盾构隧道曲线段管片破损原因分析

总第７６期

西部探矿工程

ＷＥＳＴ，一ＣＨＩＮＡ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ． ７６

２００２年第３期

Ｍａｙ ２００２

文章编号：１００４－５７１６（２００２）０３－７３－０２

中图分类号：Ｕ４５７＋． ２文献标识码：Ｂ

盾构隧道曲线段管片破损原因分析

赵运臣

（中铁隧道集团科学研究所，河南洛阳４７１００９）

摘要：重点从设计、施工等方面论述了盾构隧道曲线段管片破板的主要原因及主要破扳类型。并针对如何提高管片

安装质量，提出一些具有一定指导意义的建议。

关键词：盾构随道；管片破损；管片错台；椭圆度

在世界范围内，盾构隧道一般都采用管片进行衬砌，为了保

证隧道的长期稳定和防水要求，要求必须保证管片衬砌的质量。

然而影响管片质量的因素很多，如：管片接缝、设计参数（线路设

计曲线参数，管片设计参数）、安装程序、注浆类型及浆液特性等。

根据广州地铁二号线〔 越￣三」盾构工程现场施工经验，分析

施工过程，盾构隧道曲线段管片发生破损的主要原因有：盾构姿

态参数和后配套设备参数不合适；设计管片长度与曲线半径适

应性差；没有采用真圆保持器；管片选型与盾构姿态和线型特征

不匹配；管片模具精度不高；管片接头强度不足；工人安装技术不

够熟练，隧道开挖速度、背衬注浆质量、隧道蛇行等影响。

１隧道管片及曲线设计参数

１．１管片设计参数

在管片安装过程中， 经常发生管片错台问题。其主要原因是

安装不仔细和管片所受偏心力过大。错台往往造成节头密封接

触不紧，产生渗漏水。现场观察发现，如果连续几环管片错台过

大，经常伴随管片在螺栓孔位置或边角处发生局部破裂现象。

２．２椭圆度

施工技术要求， 管片衬砌可以有轻微的椭圆度，但其相对偏

差ｄ／Ｄ＜５％ｏ。造成椭圆度过大的主要原因是施工初期工人安装

技术不高，而且没有采用真圆保持器。

２．３管片内侧开裂

管片内侧开裂， 不仅影响隧道外观，而且增加修补费用。这

样的破坏在该隧道中出现比较多，主要是在管片边角处和螺栓

孔位置，特别是曲线段经常连续多环出现破裂。

２．４管片纵向开裂

管片设计参数： 必外＝６０００ｍｍ，必内＝５４００ｍｍ，宽度＝

１５００ｍｍ，厚度＝３００ｍｍ。衬砌环由１个封顶块、２个邻接块、３个

标准块组成。为了满足曲线模拟和施工纠偏的需要，专门设计了

左右转弯楔型环。通过转弯楔型环与标准环的各种组合来拟合

不同的曲线，楔形环为双面楔形，楔型量为５０ｉｎｍ。三种衬砌环

每块管片的编号如表１，

管片纵向开裂在隧道中出现较少，但纵向开裂处常常出现

渗漏水，对隧道防水非常不利。

３管片开裂原用

３．１设计原因

隧道设计曲线半径：一般经验是对于直径６ｍ以上的隧道，

最小曲线半径＞，３００ｍ。本隧道设计曲线半径为４００ｍ，曲线半径

表１管片编号

接近最小经验值，因此对盾构姿态及管片姿态控制要求很高。

邻接块标准块

封顶块

衬砌环

管片设计参数： 管片宽度，由于所采用的管片设计半径为

ＣＴ－Ｎ ＡＩＴ－Ｎ ＡＺＴ－Ｎ Ａ３Ｔ－ＮＢＴ－Ｎ

ＫＴ－Ｎ

标准环

１． ５ｍ，在小半径曲线时，作用在管片上千斤顶推力产生较大偏心

Ａ３Ｌ

Ａ２Ｌ

ＢＬ ＣＩ

Ａｌｌ，

左转弯环

力，在管片上产生较大弯矩，使管片开裂的可能性增大；管片接头

ＫＩ．

Ａ２Ｒ

Ａ３Ｒ

ＢＲ ＣＲ

ＡｌＲ

右转弯环－

ＫＲ

形式，也是管片开裂主要因素之一，本隧道管片设计没有采用凸

凹桦，减少了管片安装时开裂可能性，但接头螺栓的形式在设计

衬砌环纵、 环缝采用弯螺栓连接，其中每环纵缝采用１２根

时应做充分考虑。

Ｍ２７运输线栓，每个环缝采用１０根从；螺栓，硷等级为与高强度

因此在设计要充分考虑曲线半径与管片长度之间的相互适

硷，抗渗等级为Ｓ１２。衬砌环采用错缝拼装，一般情况下，封顶块

应性，在曲线段发生多处管片开裂，应该说与此有一定关系。

的位置在正上方或离正上方士３６０，但必要时（如竖曲线段或进行

３．２施工原因

竖向纠偏时），有极少数楔型环封顶块偏离正上方士７２０。封项块

减小管片制造误差和管片模具误差对提高管片衬砌质量作

插人方式是根据千斤顶２０００ｍｍ行程，封顶块先以不超过宽度

用不可低估，误差值必须严格控制在设计要求的范围内。经验表

４／５的位置径向推上，然后再径向插入。为了满足防水构造要

明不精细和不准确的模具经常导致管片质量不高，降低隧道最

求，在管片的环缝，纵缝面设有一道弹性密衬垫槽及嵌缝槽。

１．２设计曲线参数

后的质量。

广州火车站至三元里分布一组曲线，其曲线参数：Ｒ＝４００ｍ，

１０ ＝６０， Ｔ＝２０５． ９１８， Ｌ＝３９１． ２０２ｍ， ａｔ ＝４７０２６＇２８＂．

２管片破坏形式及原因分析

２．１错台

背衬注浆施工质量对管片安装质量影响很大。注浆量不足

或浆液性质不合适可能引起管片破损。施工过程中由于注浆量

不足，没能充分填充建筑间隙，管片产生移动，产生过大的偏心

力，引起管片局部应力超过强度而产生破损。浆液的可泵性和稳

万方数据

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２００２年第３期

西部探矿工程

ＷＥ．Ｓ７，一ＣＨＩＮＡ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ． ７６

Ｍａｙ ２００２

文章编号：１００４－５７１６（２００２）０３－７４－０２

中图分类号：Ｕ２１２． ３文献标识码：Ｂ

明暗结合法在地铁车站设计中的运用

贺维国

（中铁隧道局设计院，河南洛阳４７１００９）

摘要：通过广州地铁三号线林和西路站的投标设计，探讨在特殊边界条件下采用明暗结合法设计城市地铁的新思路。

关键词：地铁；明挖；暗挖；明暗结合

城市地铁设计中地铁车站的设计是关键。地铁站在设计时

要受到各种既有的条件限制而选择不同的方案。

通常地铁站的设计方案有全明挖（ 含盖挖）、全暗挖和明暗结

合三种。全明挖方案以其车站使用方便、施工速度快、施工质量

容易保证和在管线改移少时造价较低成为地铁站设计的首选方

案，目前我国的绝大多数的地铁站均采用的是此种方案；由于对

地面交通和地下管线的干扰过大而采用明挖法不可行时或在车

站埋深较大、地质条件较好时常采用全暗挖的方案，此时采用全

暗挖方案有可能造价比全明挖还低，全暗挖方案在我国城市地

铁中也有不少的成功实例；在全明挖与全暗挖方案均受到限制

时，充分利用现场的边界条件采用明暗结合的设计方案有时能

林和西路纵向共有１１根地下管线分布在整个的路面范围

内，路面中间有一直径为８００ｍｍ、埋深为２．９ｍ的混凝土排水管，

西侧路边有一直径为４００ｍ、埋深为３． Ｏｍ的混凝土排水管。天

河北路路面范围内纵向共有９根地下管线，路中间有一１． ５ｍ Ｘ

２． ５ｍ的棍凝土矩形排水渠，埋深２．９ｍ。车站范围内的这三根地

下管线改移极为困难，其埋深对车站的埋深有很大影响．

（３）林和西路两侧均为广州市标志性的高层建筑， 路东侧为

最高８３层的中信广场，路西侧为４８层高的广州国际贸易中心。

两高层建筑的地下室均已侵人现有的道路红线，地下室间净距

仅有３２． ８ｍ，决定了该站站位左右调整的范围极小；两高层采用

地下连续墙作为围护结构并嵌人微风化岩层。车站设计时尚需

考虑设计方案对高层建筑的影响。

取到意料不到的效果。本文以广州地铁三号线林和西路站的投

标设计为例探讨明暗结合法在地铁设计中的运用。

Ｉ工程概述

（ ４）天河北路南侧路边为天河体育中心的一块无草皮的训

练场地，具备征用条件。

林和西路站是广州市地铁三号线的第二个站（线路起点为

广州东站），位于由林和西路与天河北路所构成的丁字路口处。

２本站特点

（１ ）地面交通拥挤、车流较多、交通疏解较困难。

林和西路为单向四车道， 为从广州东站驶出的车流，在该段

范围内道路两侧各有一个停车道。天河北路为双向八车道，是广

州市城市主干道之一，两侧也各有一个停车道。

（ ２）该丁字口路段地下管线众多，其布置交错纵横。

定性较差，浆液填充不均匀，管片受力状态不好；注浆压力作用过

大，可能出现面板破损和Ｋ管片产生大的变形，这种现象在隧道

施工过程中多次发生。

３．３机械问题

对于大断面隧道， 在日进度９－２０ｍ的情况下，采用真圆保

持器可以减小管片变形和破损。然而由于在管片安装过程中没

有应用真圆保持器，造成管片椭圆度过大，管片安装困难，产生管

片错台过大或局部开裂。

千斤顶后支座不良， 产生较大的偏心角，使管片承受偏心力

增大，对管片的影响很大，与管片破损有一定关系。

３．４安装工人的素质因素

管片安装质量和安装速度与操作工人的熟练程度有很大关

系。在施工初期，由于工人经验不足，管片安装速度很慢，而且经

常发生管片错台大、在管片边角或在螺栓孔处破裂。随着施工进

（５）本站范围内地质条件较好，主要为残积土层和强、中风

化粉砂岩层。

（６）本站两端的区间隧道均采用矿山法设计施工。

（ ７）本站是广州地铁三号线中客流较小的站，近期早高峰小

时预测客流量为７０３０人次／ｈ；远期早高峰小时预测客流量为

７９６８人次／ｈ。且７５％的客流来自天河北路北侧，仅有２５％的客

流来自天河北路南侧。

３设计思路与方案比选

展，工人操作逐渐熟练，这种管片破坏现象很少出现。

４结论

综上所述管片破损的原因有多种，对一项工程来说其中一些

参数是固定的，如：隧道直径、地质条件等，有一些是可变动的参

数，如开挖速度、曲线半径、工人安装技术水平、背衬注浆质量等。

为了避免管片破损，尽量减小可变参数的影响。

从管片破损与边界条件之间相互作用的关系看， 破损的主要

原因有：隧道设计半径与管片设计长度不相适应，增加了管片破

损的机会；背衬注浆量不足及浆液填充不均匀；工人经验不足，安

装不熟练；管片与盾构相互姿态控制不好。

为了提高管片安装质量， 施工前应做好详细的计划，如：仔细

计划和准备施工程序；建立合适的地基模型对管片进行详细的静

态分析和安装状态分析，并在施工过程中严格执行计划。

万方数据