值得借鉴的盾构隧道衬砌结构构造

1、值得借鉴的盾构隧道衬砌结构构造时间：2010-12-06 11:15来源:邵理中作者：中国盾构网点击：53次摘要:介绍了德国新颖隧道衬砌结构构造，改环形企口为卯眼、榫头式。通过深入 的分析，与现行的隧道衬砌结构构造比较，大大减少了管片顶裂的可能性;保证剪 力的可靠传递;即使榫头受剪摘要:介绍了德国新颖隧道衬砌结构构造，改环形企口为卯眼、榫头式。通过深入 的分析，与现行的隧道衬砌结构构造比较，大大减少了管片顶裂的可能性;保证剪 力的可靠传递;即使榫头受剪破坏，防水密封性能不受影响；接头拼装损坏可能性 少，加快拼装成环速度。故可推荐在地铁隧道工程中应用。关键词：隧道衬砌结构盾构法德国维司福雷特公司

2、（Wayss&Freytag）在杜塞尔多夫地铁盾构法双线隧 道工程中，首次将错缝拼装的衬砌管片环肋面上连续的环形企口改为卯眼、榫头 式（简称卯榫式）衬砌结构构造。每一块管片在离端头1/4弧长上设置两对腰圆形 的卯眼和榫头，实现环向内力纵向传递,卯眼和榫头起剪力键的作用;在每块管片 上用传力凸块（千斤顶承压块）加传力衬垫，设置3个千斤顶顶力传力区域，而使 卯眼、榫头纵向不传顶力，使防水密封圈的两侧也不传顶力。这些结构构造的合 理改进，改善了管片的施工和正常使用阶段的受力性能，施工速度快，拼装真圆度 精度高，防水效果好，降低了工程造价，得到了欧洲各国和日本认同。这种隧道衬 砌结构构造在德国慕尼黑地

3、铁一号线东段、汉堡易北河第4条公路隧道和荷兰 Botlek隧道、通向鹿特丹南部的第二条Heinenoord隧道中得到了应用。1卯眼、榫头式衬砌结构构造和受力分析总体布置见图1。采用双联千斤顶（2只千斤顶合一顶块），使每一块管片形 成三个纵向顶力作用区域，在管片两端各安排半个顶块,形成顶块骑缝。这种布置的主要优点是管片在纵向顶力的作用下，基本上不产生纵向次内 力。这是因为空间结构三点支承是静定体系（三点不在同一直线上），当平行力系 作用在支承点上时，理论上不管支点如何高低不平，结构不产生强制变形的内力, 支点反力与作用力相等，即使在不平的环肋面上，管片也不会被顶裂。这样就改变 了以往错缝拼装的最

4、大缺点。此外，由于千斤顶顶块骑缝，可校正相邻两块管片的 环平面高低差，减少环肋面不平的误差，达到了与衬砌通缝拼装不会顶裂管片的 同样效果。这种布置对盾构千斤顶提出的要求是千斤顶要做成双联千斤顶,千斤顶数 量应是4的倍数，即管片分块数的4倍。如上海地铁盾构22只千斤顶需要改成 12对双联（24只）千斤顶。1.1千斤顶传力措施在千斤顶作用一侧，设置传力凸起块，在另一侧粘贴传力衬垫（胶合板），见 图2、图3,并使卯眼、榫头面不接触,不传递纵向顶力。由于设置专用的千斤顶传力凸起块（凸起3mm）,防止接缝处管片混凝土局 部压损，也保证了防水密封条的槽口不会压损，提高了钢筋混凝土管片的完整性， 保证了密封

5、条的防水效果。千斤顶传力凸块构造见图4、图5。凸块沿管片环肋面圆弧方向设置，每一 管片分4块，自离管片端头3050mm至离卯眼3050mm,再自离卯眼的另一头 3050mm至离管片1/2处3050mm（中间留有断口）,两边对称布置。传力凸块的 径向中心与管片环肋面中心一致，且与千斤顶作用力一致,其尺寸以不影响防水 密封条槽损坏为原则，从图4中估计约225mm。传力衬垫（胶合板）是管片纵向传力的支承点,又是起均布千斤顶力作用， 改善了局部接触应力集中，不使管片局部压损，此外还增加了隧道衬砌结构适应 纵向变形的能力。传力衬垫粘贴位置在千斤顶作用的另一侧,其形心在千斤顶合 力作用线的延长线上，面积大

6、小与千斤顶顶力相适应。传力衬垫厚度为3mm。1.2卯眼、榫头构造卯眼和榫头详细构造见图4、图5所示。卯眼设置在千斤顶作用的环肋面上，榫头设置在背千斤顶作用的环肋面上。卯眼、榫头环向位置在一块管片的1/4弧长位置，使管片可以错缝相接。 为使卯眼、榫头传力时外侧的防水密封圈槽不被破坏，卯眼、榫头径向中心在管 片环肋面中心线向内移16mm的位置上。卯眼深度为29mm（加传力凸块厚度3mm,总深度32mm）,榫头高度为30mm。 接缝间隙6mm（3mm千斤顶传力凸块和3mm传力衬垫）。为了保证卯眼、榫头不传 递纵向千斤顶顶力，正常情况保持5mm间隙，即使在没有传力衬垫的情况下，仍然 有2mm的间隙。卯

7、眼、榫头的楔斜度约为1!2.3,径向楔斜缝隙为7mm,在缝隙中再粘贴抗 剪条，见图2。环向除保持斜度外，将卯眼加长50mm,增大环向间隙。卯眼、榫头的平面尺寸，除了按传递剪力设计外，还应确保剪切破坏时首先 发生在榫头上，而卯眼不破损。1.3环、纵向连接螺栓环、纵向螺栓均采用斜螺栓，螺栓位置在管片环、纵向接缝中合理的受力 位置上，不仅减少了 1/2螺栓手孔数量，而且大大缩小了螺栓手孔尺寸。这比弯螺 栓受力条件好，使箱形管片变成板形管片，简化了管片构造，避免了箱形管片环、 纵肋复杂配筋，提高了管片的抗裂性能。唯一要解决的是单头螺栓的安装连接问 题,可采取螺孔导向措施来解决。环向每一接头设2个螺栓，

8、交叉布置，纵缝两边各布置一个手孔。纵向每块 管片设4个螺栓，单向布置，靠近卯眼的一边布置于孔，榫头的一面布置螺母。螺栓的倾斜角度，根据螺栓的强度，管片混凝土的强度而定,接头破坏时应 让螺栓达到强度极限而手孔不破坏。在易北河第4条隧道和荷兰的GroeneHart隧道中，环、纵向连接螺栓仅作 为拼装工具，隧道向前掘进一段距离后，即将螺栓卸掉，成为没有金属连接件的隧 道衬砌结构。1.4卯眼配筋根据卯眼受剪时裂缝可能发生的位置（基本上按45方向发展），故在与 裂缝垂直方向配置！10mm钢筋，沿环向表面配置0 14mm钢筋，并与0 10mm钢筋焊 接，使0 10mm钢筋锚固可靠，见图6。2卯眼、榫头式接

9、头与环形企口接头比较1）卯眼、榫头式管片在环肋面上三个区域设置了传递纵向顶力的传力凸块 和传力衬垫,理论上是不会因环肋面不平而产生管片附加内力，大大减少了管片 顶裂的可能性。环形企口式管片传力不明确,特别在衬砌错缝拼装时极容易被顶 裂。2）卯眼、榫头不承受千斤顶顶力,盾构掘进时不会顶坏，保证了剪力可靠传 递。环形企口承受千斤顶顶力，容易受损，不仅影响了剪力传递，衬砌防水也受其 影响。见图7。3）衬砌环传递剪力时，卯眼、榫头式管片让榫头与卯眼受力，并且受剪破坏 时，榫头先破坏，防水密封槽不受影响，保证了衬砌防水的可靠性，体现了以防水 为中心的思路。环形企口式管片凹凸口传力,会使凹槽和防水密封槽一

10、起破坏， 影响了衬砌的防水性能;或由于拼装误差产生接头挤压，以致挤压损坏，也会影响 衬砌防水。4）管片拼装时，卯眼、榫头式管片可动度要比环形企口式管片大一倍，允许 的拼装误差大，从而减少了接头拼装损坏的可能性，也加快了拼装成环速度。3结语在建的上海地铁4号线22km盾构法隧道结构已成定局。现介绍的新颖盾 构隧道衬砌结构构造很值得借鉴。然而应用这一新技术尚有一定难度,要改进原 有旧盾构、制作新钢模，还有新旧交替等一系列问题。期望这一新技术在上海尽 快得到应用。参考文献ISingleShellliningwithreinforcedconcretesegmentsforextremeloads.Dipl. -ing.WernerTuchschererDipl.-ing.ErdoganGurkanDipl.-ing.J