大直径通用楔形管片拼装技术

1、大直通用楔管片装技术张毅 1 徐贤宇 2 荣亮 3（1 中铁隧道股份有限公司，河南郑州 453000；2中铁隧道集团科研 所，河南洛阳 471009）摘要：武汉长江隧道是我公司第一个大直径泥水盾构过江隧道工程。盾构隧 道管片外径 11000mm，内径 10000mm，管片环宽 ，采用双面楔形的通用管 片，楔形量为 55mm，采用 9 块等分“大楔型封顶”分块形式。管片拼装的质量直 接影响到盾构掘进工程的安全、进度和隧道整体的防水质量。为了保证盾构安全顺 利的完成隧道掘进，本人对管片拼装的技术和遇到问题的解决办法加以研究总结。关键词：盾尾间隙 点位选取 管片安装 管片旋转 管片椭圆 质量保证La

2、rge-diameter General Wedge Segment Assembly technologyZhang Yi1,Xu Xian yu2,Rong Liang3（1China Railway Tunnel Stock Co, Ltd., Xinxiang 453000,Henan；2China Railway Tunnel Group Scientific Research Institute, Luoyang 471009, Henan）Abstract: The Wuhan Yangtze River Tunnel is the first company of large

3、diameter shield muddy river tunnel project. Shield Tunnel-diameter 11000 mm, diameter of 10000 mm, the ring-width 2000 mm, using double- sided wedge of the Universal film, for the wedge of 55 mm, using nine sub-big wedge-shaped cap block form. The quality of the films assembled a direct impact on th

4、e security shield tunneling projects, progress and the overall water quality of the tunnel. In order to ensurethe smooth completion of safety shield tunnel boring, I assembled the films technical problems and solutions to summarize.Key words: Mei space shield，Select the Point，Installation Segment，Se

5、gment Rotation，Segment Elliptic，Quality Guarantee.1. 概况本工程施工中，采用错缝拼装通用楔形管片。拼装方式采用错缝拼装。即通 过旋转调整管片位置，满足隧道设计轴线要求曲线)，同时使隧道纵向连接缝不在 同一直线上。错缝拼装具有圆环管片接缝刚度分布趋于均匀、圆环整体刚度高、接 缝及整体结构变形小等优点。采用通用楔形管片通过管片的精确定位，提高了管片 的拼装质量，且管片型号单一，便于管片的储存、运输及施工管理。盾构隧道管片外径 11000mm，内径 10000mm管片环宽 2000mm，采用双面楔 形的通用管片，楔形量为 55mm，采用 9 块等分

6、“大楔型封顶”分块形式。每环管 片由一环封顶块 F(小封顶块 1/3 纵向插入)、两块邻接块 和 6 块标准块 B 构成。 环宽 2m，厚度 500mm，楔形管片的楔形量为 225.0。环与环间以 根 M30 的纵向斜螺栓相连，块与块间以 30 根 M36 的环向斜螺栓相连。管片拼装的质量直 接影响到盾构掘进的安全质量、进度和隧道整体的防水质量，因此为确保盾构快速 顺利的完成掘进，对管片拼装技术进行系统的研究。2.拼装前的质量检查盾构掘进完成后要将安装的管片就位并清理干净，同时检查运至作业面的管 片是否和工程师下达的本环管片指令类型相同；管片是否有破损、掉角、脱边以及 裂缝；止水条、衬垫和自粘

7、性橡胶薄板等是否有起鼓、隆起、断裂、破损和脱落等 现象，止水条是否部分已失效。3.F 块点位选取大直径的盾构在地下受到外力的影响,使盾壳产生微量的变形成椭圆管片也 可以椭圆形,所以当我们测量盾尾间隙就会发现四个斜角的间隙要比四个正方向的 间隙小一些 当盾构在大曲线段时,很容易造成管片的外弧面的破损在此情况下点 位的选取和管片的拼装质量更为重要。3.1 在盾构机前进时，管片的拼装位置极其重要，对盾构机前进时的姿态控 制很有效。当管片与推进千斤顶接触平面不重合时，在千斤顶产生推力时管片即出 现裂缝导致漏水，并且此时出现盾构机的姿态难以控制，很难遵循预定线路前进。3.2 由于采用双面楔形的通用楔型管

8、片，不同点位的选择，可以控制盾尾间 隙，由于在盾尾后部设有一圈加强环，可以保持盾尾保圆度另外还可以作为一道止 水环，防止泥水进入盾尾密封刷内。加强环高度为 ，而且盾构机在不同的线 路上总是有一定的偏移量，因此盾尾间隙要保持在 以上，否则会使加强环挤 压管片造成碎裂，并妨碍了掘进时方向的控制。3.3 在选择管片位置时，有两个参数需要考虑，一个是盾尾间隙的保证；另 一个是管片平面走向趋势(管片趋势主要参数：推进油缸行程差.所以间隙和油缸 行程决定管片的点位.通常情况下点位放在盾尾间隙较大和油缸行程较短的位置但 实际情况并非那么简单,有时考虑的侧重点不同土木技术人员选择的点位会出现相 互矛盾的情况.

9、例如底部盾尾间隙小但油缸行程却也短这种情况会让技术人员难以 确定点位, 当楔形量不能同时满足两个因素时应尽量使其中一个保持最小，使盾 构机能获得最大的推进力，并使侧向分力减小，便于盾构机遵循预定线路前进。因 此，应优先考虑管片趋势。3.4 直线段施工时，理论上，管片拼装时 F 块可以交替放在圆心对称的位置。但 是，为了保证拼装精度，应避免 F 出现隧道下部。最好 K 块交替放 90与 位置。F 块在右侧，左右油缸行程差 25mm，F 在左侧，左右油缸行程差25mm。3.5 武汉长江隧道的管片属于楔型.B3 B4 接缝处是最宽的地方长 最 窄的地方 F 块的中心处长 1975mm ,楔型量 50

10、mm,楔型的管片的优点正是满足了隧道 曲线段的施工.曲线段盾构施工的基本原则是盾构轴线与管片轴线始终沿曲线割线 方向，如图 1 所示。隧道轴线从直线变化到圆曲线时，盾构从圆直点开始掘进 ， 首先偏转 /2，然后管片轴线偏转 /2，之后在圆曲线上，由于盾构掘进始终超 前管片拼装，盾构掘进一个循环(管片宽度 L，盾构轴线与管片轴线偏转角度 从 0 变化到 （2/R）。因此，曲线段掘进，管片与盾尾需要一个最小的盾 尾间隙。隧道轴线从圆曲线变化到直线，盾构从圆直点开始掘进 ，首先偏转 /2，然后管片轴线偏转 /2。图 1 盾构曲线段掘进示意图3.5.1 最小盾尾间隙的计算曲线施工和蛇形修正时必须的最小

11、盾尾间隙（最小曲线半径 ）：R隧道曲线半径；D0管片外径；L盾尾长度。3.5.2 盾构掘进过程中盾尾间隙的变化假设盾构始终沿设计轴线的割线前进，油缸撑靴位置始终位于设计轴线上。 盾构机掘进 2m，盾构机旋转的角度 2/R，如图 所示。此时盾尾与管片中线距离变 化为：3.5.3 片拼装超前计算本工程最小曲线半径 800m，管片拟合曲线需要的理论超前量计算如图 所 示。图 2 管片外弧面楔形量计算简图。4.管片安装方法4.1 管片选型以满足隧洞线型为前提，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。4.2 本工程采用通用管片，管片选型时尽量使 块

12、位于隧道上半断面，安装 尽量从隧洞底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。这样可以减小纵缝 张开量。有利于管片封顶快的安装。4.3 封顶块安装前，对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入 ，调整 位置后缓慢纵向顶推。4.4 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 大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。4.5 在管片环脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固。5.构姿态控制管片拼控制准4.1 根据武汉长江隧道工程设计轴线控制标准、盾构机设计参数（盾构机长 度、盾尾间隙等）制定盾构姿态控制与管片拼装标准。表 1 管片拼装质量控制标准水平偏差 竖向偏差 （mm） （m

13、m）椭圆度最小盾尾管片与盾构 间隙 管片环面不 中心偏差 （mm） 平整度 （mm） 直线 曲线 （mm）管片接缝 管片错台 （mm） （mm）纵 环 纵 环段段缝缝缝缝100 1002（5）15 5 10 32 1 15 10表 2 盾构姿态控制标准水平偏差竖向偏差椭圆滚上下倾 左右倾 每环的最大纠偏量（mm）（mm）度动斜斜（mm）100100012 2 2104.2 但在实际拼装过程中很难控制在标准状态内，特别是管片姿态不好，盾 尾间隙过小时，在拼装是应尽量满足最小盾尾间隙的要求。在拼装时，在盾尾间隙 较大的位置，管片可以在盾尾间隙较小的位置，管片可以根据实际情况向内错台， 错台不大于

14、1cm。6圆环整环旋转6.1 现象拼装成环的管片与设计要求的拼装位置相比较，旋转了一定的角度，使盾构 的后续车架及电机车轨道的铺设不平整，影响设备的运行，也增加了封顶成环的拼 装难度。6.2 原因分析6.2.1 千斤顶编组不合理，使管片受力不均匀，管片产生相对转动；6.2.2 管片环面不正，千斤顶的顶力方向与环面不垂直，盾构推进时就会产 生使管片转动的力矩，导致管片旋转；6.2.3 拼装时管片的位置安放不准确，导致拼装时形成旋转；6.2.4 管片上的螺栓孔和螺栓之间由于拼装需要，一般留有 的间隙， 这样就给两环管片之间相互错动留有了条件，如果在管片就位时随意操作，就会引 起旋转偏差；或管片螺栓

15、未足够紧固，故无法有效地传递力矩。6.2.5 拼装时后拼装的管片与已就位的管片发生碰撞，使已拼装的管片发生 移位，如果长时间采用相同的顺序拼装管片，管片向同一方向发生旋转偏差，累积 的偏差量就较大；6.2.6 盾构刀盘左右旋转方向不均衡，刀盘总朝一个方向旋转；6.2.7 同步注浆效果不理想，造成围岩无法提供足够的摩擦阻力以约束管片 的扭转；6.3 预防措施6.3.1 控制好盾构推进的姿态，千斤顶编组情况要使推力的变化均匀，调整 好管片环面的角度，减少推进过程中产生的转动力矩；6.3.2 拼装管片时管片要放置正确，千斤顶靠拢时要有足够的顶力使管片不 发生相对滑动；6.3.3 拼装机操作时要动作平缓，旋转缓慢，这样有利于拼装的准确性；6.3