盾构隧道管片接头形式的探讨与选择

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1、盾构隧道管片接头形式的探讨与选择郭英（辽宁工程技术大学土木与交通学院，阜新123000）摘要：针对盾构隧道管片接头的详细研究，简要介绍了目前国内常用管片接头构造及其优缺点，对国外多种新型管片接头连接件进行了分析，初步提出了盾构隧道管片接头形式选择的建议。关键词：盾构；隧道；管片接头Abstract：Thispaperresearchessegmentjointsofshieldtunnelindetailsandbrieflyintroducesstructure,meritsanddemeritsofsegmentjointsusua

2、llyusedinChina.Manynewsegmentjointcomponentsmadehomeandabroadareanalyzedandproposalsonselectionofsegmentjointtypeinshieldtunnelareproposedpreliminarily从盾构隧道开始建造时起，就有对管片接头形式的研究，随着其大量的建设，国内对之的认识也逐渐加深。王慎堂[1]曾经搜集整理过部分国内常用的横向接头形式，黄宏伟等[2]也对盾构隧道纵向接头的连接方式进行了大量的分析。国外在这方面的研究早于国内，并

3、研制出大量的新型接头方式和材料，这在加快管片拼装速度和降低成本方面效果明显。客观的讲，目前国内对于这一类新方法的研究尚处于起步阶段，接头形式的选择大多根据经验确定1常用构造部分及其作用本文主要讨论钢筋混凝土管片的接头，其一般分为5个构造部分：连接件、定位装置（榫槽或定位棒）、传力衬垫、密封垫和嵌缝，如图1所示。以上几个构造的组合又可定性的分为柔性接头与刚性接头。前者要求相邻管片间允许产生微小的转动与压缩，后者则是通过增加螺栓数量等手段，力图在构造上使接头的刚度与构件本身相同。早期的管片接头多为刚性的，认为越刚越安全，通过长期的实践和研究

4、，这种观念逐渐为后来的柔性结构思想所替代。2接头形式人们对各种形式的隧道接头进行了研究与实验，以下是中外盾构隧道中出现的一些管片接头形式及其特点。2.1无连接件接头如图2、3所示，在良好地层环境下的盾构隧道和给排水隧道中有大量的使用。它安装方便，施工速度快且造价低廉，但它的抗剪抗弯刚度都差，单凭结构本身是无法稳定的，必须依靠周围围岩的抗力达到自身的受力平衡。仅适用于对于防水要求不高的隧道，或围岩土体相当良好的环境。2.2螺栓接头单弯螺栓接头如图4所示，曾经使用于南京地铁南北线接头处。其刚度较大，且手孔较小，对管片的削弱很小。但它与直螺栓

5、相比用料多，且弯螺栓及管片钢模在制作时若弧度与精度要求高，施工时螺栓穿孔较困难，耗时耗力。短直双头螺栓接头如图5所示，这种接头方式广泛用于上海地铁等软土盾构隧道。它在达到一定螺栓预紧力的条件下，具有较好的抗弯刚度，用料省，经济合理。不足之处就是具有相当大的手孔，对管片截面有很大的削弱，同时还需要进行螺栓头和手孔的防腐蚀处理。双直螺栓接头如图6所示，曾用于日本东京湾公路隧道接头。两根螺栓的相对距离决定了其实际的抗弯刚度。组合螺栓接头曾用于上海打浦路隧道接头，如图7所示。其一弯一直两根螺栓，成本很高。其抗弯刚度很大，但当隧道发生较大的不均匀

6、沉降或者是遇到地震作用的时候，由于完全刚性的连接，使它无法通过适当变形吸收这些能量，容易发生破坏。斜螺栓接头如图8所示，曾用于上海上中路隧道、沪崇苏隧道等越江隧道。它用钢少，手孔小，对截面削弱较小，受力合理，施工方便，只要对螺栓的一头进行防水和防腐蚀处理，由此加快了施工进度，降低了造价。在地质情况较好的国家，常有安装后拆除斜螺栓的情况。短直单头螺栓接头如图9所示，曾用于上海明珠线双圆盾构。它只有一个手孔，减少了安装的时间，但由于螺母预埋，所以对于管片的制作和拼装有了更高的要求。2.3可弯折柔性接头曾用于日本大阪海底输气隧道，如图10所示

7、。该隧道建在海底和人造陆地之下，由于两种粘土层固结情况不同，将会有较大的不均匀沉降发生，另外那里还是地震多发地带。鉴于以上考虑，可弯折的管片接头被安置于由计算得防水橡胶保证其密闭性，同时可以应付很大幅度的弯曲，剪切和拉压，其适用于对于隧道的变形有较高预估的地方，但造价也很高。2.4插入式接头这一种接头广泛应用于日本的隧道管片环缝的连接，分为锁扣接头和摩擦接头，如图11、12所示。它们都是靠千斤顶直接将雌雄接头推牢，前者依靠锁扣的力量产生接头需要的拉力，后者由其摩擦力、咬合力锁住。它们安装快捷方便，省掉了大量拧螺栓的人工及时间；由于连接件

8、相当短，所以变形长度很小，刚度较大；另外由于没有手孔和露在外面的金属件，不用削弱管片结构，减少了渗水途径，防水和防腐蚀的能力强，也无需二次衬砌，使用面很广。但是这种接头的制作精度要求较高，且一旦损坏，很难更