管片选型

隧道盾构法施工中的管片选型

盾构法施工作为现代隧道施工比较先进的科学的方法，具有对围岩扰动小、速度快、作业安全、建成后投入运行早等优点。

在盾构法施工中采用预制钢筋砼块（管片）做为永久支护，或永久支护的一部分。目前常用的是将管片分为左、右转弯环和标准环三种类型。管片生产可以由专门从事砼制品的厂家提前制作，从而缩小施工用地、加快施工速度，特别对于城市中昂贵的地价、工期相对较短具有重大的意义，同时也使施工工厂化成为可能。

笔者根据从事盾构施工的经验和心得体会，对盾构施工中管片选型问题进行一下讨论。

一、管片与隧道线路

隧道设计线路的特征决定了管片拼装成环后横断面的走向，同时也在总量上限制了管片在一个施工合同中的类型分布。

1、曲线地段

曲线地段应根据线路的曲线要素、纵向坡度的大小、不同衬砌环的组合特征（楔形量、锥度、偏移量等）来决定要安装的管片类型。

线路所要求提供的圆心角：

α＝180L／πR

式中：L—一段线路中心线的长度；

R—线路曲线半径。

K块（封顶块）不同位置时管片锥度的计算：

β＝2arctg(δ×cosθ／2D)

式中: β—管片成环后的锥度。标准环为0。

δ—转弯环楔形量，即转弯环管片12：00时水平方

向内外宽度差。

D—管片外径。

θ—K块所在位置对应的角度。

我们追求的是X环不同类型及封顶块的组合提供的锥度β′和X环管片长线路所需要的圆心角α相等的X环不同类型的组合，管片选型时应按这种组合为基准来实施。如广州地铁二号线越三区间隧道盾构工程中左转弯曲线：R=399.863m, δ=50mm, D=6000mm, 通过计算L12+T+L1+T为最佳组合。（备注：L12为左转弯12：00，T为标准环，装L1是满足线路为下坡及管片环与环间错缝拼装的要求。）

2、直线地段

直线地段原则上装标准环，只是在适当的时候靠转弯环来完成线路的纵向坡度，以及调整盾构机掘进过程中偏移中线的纠偏量。

二、管片与盾构机姿态

1、盾构机姿态决定管片选型

盾构机姿态在某种程度上决定了管片选型。我们在选择要安装的管片类型时，一定要考虑盾构机的趋势、盾构机偏移中线在水平和竖直方向的程度，以及计划要在以后几环中调整盾构机到隧道中心线上。

比如盾构机竖直方向偏移中线16mm，每环L10使下一环向下低头4mm,则最少需要4环L10才能调整过来,但此时一定还要同线路的水平特性、盾构机俯仰趋势等相结合。

2、管片影响盾构机掘进

在盾构施工过程中，我们注意到管片在某种程度上也会影响盾构机向前掘进的。如果盾构机在左右或上下油缸行程差很大，使盾构机趋势过大甚至偏离中心，且使推进油缸的撑靴不能和管片紧密面接触而形成线接触，从而导致盾构机推力不能完全发挥，进一步影响推进速度。同时要完美地控制盾构沿隧道中线掘进是不容易的，也就是说，盾构机一直和隧道中线成一定的角度向前推进，而且使推力在管片上分解出一个接近于径向的分力，然后通过管片及连接螺栓传递到后一环甚至后几环，当此分力超过了管片

四、工程地质与管片选型

刀盘范围内地质软硬不均，掘进不易控制方向，甚至盾构机产生“低头”或“抬头”现象，使掘进偏移隧道中心线或盾尾偏斜，这样也直接影响到管片选型。在地质条件复杂特别是下软上硬的地质情况下要更周到的考虑管片选型。

五、盾构机操作司机与管片选型

在盾构施工中要使盾构司机明白现在和将来的线路走向和工程地质情况，以及下一环要安装的管片所能够提供的偏移量和它能抵消的油缸行程差等，以便司机掘进有一个明确的目标，从而按理论的管片组合来掘进。

当盾构机掘进方向偏离中线较大时，管片选型者要和主司机共同研究在多少环中纠正过来，做到主司机和管片选型者想法一致目标统一。

管片选型问题涉及到盾构机的性能和以上几种情况等多方面的原因，是一项复杂的工作，因此，管片选型者应熟悉管片性能、线路情况、地质情况、盾构机性能以及主司机的操作水平等。选择最佳的管片类型，制造出完美的隧道。