工程科技 ・２６１． 盾构施工转弯环管片选型 李鹏冲１，２ （１、中铁隧道集团股份有限公司长沙地铁项目部，湖南长沙４１００００ ２、河南工业大学，河南郑州４５００００） 摘要：结合工程实例，介绍盾构施工转弯环管片选型原则，阐述其在地铁盾构施工中的应用及实施，供类似工程借鉴。 关键词：盾构；转弯环选型；盾构间隙 地铁工程施工中，盾构施工拼装成环的管片直接成为隧道的最终衬 表１ 砌，成型管片的防水质量和外观质量成为影响隧道质量的直接因索；因此 名称 备注 盾构施工对管片拼装质量的要求很高，在掘进控制和管片选型时要采取 盾体 各种措施防止管片出现大的错台、破裂和渗漏。 直径 ６ ２５ｏｍｍ 不包括堆焊层 盾壳 标准段 １工程概况 长度（前体和中体） 螺栓联结并带有密封圈 盾构类型 土压平衡 １．１工程简介 机器最小水平转弯半径 ２ＯＯｍ 长沙市轨道交通２号线一期工程１３标长沙大道站一人民东路站盾 盾尾 构区间长１８１２米，整体线路水平向呈ｓ型，两个转弯圆曲线段转弯半径 盾尾数量 型式 ４５０ｍ，缓和曲线段转弯半径为３０００ｍ。本区问从长沙大道始发，经两段转 长度 弯后沿直线到达人民东路站（见图１）。 推进油缸 数量 衬砌管片外径６０００ｒａｍ，内径５４００ｒａｍ，厚度３００ｒａｍ，衬砌环宽 分组数量 １５００ｒａｍ。管片结掏形式分为左、右转弯＋标准环。人～长盾构区间衬砌 行程 铰接油缸 环采用“５＋１’模式，分块形式为３Ａ（７２。）＋２Ｂ（６４．５。）＋Ｋ（１５。ｏ转弯 粪型 环管片采用双面楔形，楔形量为３８ｒａｍ。环缝为１０根环向螺栓连接，纵环 数量 行程 缝为１２根纵向螺栓连接。 刀盘 １２盾构机概况（见表１） 直径 １．３盾尾间隙 左侧位置，连续将Ｋ块在正Ｅ方时，管片轴线方向将向左偏转。右转弯环 海瑞克盾构机盾尾间隙为（６２５０－－６０００－－５０＂２）／２＝７５ｍｍ，但由于尾 道理相同（见图３）。 刷固定钢环嵌于盾壳内侧，钢环位置盾壳为８５ｍｍ，所以实际盾尾间隙为 ２管片选型基本知识 （６２５０－－６０００－－８５＂２）／２＝４０ｒａｍ。即盾尾间隙一旦小于４０ｒａｍ，管片外弧面 Ｚｌ选型不当的后果 就会蹭到盾构机（见图２）。 管片选型合理时，管片轴线与盾构机轴线基本处于平行位置，盾尾间 １－４管片结构 隙适当，管片拖出盾尾后，成型质量好。管片选型不合理时，管片轴线与盾 标准环管片宽度都为１．Ｓｉｎ，展开图为标准的矩形，持续安装时不会 构机轴线成一定夹角，当盾尾间隙控制不当时，易造成管片与盾构机接触 改变轴线的方向。转弯环由于楔形量的存在，展开图为两个连接在—起 挤压，引起成型隧道质量问题（见图４）。当管片选型不合理时，油缸轴线 自ｇ梯形，将梯形的短边连续放在相邻位置时，会改变管片的轴线方向从而 和管片轴线不重合，管片受油缸小偷ｌ＝．拐珏，容易造成管片质量问题。具 达到转弯的目的。左转弯即Ｋ块在正上方时，管片展开图的梯形短边在 体表现如图５所示：Ａ点和Ｂ点位置容易破损或出现裂缝，引起管片外观 质量差，严重时会损伤管片结构；ｃ点和Ｄ点位置容易破损，引起管片渗 漏水；Ｅ点拖出盾壳时受尾刷固定钢环和尾刷的挤压，易造成管片错台， 影响管片表观质量，错台量较大时会导致管片渗漏水。 ２２管片选型的理论基础： ２．２．１曲线段标准环和转弯环的拼装比例（见图６）。转弯环偏转角的 计算公式：ｂ＝２ａ＝２ａｒｃｔｇ ８／Ｄ；式中：ａｒ＿—｛专弯环的偏转角；６——转弯环 的最大楔形量的一半；Ｉ）＿—省片直径；将数据代＾得出ｂ＝０３６３；根据圆 心角的计算公式：０＝１８０Ｕ订Ｒ； 式中：Ｉｒ～段线路中心线的长 度；Ｒ一曲线半径，取４５０ｍ；而０＝ｂ，将之代入，得出Ｌ＝２．８５ｍ。上式 表明，在４５０ｍ的圆曲线上，每隔２．８５ｍ要用一环转弯环，长沙地铁的管 片长度为１５ｍ，就是说，在４５０ｍ的圆曲线上，标准环与转弯环的拼装关 图１ 系为（２８５一ｌ５）：１５．，即９环标准环：１０环转弯环。实际拼装中要考虑到线 ＝ｊ兰三三互 。。。二。。。二。 。交兰妻 三 Ｌ： Ｌ 路坡度和盾构机蛇行以及管片楔形量不能ｌＯ０％Ｎ用等因素，应适当增 加转弯环。２．２２盾构机趋势、油缸行程差和盾尾间隙的关系。盾构机的趋 势实际就是主机前后参 的坐标差对前后参考点距离的比值。海瑞克 盾构机前后参 自 距离为６ｍ。主机趋势与油缸行程的关系为：趋势变 化值＝油缸行程差的变化量／油缸安装直径ｆ５．７ｍ）当油缸行程比较大 图２ 时，安装的管片对盾尾间隙会产生相当明显的影响。例如，主机左右油缸 行程差变化量为６０ｍｍ，现在安装一环标准环，则油缸行程较小—侧的盾 Ｂ 尾间隙就会减少６０ｒａｍ＊１ｓ．ｎｉ／５．７ｍ＝１６ｍｒｎ，因此，油缸行程与盾尾间隙 Ｃ 之间有—个简单的近似公式盾尾间隙变化量＝油缸行程差的变化量，４。 ＾ｌ 以本工程隧道施工为例，根据本工程质量管理条例规定，管片每环纠偏量 ＾己 不得大于９ｒａｍ，即盾尾间隙变化量最大值为９ｒａｍ。油缸行程差的变化值 Ａ３ 为９＂４＝３６ｍｍ，趋势变化值为３６／＇５．７＝６．３％。，即每环趋势变化值不得大于 （ ３％。，实际控制中以５％ 空制标准。２．２．３曲线段掘进过程中盾尾间隙的 管片分块图 左转弯环展开图标准环展开图右转弯环展开图变化。ｆ 殳盾构始终沼设计轴线的割线前进，油缸撑蝌 位于设计 图２ ・２６２・ 工程科技 表２ 蕾片造垄币台．理 右转弯环和盾尾问隙的关系 ＿ ｌ ＿＿■ 图５ 图６ 图７ 间隙。在曲线段掘进时，线路轴线会有较大变化，此时需要多安装 转弯环以调整盾尾间隙。转弯环管片由于存在楔形量，它的的剖面 轴线上。盾构机掘进１．５ｍ，看构机旋转的角度１５／Ｒ。Ｌ为盾尾长度３．３ｍ， 为梯形。通过将梯形的短边连续安放在同一方位（或相近方位）即可调整 由于油缸不能完全收回，计算值取３ｍ，此时盾尾与管片中线距离变化为： 管片轴线，进而调整盾尾间隙。如图７所示，将管片最窄的位置连续放在 ５５）：—１．△ｓ： 三 （Ｌ—１４５０、 ４５０ ×（３一１．５）：０．００５ｍ：５ｍｍ —．图８ ３２盾尾间隙的调整 直线段掘进控制和管片选型的方法比较简单，因为在直线段 每掘进—环不会产生油缸行程差，盾构机趋势变化不大，盾尾间隙 变化量相对较小。若盾尾间隙比铰平均，可多装标准环以保持盾尾 即完成一环掘进后，盾尾间隙变化量为５ｍｍ，实际施工中盾尾间隙变化 变大时，将Ｋ块安装在恢 ｅ左转９０度的位置嫩３）。右转弯环调整盾尾 量与该值相比有所偏差。施工中应提前考虑到转弯段盾尾间隙的变化量。 间隙的原则为：当需要将某点盾尾间隙变大时，将Ｋ块安装在该点右转 ３管片选型 ３．１选型原则 上部，上部间隙会变小，下部间隙会增大。管片间隙的调整即根据此原理 控制（见表２）。左转弯环调整盾尾间隙的原则为：当需要将某点盾尾间隙 ９０度的位置嫩３）。当盾构机趋势变化时也会引起盾尾间隙的变化，如 图８所示，当盾构机处于位置１时，盾尾间隙平均。当盾构初推进至位置 ３．１．１质量控制的原则。盾构施工相对其它施工—个显著的特点就是 ２时下部间隙会变小。因此在进行盾尾间隙控制日寸Ｊ 前考虑到盾构 拼装成环的管片直接成为隧道的最终衬砌，成型管片的防水质量和外观 机趋势的改变。如图８所示睛况，在拼装管片时必须考虑到盾构机处于位 质量成为影响隧道质量的直接因素；因此盾构施工对管片拼装质量的要 置２的｝青况，可提前将下部间隙调大，以免在昏陶棚推进了—环到达位置 求很高，在掘进控制和管片选型时一定要慎之又慎，施工中更要采取各种 ２时引起下部间隙过小，造成管片质量问题。 措施严防管片出现大的错台、破裂和渗漏。正常情况主机沿着ＤＴＡ走，即 ３．３油缸行程差的调整 沿着隧道轴线方向走。管片随着ｊ：机走，线形控制为工作内容之首。为保 当油缸行程差过大时，易造成管片受压不均匀或者小偏心受压，引起 证管片拼装质量，需要使管片轴线和盾构机轴线尽量重合，这样管片处于 管片破损，造成破损或漏水等管片缺陷。调整原则为管片最大边安放在油 盾构机的中心位置。因此质量控制的重点为管片间隙的控制，控制好管片 缸最长的位置。转弯环楔形量为３８ｒａｍ，在盾构机趋势未变化的睛况下最 间隙，保证各点位置管片间隙值平均即可保证管片轴线和盾构机轴线的 大可弥补３８ｒａｍ的油缸行程差Ｃ见表４）。左转弯环调整油缸行程差的原则 重合。３．１．２姿态控制的原则姿态控制分为两种情况：ａ盾构机偏离设计轴 为：当需要将某点油缸变短时，将Ｋ块安装在该点左转９０度的位置（贝灰 线；当盾构机偏离设ｉ十袖线时，为保证成型管片的线型控制，管片不可跟 ５）。右转弯环调整油缸行程差的原则为：当需要将某点油缸变短时，将Ｋ 随盾构机偏离设计轴线。此时以线形控制为主，盾尾间隙控制为辅。可适 块安装在 点右转９０度的位置。 当调小—侧间隙，以保证成型管片自勺车由，线控制。如果隧道管片有超限的情 ４结论 况，基本上是无法纠正的，对工程造成的质量影响也是最坏的。ｈ盾构机 实际沲工中应综合考虑各种因素来进行管片选型。特别是在转弯段 掘进保护管片。若管片选型不正确，造成— 《管片间隙过小，即管片轴线 时，要提前考虑富余量。同时要考虑其他因素，例如铰接油缸长度的影响， 和盾构机轴线成一定夹角时，若盾构机不进行调向，盾构推进时易造成质 盾构机蛇行的影响，盾构机未来趋势变化的影响等。控制好盾构机轴线和 量问题。为保证成型管片的质量，需要对盾构机进行调向以调整管片间 设计轴线—致，做好管片选型，是能够保证管片拼装质量的。 隙。此时以盾尾间隙控制为主，线形控制可以为辅，在进行管片选型时要 参考文献 提前决策做到胸有成竹。在调整盾构机掘进时，要注意保护已成型的管 【１】肖广良，盾构施工中的管片选型 隧道建设． 片，保留适当的盾尾间隙；同时在掘进过程中一次纠偏量不能过大，也就 是油缸行程差不能过大，更不能出现隧道超限的情况。在转弯段进行盾构 掘进时易发生此睛况，在转弯段时应更加注意管片选型。