盾构管片模具技术和应用

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1、专业资料整理分享高精度盾构管片模具技术及应用发布时间：2008-7-9    作者：王茂马明刚刘晓利演讲人：马明刚　　提要：本文介绍了盾构隧道管片的型式，高精度钢筋混凝土管片模具的型式，高精度管片模具的设计和制造工艺，以及钢模的精度要求，钢模的测量方法等；我公司在新产品开发流程过程中经验总结关键词：隧道工程、隧道管片通缝和错缝拼装、盾构管片模具、模具测量样板    1　前言    近年来，随着我国城市化建设飞速发展，城市道路交通压力越来越大，汽车拥堵、尾气污染等问题日益严重，道路交通的建设与机动车数量的矛盾日益突出。地下空间资源的开发利用越来越收到重视，其中

2、又以地铁建设为主要的实施手段，城市地下轨道交通具有安全快速可靠、运力大、施工过程对环境及生态破坏小、抗震性能好等诸多方面的优点。地铁隧道的施工又以盾构法占了主导地位，随着盾构掘进机的制造和施工技术也在不断地发展，对于“盾构管片模具”(简称管片模具)提出了更高的要求，用其生产的混凝土管片也成为盾构法施工中关系到整个隧道工程质量的重要关键技术之一。2006年我公司开始了盾构管片模具设计和开发工作，我们放弃了直接引进国外整套技术的做法，而是通过与欧洲厂家技术交流只引进其制造工艺技术并联合国内较早引进欧洲模具的施工单位，认真听取使用单位的意见反馈。经过认真分析国内外

3、现有模具的优缺点，分析其结构工艺性、焊接工艺性、模具的使用操作及型腔尺寸的稳定性、混凝土管片成型工艺性，在此基础上进行攻关优化设计。在整个过程中始终坚持以我方为主的原则，设计开发具有自主知识产权的高精度盾构管片模具并成功应用于当年成都地铁1号线工程管片模具的开发与制造。在设计制造过程中提出了模具焊接结构件全部采用热处理时效工艺、端模固定辅助活动钢条的脱模方式等具有创新性的工艺方案。随后又陆续完成了广深港狮子洋隧道工程、深圳地铁1号线工程、广州地铁4号线工程、成都地铁1号线小曲率半径施工等管片模具的设计开发，标注着我公司已经成功掌握了高精度钢筋混凝土管片钢模的

4、设计和制造技术能力。     2　隧道管片的型式    在盾构隧道中，由于隧道的断面形状、施工方法等的不同，其力学结构也不相同。完美WORD格式编辑专业资料整理分享根据隧道的断面形状可分为圆形、椭圆形、矩形、复圆形等多种断面，那么管片的形状也就根据各种断面的形状来设计。其中采用盾构法施工多为圆形、复圆形断面如地铁隧道工程，人工开挖其截面形式更为自由如穿山隧道，优点可利用空间大、开挖量小、投资小，缺点施工速度慢。     2.1　隧道管片的分类   隧道管片按制作的材料不同还可分为钢制管片、铸铁制管片、复合管片和钢筋混凝土管片等，国内主要采用是钢制管片和钢筋混

5、凝土管片混合使用的方法，在地质结构比较复杂地段使用钢制管片，在地质结构较好地段采用钢筋混凝土管片，主要是出于成本考虑；在日本火山和地震频发的国家钢制管片使用的比例较大。按直线段隧道和曲线段隧道的需要，管片可分为直线段管片和曲线段管片，曲线段管片又分为左曲管片和右曲管片。另外，还有既能用于直线段又能用于曲线段的通用管片，通过对通用管片的有序旋转，可完成直线段和不同半径的曲线段以及空间曲线段的拼装，优点是管片模具投资少、模具利用率高，缺点是拼装复杂，多为穿山、穿江大口径隧道，国内应用于地铁隧道是深圳地铁该工程管片模具也是我公司生产。     2.2　圆形隧道的钢

6、筋混凝土管片    目前在我国的盾构法隧道中，管片的型式以圆形的钢筋混凝土管片为主。圆形管片的分块数：圆形管片一般是根据隧道的直径大小来分块，可分为4块～8块。按照管片在隧道内的位置，我们将它们分别取名为：标准块（B）、拱底块(G)、邻接块(L1,L2)、封顶块(F)。     2.3　管片的拼装形式    管片的拼装形式：可分为通缝拼装（图1）和错缝拼装（图2）以及通用管片的拼装。按封顶块的插入形式又可分为沿径向插入型和沿轴向插入型。图1　管片通缝拼装示意图完美WORD格式编辑专业资料整理分享图2　管片错缝拼装示意图    从管片的通缝和错缝两种拼装形式来

7、看，各有各的优缺点。通缝拼装的优点是：盾构掘进时，管片拼装机的操作较简单，每环管片的拼装角度都相同，不需变换角度；缺点是：从整个隧道的受力情况分析，通缝拼装的管片成环后的整体受力情况不是最好。    错缝拼装的管片优点是整体受力情况好。但是，盾构中管片拼装机的操作较复杂；当盾构千斤顶的顶力作用于管片上时，如果管片的宽度误差较大，会使管片因受力不均引起应力集中而导致被顶坏。因此要避免管片被顶坏，必须提高管片的精度要求，特别是管片的宽度精度要求大大提高。　     3　高精度管片模具    目前，对于成型后隧道的结构性能、防水性能和耐久性的要求越来越高，由于错缝

8、拼装的管片整体受力情况好，故越来越多的隧道衬砌设计为