盾构施工管片选型及安装技术总结secret.docx

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盾构施工管片选型及安装技术总结secret

一、管片概况

1、管片简介：

盾构区间采用的是预制钢筋混凝土管片（表1），管片外径6200mm，内径5500mm，宽度1200mm，厚度350mm。

每环管片由3个标准块、2个邻接块和1个封顶块（A1、A2、A3、B1、B2、K）共六块组成。

由配筋不同，将管片分为A、B、C三类，其中，C类配筋最高、A类配筋最低；由管片的楔形量（37.2mm），将管片分为左转环、右转环、标准环三类。

衬砌环预制钢筋混凝土管片混凝土强度等级为C50，抗渗等级≥S10；钢筋采用HPB235级和HRB335级钢；管片连接在管片的整体刚度、整体均匀受力以及防水等方面有优势。

2、管片参数：

盾构管片结构参数

管片

内径

管片

外径

管片厚度

管片

分块

螺栓

类型

环

向

螺

栓

纵向

螺栓

混凝土

等级

抗渗等级

拼装方式

5500mm

6200mm

350mm

6块

弯螺栓

12套

（M30）

116套

C50

S10

错缝拼装

3、转弯环管片楔形量设计（以左转为例）：

左转是按封顶块（K块）在右侧位置进行设计，水平楔形量是按R=300m的曲线半径上U=2：

1布置楔形环和标准环计算楔形量△=37.2mm，楔形量平分为两部分，对称设置于楔形环的两侧环面。

二、管片选型及拼装

1、管片选型的依据：

①、线路计划线型

根据线形的不同将管片分为标准环、左转环、右转环。

直线上选标准环，左转曲线上选左转环，右转曲线上选右转环。

当在直线上时，主要线形为直线，所以基本以直线为主，当出现盾尾间隙小于15mm、姿态较差等，需要纠偏的时候应及时用转弯环调整。

在曲线上时时通过转弯环和直线环结合来完成转弯。

②、盾尾间隙

盾尾与管片之间的间隙叫盾尾间隙。

如果盾尾间隙过小，则盾构机在掘进过程中盾尾将会与管片发生摩擦，造成管片压坏引起隧道渗漏水，同时盾尾密封效果减弱造成盾尾漏水、漏浆。

本区间盾尾间隙小于15mm时应注意观察并进行盾尾间隙的调整。

③、油缸行程

推进油缸行程和铰接油缸行程差对管片的选型的影响。

盾构机是依靠推进油缸顶推在管片上产生的反力向前掘进的，一共有22个推进油缸按上、下、左、右四个方向分成四组，每组油缸都有一个行程传感器，每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片的平面位置之间的空间关系，可以看出下一个掘进循环盾尾间隙的变化趋势。

当管片平面不垂直于盾构机轴线时，各组推进油缸的行程就会有差异，当这个差值过大时，推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力，从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态，有可能导致管片破损。

通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时，就应该拼装转弯环来进行调整。

通过转弯环的调整左右与上下的油缸行程差值就控制在30mm以内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。

铰接油缸可以被动收放，有利于曲线段的掘进及盾构机的纠偏。

同样铰接油缸的行程差也影响管片的选型。

这时应将上下或左右的推进油缸行程差值减去上下或左右的铰接油缸行程差值，最后的结果作为管片选型的依据。

例如:

推进油缸行程：

上：

1800mm下：

1825mm

左：

1807mm右：

1815mm

铰接油缸行程：

上：

70mm下：

60mm

左：

65mm右：

75mm

上减下：

（1800-1825）-（70-60）=-35mm

右减左：

（1815-1807）-（75-65）=-2mm

则应选用右转环拼到12点或者左转环4点位来调整上下的行程差。

2、管片拼装点位选择原则：

管片拼装分为16个点位，16点在最上端，顺时针方向依次排列（1-16），管片拼装为错缝拼装，一般为1点、15点，拼装点位规律为相邻管片间点位差除3余2则可以拼装（A-B=3i+2），点位的选择由土建工程师根据现场情况而定。

例如：

本区间管片转弯环管片楔形量最大处为37.2mm，K块和最大楔形量之间错开3个点位，即左转环K块在1点时最大楔形量在4点位置，右转环K块在15点时最大楔形量在12点位置。

在选用管片时将最大楔形量旋转拼装到最佳位置。

3、管片楔形量计算：

1）楔型管片分为前楔型，后楔型、等腰梯形型。

客大区间用的管片为后楔形，后楔型和等腰梯形型容易控制管片方向，纠偏比较灵活，前楔形一般不可取。

①后楔形纠偏示意图

②前楔形纠偏示意图

③等腰楔形纠偏示意图

如上图所示，在楔形量相同的情况下，后楔形管片纠偏的能力最强，前楔形管片纠偏能力最差。

2）管片楔形量及楔形角（β=0.344）的确定°

隧道在曲线上，外边长大于内边长，以及盾构机姿态始终蛇行前进，所以要求管片在隧道里拼装时，可以灵活的调整走向，即需要管片设计楔形量。

确定管片楔形量的因素有三个，1、线路的曲线半径；2、管片宽度；3、楔形环数与标准环数之比∪=2：

1值（∪值一般不小于1）；以曲线半径300m为例，∪=2：

1（经验值），环宽1.2m。

楔形量计算如下（有两种方法）：

a、方法一：

L1=R1

=2×（300+3.1）×∏=1904.4335（m）

L2=R2

=2×（300-3.1）×∏=1865.4777（m）

L1—L2=1904.4335-1865.4777=38.9558（m）

L=300×2∏=1884.9556由此得出：

R=300时，所用总环数为

A=L/1.2=1884.9556÷1.2=1570.7963（环）

所用楔形环数为B=2/3A=2/3×1570.7963=1047.1975（环）

△=L1—L2/B=0.0372（m）

b、方法二：

tan

=￠/3.1得：

￠=tan（0.344）×3.1=0.0186（m）

由于，咱们所用管片为等腰楔形，所以，总楔形量

△=2￠=0.0372（m）

c、楔形角计算：

=360÷B=360÷1047.1975=0.03438°

4、转弯环数量计算：

（公式4）

式中：

——转弯环的偏转角

——拼装管片长度

——曲线半径

根据区间隧道设计，按μ=2:

1布置楔形环和标准环进行设计，按最小平面曲线半径R=300m计算，楔形量Δ=37.2mm，楔形角β=0.344°

即公式4中

当R=600m时，L=3.6m，即在圆曲线上每隔3.6m的一段曲线中有一个转弯环

环，即每3环中必有一个转弯环。

三、管片选型错误引起的后果分析

1、对盾尾刷的影响

选型错误可能导致盾尾间隙变小，管片与盾尾接触盾构在掘进过程中使管片破损，管片直接压到尾刷迫使尾刷变形损坏，尾刷起不到防水作用。

形成错台、盾尾漏水、盾尾漏浆等。

2、对油缸行程差的影响

导致油缸行程差过大，油缸作用在管片上的受力不均匀，盾构机无法纠偏，管片会受到集中应力，容易把管片推裂。

3、对盾构姿态的影响

不符合盾构机的姿态、线路走向、以及上一环的管片姿态时，新管片和上一环管片无法紧密接触，在盾构机的推力作用下，管片容易形成错台。

4、漏浆

盾构掘进往往有盾尾漏浆现象，当尾刷里进浆液时，在加大油脂注入量的同时，盾尾间隙一定要调整均匀。

否则进入尾刷的浆液一旦凝固之后，就取不出来，这样以来，易损伤盾尾，损伤盾尾后更易造成漏浆，漏浆后又造成尾刷破损，形成恶性循环。

如下图所示，由于浆液进入尾刷根部，凝结后形成硬块，是尾刷变形范围减小，当盾尾间隙调整不合适时，造成尾刷磨损、管片刮裂、管片错台。

四、管片拼装

1、管片运输：

管片出场前做好管片的质量检查。

检查合格的管片用平板车运到施工现场，管片运输时之间用方木垫实，以免使管片产生裂纹，或棱角部分被碰坏。

管片到达现场后由龙门吊卸到专门的管片堆放区。

管片堆放区应选择适当，以免因其自重造成场所不均匀沉降和垫木变形而产生破裂。

管片吊放到两节拖车上，之间用10cm×10cm方木垫隔，拖卡上也预先安放了方木垫块以方便管片堆放。

管片下井采用龙门吊进行垂直运输。

洞内运输采用电瓶车牵引管片车水平运输。

管片车上的管片堆放有序，K、B1、B2三块按照从上到下的顺序进行摆放，A1、A2、A3按照从上到下的顺序摆放到管片车上。

摆放顺序如图：

管片被运送到位时用单双轨梁将其吊下管片车顺序如：

a、先用双轨梁将A1、A2、A3块管片从管片车上吊下放到拼装机前。

b、当双轨梁将前面的三块管片吊到位置时，在用单轨梁将其K块吊运到前面的管片车上，在用双轨梁将K块吊离管片车。

依次将剩余管片吊离管片车。

管片拼装时要先进行仔细的检查，确保管片无破损，止水条粘贴是否牢靠，管片安装采取自下而上的原则，由下部开始，先装底部标准块A2、A3（或邻接块），再对称安装标准块A1和邻接块B1、B2，最后安装封顶块K块，封顶块安装时，先径向搭接2/3，径向推上，然后纵向插入。

管片示意图如下图：

2、管片拼装：

①、管片拼装原则

管片安装采取自下而上的原则，由下部开始，先装底部标准块（或邻接块），再对称安装标准块和邻接块，最后安装封顶块，封顶块安装时，先径向搭接2/3，径向推上，然后纵向插入。

拼好的一环管片从盾尾脱出时，受到自重和压力的作用产生变形，当变形量过大，既成环和拼装环高低不平，影响到安装纵向螺栓时，用真圆保持器对管片进行临时整圆。

②、拼装工艺

1.每环管片安装结束后要及时拧紧各个方向的螺栓；

2.在下一环掘进过程中进行第二次的螺栓复紧工作；

3.在该环脱出盾尾后再次复紧螺栓。

盾构掘进结束

↓

盾尾清理

↓

管片拼装

←

螺栓的连接拧紧

↓

盾构掘进开始

↓

管片螺栓的第二次复紧

↓

盾构掘进结束

←

再次复紧前一环管片

五、管片安装中的注意事项

1、在用单双轨梁吊装管片时应注意保护管片的角部避免破损，在管片下方安放方木起到保护作用。

2、在拼装第一块时一定要和上一环管片对齐保证管片没有较大的旋转。

3、在拼装K块时要在K块两侧涂抹洗洁净或者黄油起到润滑作用，保证K块拼装时不易损坏保证止水条完好。

4、管片在吊装时要将吊装头上紧。

5、管片拼装过程中，第一块管片的位置尤为重要，它决定了本环其他管片的位置及拼缝的宽窄（例如：

始发拼负环时）。

管片高于相邻块，将会导致K块的位置不够；低于相邻块，纵缝过大，防水性降低。

同时，第一块应平整，防止形成椭圆形。

管片拼装应满足规范规定的偏差：

高程和平面不侵限；每环相邻管片平整度1mm；纵向相邻环环面平整度3mm。

拧紧螺栓应确保螺栓紧固。

6、同一环内各管片的相邻位置应符合设计图纸要求，不可互换。

每环管片上有管片类型标记，环类型标记，纵缝对接标记，安装管片时应认真查看这些标记，保证管片安装正确；管片迎千斤顶面和背千斤顶面不同，方向不要错装（例如：

转弯环）。