武汉长江隧道盾构施工段衬砌管片方案设计

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1、卢智强(屮铁隧道集团有限公司)摘要结合武汉反江隧道盾构施工段的衬砌设计，对管片环结构、管片分块方案、管片环宽等关键设计参数进行计算分析,提出合理的管片方案。矢键词盾构隧道衬砌管片设计I弓［言晶长江隧道为武汉市重点工程，是武汉市重要的过江通道。隧道设计为双孔四车道，盾构隧道段长度为2550m,每孔外径为01.38m,内轻00.0m。隧道埋深变化大，在岸边段隧道最大坞深40.5m，盾构到达段最小埋深6.9m;江中段隧這最大埋深21•3m，武昌深槽埋深11m，断面最大水压0.57MPao盾构穿越的地层主要为粉质粘土、胳细砂，江中局部地段盾构底部为卵石层

2、及强风化泥质粉砂岩夹砂岩、页岩。地下水类型在两岸表现为较高水头的承压水特征，在长江则表现为高水头笊潜水特性。在盾构隧道反江两岸地面为教学区、生活区及老城区，地面建筑密集。总之，本工程盾构隧道具有高水压、强透水、长距离、纵向荷载差异大、地层软硬不均、地面环境复杂等特点。因此，管片的迭择和设计应着重处理好结构安全、防水、不均匀沉降及对环境彫响等方面的关键技术问题。2衬砌环类型2.1衬砌环类型选择盾构隧道主要通过管片环的拼装达到线路拟合的忖的。就衬砌坏类型来看，冇“标准衬砌坏+左转弯衬砌环+右转弯衬砌环”组合，“左转弯衬砌环+右转弯衬砌坏”组合及“通用

3、楔形环”等形式。采用通用楔形环的优越性表现在：(1)通过衬砌环间相对位置旋转，能满足全线育线段、平曲线段、竖曲线及施工纠偏要求，特别是避免了以往在标准衬砌环环面上通过设置垫片拟合竖曲线施工的缺点，减少施工环节，加强了防水性能；(2)不需要再设计直线环或专用的转弯环，可减少钢模数量；(3)通过衬砌环间适当的旋转角度实现曲线笊拟合，可最大程度地减小曲线拟合误差的积累，隧道轴线拟合误差可控制在5mm以内；《地下工程与隧道》2006年第2期(4)通过管片的精确定位，提高了管片的拼装质量；(5)便于管片的贮存、运输及施工管理。2.2衬砌环楔形量拟定从设计角

4、度看，衬砌环最合适的楔形量应使线路拟合的误差最小，并满足线路纠偏等实际施工需要。本工程圆形隧道段线路最小曲线半径为800m，为使管片具有更大的适应性，衬砌管片环采用曲线半径400m对应的楔形暈，经拟合计算可以精确地完成线路拟合，并满足盾构施工纠偏的要求。管片环采用双面楔形,楔形量55mm0根据管片环分块及纵向螺栓设置情况，管片环间以纵向螺栓间所对应的圆心角10。的整数倍旋转(后一环相对于前一环应避免40°整数倍)，以达到错缝拼装。经计算，隧道轴线拟合误差(隧道拟合轴线上的任意一点与线路设计轴线上最近一点的距离)<5mmo3管片结构设计管片设计包括

5、坏宽、衬砌坏分块、管片厚度、封顶块的接头角度和插入角度等参数的计算和确定。3.1考虑的设计方案3.1.1衬砌环分块方案一环管片一般是由儿块A型管片(标准块)、两块B型管片(邻接块)和一块K型管片(封顶块)组成。通常管片的分块数与隧道的外径有关,对于外径为11m左右的隧道,其一环管片大多分成8〜10块。一般情况下,标准块和邻接块的弧长接近，封顶块的弧长为标准块和邻接块弧长的1/3〜1/4左右、其圆心角多为7。〜15。。设计中共拟定了以下五种分块方式，均采用错缝拼装：①'7+1”模式:分块形式为“5A(51.428°)+2B(46.43°)+K(10

6、°)”，一环内纵向釆用28个等圆心角布置(一环内均匀布置28只纵向镖栓);豁分8块:分块形式为“5A(45°)+2B(45°)+K(45°)”，一环内纵向采用24个等圆心角布置；③'8+1”模式:分块形式为“6A(45°)+2B(40°)+K(10°)”，一环内纵向采用24个等圆心角布置；@筹分9块：分块形式为“6A(40°)+2B(40°)+K(40°)”，一环内纵向采用36个等圆心角布置；⑤'9+1”模式:分块形式为“7A(40°)+2B(36°)+K(8°)”，一坏内纵向采用36个等圆心角布置。3.1.2环宽方案拟定了1.0m>1.2m、1

7、.5m>1.8m和2.0m五种环宽方案。3.1.3管片厚度方案拟定了0.45m、0.48m、0.50m和0.55m四种厚度方案。3.2拼装方式比较针对上述设计的五种管片分块方案，选取覆土厚度最大的LK4+220(计算断血1)和水深最大的LK4+500(计算断面2)二个断面，进行管片结构内力和变形分析，以此来确定推荐管片分块形式。在计算中:管片的厚度取0.5m，幅宽取1.0m，拼装方式为通缝拼装以及通用管片环的基本拼装方式，即K块(封顶块)一左一右。计算编号以及单点最大变形量、最大正负弯矩和相应的轴力见表1和表2,表中内力和变形值皆为一环管丿V内的

8、值。表1确定管片分块方案的结构内力和变形分析(不同位置通缝拼装方式)编号K块位置单、点妬/mm/kNnn/kN/kNm最大负弯矩对应轴力