成都地区管片选型技术

成都地铁管片选型技术

一、成都地铁管片设计参数

1、衬砌环构造

成都地铁采用的衬砌环外径6000mm，内径5400mm。管片幅宽分为1500mm，1200mm，管片厚度300mm。混凝土强度等级C50，抗渗等级P12。每环衬砌环由6块管片组成，其中1块封顶块、2块邻接块、3块标准块。为了满足与曲线段线路的拟合及施工纠偏的需要，设计了标准环、左转弯楔形环和右转弯楔形环，通过合理的组合来拟合不同的曲线。成都地铁采用的楔形环为双面楔形，单面楔形量为19mm，转角为0.1814°，整环楔形总量为38mm，转角为0.363°。

2、管片连接

衬砌环纵、环缝连接采用弯螺栓连接，其中1500mm幅宽的管片每环纵缝采用12根M27螺栓，每个环缝采用10根M27螺栓；1200mm幅宽的管片每环纵缝采用12根M24螺栓，每个环缝采用10根M24螺栓。

二、管片选型的分析

根据设计线路进行掘进，避免产生不必要的偏差。在实际掘进过程中，盾构机因为地质不均、推力不均等原因，盾构机的姿态经常会偏离隧道设计线路，当盾构机偏离设计线路进行纠偏时，要特别注意管片选型，避免因盾尾间隙过小而造成管片破损等事故。

1、管片拼装点位的分析

管片的拼装点位表示每一环管片中封顶块所在的位置。根据成都地区管片的设计构造图，将管片拼装分为10个点位，分别是1点（封顶块右偏18°）、2点（封顶块右偏54°）、3点（封顶块右偏90°）、4点（封顶块右偏126°）、5点（封顶块右偏162°）、6点（封顶块左偏162°）、7点（封顶块左偏126°）、8点（封顶块左偏90°）、9点（封顶块左偏54°）、10点（封顶块左偏18°）。

管片点位的划分是以管片的分块形式和螺栓孔的位置为依据，合适的点位才能确保两环之间所有的纵向螺栓孔的位置能够重合。在成都地铁盾构隧道管片采用错缝拼装，拼环时点位尽量优先选用ABA （1点、10点）形式，其中第一环的封顶块管片从正上方右偏18°，第二环的封顶块管片从正上方左偏18°。根据相邻两环管片不能通缝的原则，对每一环管片的点位进行选择，并优选合理的点位来拟合隧道的线形与盾构机的纠偏。管片的拼装点位有一定的规律性，现为了保证隧道的美观和防水效果，将管片的点位划分为两类：上半区点位（1点、2点、3点、8点、9点、10点），下半区点位（4点、5点、6点、7点）。其中上半区点位位于隧道中线以上（含中线），有利于管片拼装和隧道的防水质量，因此上半区作为管片点位选择的主要区域。从管片拼装点位的位置模拟看出成都地铁的管片点位可分位奇数和偶数点位。相邻的两环管片不能为同类型的点位。即，如果上一环封顶块的位置在奇数点位上，则下一环管片选择时只能选择封顶块位置在偶数点位上，只有这样才可确保拼装的相邻管片不通缝；反之，如果上一环封顶块的位置在偶数点位上，则下一环管片选择时只能选择封顶块位置在奇数点位上。例如：上一环选择3点，则下一环就可优先选择2点、8点、10点。

在成都地铁中联络通道处管片封顶块的位置为正上方左偏18°或者正上方右偏18°，联络通道开口的位置与封顶块的位置在同侧。即可根据联络通道处相邻通缝两环管片的开口位置确定出封顶块所在的点位。例如，某条隧道正在盾构掘进右线（从小里程～大里程方向），则联络通道的管片为左开洞，因此联络通道处相邻两环通缝管片封顶块位于正上方左偏18°的拼装点位上。

在成都地铁盾构区间设计文件中明确始发洞门的长度为700mm，接收洞门的长度根据实际情况确定。因为始发洞门的位置已经确定，则联络通道处的管片开口已经确定。经过简单的里程计算便可算出从联络通道中心处到第一环管片之间是多少环管片。如果是奇数环则第一环管片与联络通道处开口的第一环管片拼装点位相同；如果是偶数环则第一环管片与联络通道处开口的第一环管片拼装点位相反。通过以上的方法可确定出盾构机始发时正环第一环管片的拼装点位，值得注意的是（1）管片拼装质量所导致的环缝的宽度的不同（一般取2-3mm）。（2）在第一环与联络通道之间存在≤400m的小曲线半径，在成都地铁已明确在≤400m的小曲线半径上采用1.2m 的管片，因此计算时要区分开各段。

2、管片楔形量的计算

成都地铁采用的左右转弯楔形环为等腰梯形型，该类型的管片需要两次可达到调整方向的目的，纠偏量比较小，有利于盾构机掘进中的方向控制。

说明：括号外数值表示1.5m楔形环管片宽度，括号内数值表示1.2 m楔形环管片宽度。

A点的楔型量计算如下：

Tg(Q)=19/6000

Q=acrtg(19/6000)=0.181436°

L=3000(1-COS(B))

X=3000(1-COS(B)).19/6000

A点的楔型量：X=9.5(1-COS(B))

管片各点位单面楔型量的通用计算公式是：X=9.5(1-COS(B))，每一楔形管片拼装完成后，则计算每一点管片处推进油缸相对于管片

宽度最小处的差量为：△L=19（1- COS(B)）。转弯环拼装完成后则各点点处的油缸行程缩短相应的变化量。

B表示任意点从管片楔形量为宽度最小处到该点所对应的圆心角。

max min

1481

1.5米（1.2米）左转管片各点楔形量

通过对成都地铁管片双面楔形的特点分析，对于油缸的行程调整是通过一次完成的，对于管片方向、盾构机姿态及盾尾间隙的调整是通过两次调整完成的。

根据楔形环的特点，总结出盾尾间隙变化量的计算如下：

（1）1.5m管片第一次调整（直线+转弯模式）：

转弯环楔形量最大处盾尾间隙变化量：§1=SIN（Q）·（1500+19（1- COS(B)））=sin（arctg（19/6000））×1519=4.81mm （增大）

转弯环楔形量最小处盾尾间隙变化量：§1=SIN（Q）·（1500-19（1- COS(B)））=sin（arctg（19/6000））×1481=4.69mm （减