此其拼裝技術仍處于探索階段，相關研究處于空白階段，有必要針對承插式管片拼裝技術開展研究，總結技術經驗，提升其拼裝效率和質量。

針對大直徑盾構隧道的承插式管片拼裝技術，已有許多學者和工程師做了很多的研究和實踐工作，李志強、楊成春、黃正彬針對小直徑盾構隧道中管片拼裝遇到的常見問題、管片拼裝缺陷進行了分析，并結合實際工程提出相應的解決措施。肖昱、王林民對管片拼裝中管片選型及拼裝點位選取進行了研究，說明施工中管片選型需要考慮管片、盾構機、設計軸線三者之間的姿態協調才能精準的選取合適的拼裝點位。宋艷玲、姚利軍、張毅對大直徑盾構管片拼裝技術進行了研究，結合工程案例總結了其拼裝點位選取方法、拼裝操作技術要點、施工注意事項等，可為同類工程借鑒。南京江心洲污水收集系統二通道工程中應用了承插式管片，該類型管片在大直徑盾構中為國內首次應用，并無拼裝施工經驗可參考借鑒，文章結合工程實際，對承插式管片施工難點、管片選型及拼裝操作方法進行總結，為今后工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程概況

南京江心洲污水收集系統二通道建設工程在南京眼步行橋下游約1.4 km 處。項目起點位于江心洲市民廣場西側規劃綠地內，在旗桿渡口南側以隧道方式穿越夾江后于棉花堤北側穿江堤進入濱江公園綠地內。項目路線全長755.6 m，其中盾構隧道長度693 m。

1.2 管片設計概況

該盾構隧道采用平板型鋼筋混凝土管片襯砌，采用強度等級C50，抗滲等級P12。內徑7.9 m，外徑8.8 m，管片厚度450 mm，環寬1.5 m，每環管片共8 塊，分塊方式：7+1；通用楔形環，錯縫拼裝，連接方式采用新型連接件，環縫采用22 個插入式連接件，縱縫采用16 個滑入式連接件。管片內、外弧側各設一道彈性密封墊槽，內弧側設嵌縫槽。見圖1。

圖1 盾構管片剖面圖

2 大直徑盾構承插式管片拼裝特點及難點

（1）大直徑盾構管片巨大，不易操作，在受限的盾尾空間內拼裝作業過程中容易與已成型隧道及盾尾設備發生碰撞，使管片產生破損。

（2）承插式管片拼裝允許誤差小，管片拼裝時，管片承插接頭處活動量較小。因此，對于管片預制生產及掘進過程中管片拼裝精度提出了較高要求。

（3）承插式管片環縫采用插入式螺紋連接件連接，通過環縫連接件的螺紋與管片內預埋套筒的擠壓咬合形成牢固連接，該連接方式具有拼裝不可逆的特點，因此要求管片一次拼裝成功，拼裝完成后不可拆卸，對施工操作準確率提出了更高的要求。

3 管片拼裝操作方法

3.1 管片選型

本工程管片采用通用環管片，管片環縱剖面為等腰梯形，存在雙邊楔形量。管片環縫面共22 組環縫連接件，每組一個環縫連接件，因此管片拼裝點位為22 個，施工過程中通過選擇不同拼裝點位來改變管片環面各個方向上的超前量，以此改變管片拼裝在隧道縱向方向上的走向。管片拼裝方式通常分為通縫拼裝和錯縫拼裝兩種，本工程采用錯縫拼裝，管片環內剛度較通縫拼裝方式有所提升。管片的型號與安裝位置，決定盾尾間隙的大小。管片選型的最終目的是要讓設計軸線，實際軸線，盾構機姿態，三線合一，通過選擇合適拼裝點位來達到預期的效果。管片拼裝選型的要素主要有盾尾間隙、推進油缸行程差、盾構機姿態及錯縫拼裝。

（1）管片拼裝點位選擇不得使拼裝成環后管片迎土面與盾構機內殼之間的間隙小于最小間隙限值。如果盾尾間隙不均勻，管片選型不當，造成間隙小，會使得在掘進過程中造成管片外壁破損而導致止水條漏水、盾尾刷擠壓過度難以回彈等現象。保證管片與盾尾保持足夠的間隙，保護盾尾、保護管片外壁的根本是調整盾尾間隙，調整管片與盾尾的相對位置關系。楔形量最大的地方放在盾尾間隙最小的位置。

（2）管片拼裝點位的選擇應根據推進油缸行程差值進行協調。盾構機是依靠推進油缸頂推在管片上所產生的反力向前掘進的，而每一個掘進循環各油缸的行程的差值反映了盾構機與管片平面之間的空間關系，可以看出下一掘進循環盾尾間隙的變化趨勢。當管片平面不垂直于盾構機軸線時，各組推進油缸的行程就會有差異，當這個差值過大時，推進油缸的推力就會在管片環的徑向產生較大的分力，從而影響已拼裝好的隧道管片以及掘進姿態。楔形量最大的地方放在推進油缸行程最短位置。

（3）管片拼裝點位的選擇要適應盾構機的姿態走向。根據當前盾構姿態和趨向，提前將接下來的管環方向考慮到管片選型中，管片楔形量最大的地方放在需要轉彎的方向。

（4）管片拼裝點位的選擇要保證管片錯縫拼裝，當上一環管片拼裝完成后下一環管片的拼裝點位應在上上一環的拼裝點位上加2、5、8、11……，以此滿足錯縫拼裝的要求。承插式管片縱縫連接件存在一定的設計容差，管片連接后縱縫允許出現少量的張開余量，管片拼裝時由于自身重力作用會使的位于下半部位的管片縱縫壓緊，上半部位管片縱縫張開，若封頂塊位置放置在下半部位，由于自重作用會使得臨接塊拼裝完成后封頂塊的拼裝預留間隙壓緊減小，不利于封頂塊的插入拼裝。應避免選擇封頂塊處于底部的拼裝點位。

綜合考慮上述四個因素后采取排除法和最優化方法選擇管片拼裝點位使得管片成環軸線同時與隧道設計軸線和盾構機軸線相擬合。

3.2 管片拼裝

管片拼裝是盾構施工的重要環節之一，拼裝過程中應遵循設計的拼裝流程進行拼裝作業，才能保證拼裝成功。拼裝作業按照如圖2 所示的步驟進行。

圖2 管片拼裝作業流程

（1）盾構機推進到預定的長度后方可停機進行管片拼裝作業，承插式管片封頂兩斜邊的縱縫面上縱縫連接件是突出縱縫面的，為保證封頂塊在徑向插入的過程中縱縫連接件與臨接塊管片不發生碰撞，封頂塊應在縱向上距離上一環管片1/2 環寬的位置徑向插入。封頂塊管片在拼裝前需要將封頂塊位置推進油缸縮回，回縮長度大于1.5 倍環寬距離，同時考慮撐靴和盾尾注漿管路的空間，封頂塊位置推進油缸行程不應小于2.5 m。

（2）為提高管片拼裝成環質量，管片拼裝前應對盾構雜物進行清理；管片拼裝前清洗管片和推進油缸的水會集中到盾尾底部，管片拼裝前應將污水抽干；盾構推進過程中盾尾的油脂會被帶出掉落在將要拼裝的管片位置，拼裝前應將掉落的油脂進行清理。

（3） 承 插 式 管 片 拼 裝 順 序 為B3 →B1、B2 →B4、B5 →L1、L2 →F。因錯縫管片結構形式要求，無論封頂塊選擇幾點位，第一塊必須拼裝B3管片；如圖2 所示，B3 塊管片縱縫上T 型件的楔形量方向均為朝向盾構推進方向（T 型件窄邊靠近盾構推進方向），因此與B3 塊管片臨接的管片只能待B3管片拼裝完成后再縱向推入才能使縱縫上T 型件滑入C 型件凹槽內。如圖3 所示。

圖3 B3 塊管片模板圖

（4）在安裝最后一片管片前，應對防水密封條涂肥皂水或凡士林作潤滑處理，安裝時先徑向插入750 mm，調整位置確保CT 件端口互相平齊，緩慢縱向頂推。

（5）拼裝過程中按各塊管片位置，縮回相應位置的千斤頂，形成管片拼裝空間，可有效防止盾構后移；管片運至拼裝機下方后，由管片拼裝機吸盤將管片吸緊，將管片運至相應位置進行拼裝；每塊管片拼裝到位后，及時將千斤頂伸出。

（6）根據南京江心洲污水處理二通道隧道防水設計標準、成環質量控制標準制定管片拼裝精度控制標準為：環面間隙≤0.8 mm，縱縫間隙≤0.8 mm，成環后各分塊高差≤1.0 mm。

（7）針對承插式管片拼裝精度要求較高的特點，選用6 個自由度的拼裝機，每個動作可單獨進行靈活控制，大大提升精度靈敏度。并對油缸伸縮精度、拼裝機旋轉精度進行校準，最高伸縮精度為1 mm，最高旋轉精度為2.6 mm，以滿足滿足新型管片拼裝要求。

4 拼裝注意事項

（1）承插式管片拼裝時T 型件先滑入C 型件凹槽，T 型件與C 型件搭接，此時管片還未拼裝到位，管片縱縫面上的防水密封墊已經開始壓縮，然后T 型件逐漸滑入C 型件凹槽底部，管片拼裝到位，此過程中縱縫面防水密封墊始終處于壓緊的狀態，且壓縮力逐漸增大，密封墊之間的摩阻力也在逐漸增大，拼裝時密封墊會出現脫落現象，因此拼裝前應在縱縫防水密封墊上涂抹潤滑劑，減少縱縫密封墊之間的摩阻力，防止拼裝時密封墊脫落。

（2）安裝管片后頂出推進油缸，保證防水密封條接縫緊密，防止由于相鄰兩片管片在盾構推進過程中發生錯動，防水密封條接縫增大和錯動，影響止水效果。

（3）承插式管片拼裝前需將環縫連接件插入到待拼裝管片背千斤頂側的環縫面預埋套筒中，且需要對環縫預埋套筒和縱縫C 型件凹槽進行清理，防止有殘留異物影響拼裝；為減小拼裝過程中C 型件與T 型件之間的摩阻力、環縫連接件與預埋套筒之間的摩阻力，減小對環縫連接件螺紋的損傷，管片拼裝前可在C 型件、T 型件、環縫連接件表面涂抹潤滑劑，加快拼裝效率。

（4）管片拼裝完好后，頂緊油缸不得松開，方可放松吸盤，進行下一塊管片拼裝。

（5）管片拼裝工應精心操作，防止出現管片砼出現破損。

（6）承插式管片環縫連接件插入到預埋套筒后，螺紋已擠壓咬合，管片不得拆除拔出進行重新拼裝。

5 結論

文章以南京江心洲污水收集系統二通道隧道工程管片拼裝為例，對大直徑承插式管片拼裝的難點、操作技術、管片拼裝點位選取方法等進行系統的介紹，為后續應用承插式管片工程提高參考價值。總結出如下結論，有效提高承插式管片拼裝質量和拼裝效率。該拼裝技術在南京江心洲污水收集系統二通道隧道工程應用中隧道成型質量優良，均控制在允許誤差范圍之內。①管片拼裝點位選擇應結合盾尾間隙、推進油缸行程差、盾構機姿態走向、管片拼裝方式等因素進行精細選擇。②承插式管片拼裝應按規定的拼裝順序進行拼裝，不得更改拼裝順序，否則會造成拼裝失敗。③承插式管片具有一次拼裝成型特點，拼裝過程不可逆，拼裝作業需精心操作，防止出現拼裝錯誤。