中铁十二局集团第四工程有限公司 陕西省西安市 710021
摘要：本文通过对盾构管片拼装技术研究，将“重锤法”运用到盾构管片拼装选型中，改变以往依靠经验的选型方法，以实测数据为管片选型提供依据，保证了成型隧道的施工质量。
关键词：重锤法；坡度；间隙；管片选型
盾构施工中管片拼装技术是保证最终隧道成型质量的关键，如何进行管片选型是保证隧道施工质量的前提，管片选型错误会导致管片错台、破损及裂缝等缺陷，会造成隧道渗漏水，盾尾间隙过小，盾构掘进和管片拼装困难，且容易损坏盾尾刷，导致盾尾漏浆。因此采取合理的管片选型方法对保证隧道施工质量具有重要意义。
1、目前管片拼装选型方法及存在问题
一般盾构隧道施工中，根据管片楔形量通过对拟合计算方法，计算出管片理论拼装位置，在施工中通过量测盾尾间隙、油缸行程根据隧道曲线来选型管片适当调整管片姿态，这种选型方法需要靠操作人员的经验来判断，具有随机性，不能完全保证成型隧道的施工质量。
盾构机在上软下硬、老黏土等特殊地段掘进时，盾构姿态上浮，下沉难以控制，而盾尾铰接随时在变化，导致盾尾和盾构机姿态不同步，在管片拼装时仅靠盾尾间隙油缸、行程难以满足管片选型要求。
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图1不同工况下管片、盾尾、前中盾关系
2、“重锤法”选型方法
在现有管片选型技术的基础上增加“重锤法”用于管片选型，以实测数据为管片选型提供依据，保证了成型隧道在竖曲线上的施工质量。
根据管片楔形量量测出管片上每一个拼装点的尺寸，图2；
计算出管片在每个拼装点位伸长量l及坡度i，见图3。
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图2含楔形管片环宽尺寸图
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图3不同点位管片的伸长量及坡度
计算方法：
根据图4可知管片在拼装点伸长量l=L1-L2，
坡度 =（高程差/路程）x100%，管片坡度i=（L1-L2）/D׉。
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图4坡度三角关系图
在掘进完成后，通过对盾构掘进拼装完成的最后一环管片内经上断面悬吊重锤，测出管片上下断面相差数值，计算出最后一环管片坡度。
图5中根据三角定律可知角度α=β，则计算管片坡度i=L/d׉，
根据相同的方法测量计算后可得出盾构机盾尾的坡度。
在管片拼装选型时，计算出管片坡度后与盾构机测量仪器显示设计轴线坡度进行比较，根据两者差值，盾尾间隙及设计坡度选用管片点位，使拼装后坡度差值控制在±3‰内，最小间隙控制在40mm以上，这样管片坡度，设计坡度，盾尾坡度三者会尽量接近一条直线，见图6。
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图5管片坡度量测方法图
若盾尾坡度与轴线偏差较大，以管片坡度拟合设计轴线为主兼顾盾尾间隙。这样拼装完成后，管片与设计轴线基本平行，盾尾间隙不会过小，盾尾刷与管片的摩擦力会逐渐变小，被动式铰接拉力随着摩擦力的减小而逐步降低，从而使盾尾坡度逐步回到设计轴线平行状态，达到降低管片破损、错台、渗漏水的目的。如果仅根据盾尾间隙和理论拼装点位去拼装管片，在盾尾轴线偏离设计轴线的情况下，会导致管片轴线偏离设计轴线而超限，见图7。同时测量管片坡度会及时对已完成隧道进行复核，保证成型隧道线型不会出现偏移。
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图6管片拼装选型图 图7管片轴线偏离图
3施工案例
在徐州地铁2号线09市政府站至汉源大道站老黏土地层施工为例，在老黏土地层中盾构机姿态受硬塑性黏土地层影响上浮，为控制姿态盾构机采用前低后高的姿势掘进，用以往的管片选型方法，一度造成管片错台、破损，轴线偏离设计，见图8。图中管片姿态在199环时开始偏离设计轴线，且在10环内偏离近40mm，管片轴线接近超限（地铁隧道设计施工界限±100mm）；后期施工中在通过采用“重锤法”测量提供计算数据来指导拼装后，管片选型技术有了很大提高，未再出现管片破损现象，见图9中管片姿态变化稳定。
从两条线同一地层推进时铰接拉力对比情况看出图10，在采用“重锤法”管片选型后，铰接拉力下降明显，且变化稳定。图8，9对比可以看出铰接稳定有利于盾构姿态调整。
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图8左线179～240环盾构姿态调整曲线 图9右线240-273环曲线变化图
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图10左右线铰接对比曲线
4结语
综上所述，将“重锤法”运用到盾构管片拼装选型中，能够为管片选型提供实测数据，提高盾构拼装的选型精度，保证盾构施工成型隧道在竖曲线上的施工质量。
参考文献：
[1] 竺维彬，鞠世健．复合地层中的盾构施工技术[M ]．北京：中国科学技术出版社，2006。
[2] 刘建航，侯学渊.盾构法隧道[M ]．北京：中国铁道出版社，1991