專利名稱：盾構(gòu)法隧道管片襯砌質(zhì)量控制方法及管片構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及盾構(gòu)法隧道施工中的隧道襯砌質(zhì)量的控制方法，尤指一種通過管
片的防水設(shè)計、強度設(shè)計，以及拼貼后壓重等手段，實現(xiàn)提高隧道襯砌質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
管片隨盾構(gòu)機推進而在盾尾內(nèi)拼裝成環(huán)，是隧道主體結(jié)構(gòu)。每環(huán)管片由若干標準 塊、2塊鄰接塊、以及1塊封頂塊組成。 目前根據(jù)不同的盾構(gòu)機施工，管片也有兩種主流的拼裝形式，其一為封頂塊拼裝 在頂部，其二是封頂塊可以拼裝在任何一個位置。
管片類型 (1)按照封頂塊拼裝在頂部為例，其管片組成一般性由左曲環(huán)、直線環(huán)、右曲環(huán)組 成。
(2)按照封頂塊可以拼裝在一環(huán)中任何一個位置的拼裝形式為例，其管片一般只
有一種類型的型號，稱之為通用楔形環(huán)即通用管片。 管片的拼裝形式有錯縫、通縫兩種拼裝形式。
因此隧道管片的組合主要有以下3種組合 (1)左轉(zhuǎn)環(huán)+直線環(huán)+右轉(zhuǎn)環(huán)+錯縫拼裝
(2)左轉(zhuǎn)環(huán)+直線環(huán)+右轉(zhuǎn)環(huán)+通縫拼裝
(3)通用楔形管片+錯縫拼裝
國內(nèi)對于通用管片的應(yīng)用起步較晚，原有的管片結(jié)構(gòu)形式是(l)左轉(zhuǎn)環(huán)+直線環(huán) +右轉(zhuǎn)環(huán)；(2)左轉(zhuǎn)環(huán)+右轉(zhuǎn)環(huán)。拼裝形式分通縫及錯縫兩種。尤其在管片拼裝要求通縫的 前提下，施工中軸線糾偏非常困難，必要的時候都要通過粘貼軟木條等方法進行管片與設(shè) 計軸線的擬合，這給施工帶來極大不便，而且施工質(zhì)量難以保證。 而在隧道質(zhì)量控制方面，國內(nèi)的超大直徑的隧道橢圓度、隧道軸線以及隧道上浮 量等一些質(zhì)量指標的控制上還不能完全令人滿意，尤其是隧道上浮量的控制。 再者，每一管片與其前、后、左、右相鄰的管片之間，以螺栓連接，目前的連接結(jié)構(gòu)， 是于各管片上分別設(shè)有數(shù)個由內(nèi)弧面凹入的凹槽，兩相鄰管片的凹槽之間再以穿孔相通， 如此，螺栓由其中一管片的凹槽穿入穿孔，進而穿置于另一管片凹槽，并以一位于凹槽內(nèi)的 螺帽螺設(shè)，操作者以一扳手鉗住螺栓頭，再以另一扳手旋緊螺帽，如此，操作不便且耗時，人 力可擰緊螺栓的程度亦有限。此外，由于螺栓與穿孔的孔徑間隙大，易導致對合偏差。
此外，關(guān)于隧道滲水及強度的問題，亦是另一個亟待解決的目前關(guān)于管片的防水 構(gòu)造請參看圖9所示，位于管片60a、60b周圍的四個端面設(shè)有一道相連通的凹槽61，于凹槽 61內(nèi)嵌設(shè)一止水帶70，止水帶70突出于管片60a、60b表面，并且止水帶70表面中間嵌入 一遇水膨脹橡膠71，但是遇水膨脹橡膠71在施工過程中，極易因為碰撞而脫落，無法實現(xiàn) 防水目的。 再者，如圖10所示，施工拼裝管片60時，需要藉由千斤頂推頂壓制管片60端面，使管片60與其它已拼貼之管片相并定位，但由于管片60的強度不足，往往受到千斤頂?shù)耐?頂，以及側(cè)邊端面與其它管片碰撞而損壞。 隨著國內(nèi)施工的隧道斷面越來越大，管片質(zhì)量的控制難度越來越嚴峻，必須制定 一套方法來對盾構(gòu)法施工的管片質(zhì)量進行控制。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題隧道襯砌的上浮問題、防水及強度問題。 為了解決上述問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)手段在于提供一種盾構(gòu)法隧道管片襯砌
質(zhì)量控制方法，其方法包括 管片結(jié)構(gòu)設(shè)計管片具有前端面、后端面及左、右端面，兩相鄰的管片之間以螺栓 連接，且兩相鄰的管片之間夾設(shè)有遇水膨脹擋水條及止水帶，該遇水膨脹擋水條及止水帶 是呈上下排列； 隧道穩(wěn)定性控制在管片拼裝后以車架壓重、并配合同步注漿施工，控制隧道襯砌 的上浮量。 本發(fā)明實施上述技術(shù)手段以后，通過上下設(shè)置的遇水膨脹擋水條及止水帶形成雙 重的防水作用，而拼裝后藉由車架壓重以及配合同步注漿施工，得以控制隧道襯砌的上浮 本發(fā)明的進一步技術(shù)手段在于該質(zhì)量控制方法包括 管片施工檢測在施工過程中對管片進行8點測量，計算出前一環(huán)管片與盾殼之 間的同心度關(guān)系，并對下一環(huán)管片位置做出選擇。如此，可以控制管片外弧面與盾殼內(nèi)弧面 的四周間隙。 本發(fā)明的方法，進一步包括管片拼裝質(zhì)量要求，于管片拼裝過程中，其橫豎徑均 控制在1%。0范圍內(nèi)；管片拼裝后其環(huán)高差控制在8mm以內(nèi)；管片拼裝后其縱縫張角控制在 2mm以內(nèi)。藉此達到控制襯砌的橢圓度。 較佳的，本發(fā)明的螺栓是斜向穿置于兩相鄰的管片，且相鄰的其中一管片內(nèi)預設(shè) 一供螺栓穿置的螺帽。 較佳的，本發(fā)明于管片的前端面設(shè)有供盾構(gòu)機的千斤頂推頂?shù)那巴箟K。如此，可以 增加管片的強度，以盾構(gòu)機的千斤頂推頂拼裝時，其施力均勻分布于凸塊，進而減少管片損 壞的機會。 較佳的，本發(fā)明于呈前后連接的二管片之間以多數(shù)個剪力銷穿置連結(jié)。如此，在進 洞段施工、進洞段施工、江中泵房、聯(lián)絡(luò)通道等特殊段，除了以螺栓連結(jié)前后管片以外，可進 一步藉由剪力銷加強連接，達到預防隧道襯砌錯位的效果。 較佳的，所述的剪力銷是設(shè)于管片的前凸塊中間，穿置套設(shè)于另一管片的后端面， 管片左端面及右端面分別設(shè)有側(cè)凸塊。如此，可以加強側(cè)邊的強度，減少拼裝過程中因為碰 撞而損壞的機率。 本發(fā)明進一步提供一種隧道襯砌的管片構(gòu)造，其中，管片具有前端面、后端面及 左、右端面，管片的各端面上嵌設(shè)一止水帶，于止水帶上方設(shè)有遇水膨脹擋水條，遇水膨脹 擋水條突出于端面的厚度小于止水帶突出的厚度，另于管片的前端面位于止水帶下方處， 至少設(shè)有一前凸塊。由于遇水膨脹擋水條20突出的厚度小于止水帶，因此可以預防拼裝過程中因為碰撞而脫落。 所述的管片構(gòu)造較佳是于管片前端面的前凸塊中間設(shè)有一突出的剪力銷，另于左、右端面上分別設(shè)有側(cè)凸塊，管片的前、后端面任一端面設(shè)有與管片內(nèi)弧面連通的第一斜孔，另一端面則設(shè)有對應(yīng)延伸的第二斜孔，該第二斜孔內(nèi)預設(shè)一螺帽； 管片的左、右端面任一端面設(shè)有與管片內(nèi)弧面連通的第一斜孔，另一端面則設(shè)有對應(yīng)延伸的第二斜孔，該第二斜孔內(nèi)預設(shè)一螺帽。 由于每一管片的前、后端面；左、右端面均設(shè)有對應(yīng)延伸的第一、第二斜孔，因此，在二管片相并之后，即可以將螺栓由第一斜孔穿入第二斜孔，而與螺帽對應(yīng)螺固，再以氣動工具操作擰緊螺栓。因此，可以強迫對合，而提高并裝的精確度，以氣動工具操作擰緊，可以提高效率及緊度。 較佳的，所述的遇水膨脹擋水條是繞設(shè)于管片的后端面、左端面、右端面、前端面的其中一側(cè)。


圖1為本發(fā)明的隧道襯砌前視示意圖；圖2為本發(fā)明的局部隧道襯砌組合側(cè)視斷面圖；圖3為本發(fā)明的局部隧道襯砌立體圖；圖4為本發(fā)明的局部側(cè)視斷面示意圖；圖5為本發(fā)明的管片局部立體示意圖；圖6為本發(fā)明的局部俯視平面分解圖；圖7為表現(xiàn)本發(fā)明管片受到外力時的局部側(cè)示斷面示意圖；圖8為表現(xiàn)本發(fā)明以車架壓重的平面示意圖；圖9為現(xiàn)有二管片的局部側(cè)視斷面示意圖；圖10為表現(xiàn)現(xiàn)有二管片受到外力時的局部側(cè)示斷面示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體工程對本發(fā)明超大直徑盾構(gòu)施工管片質(zhì)量控制作進一步詳細說明。
以下說明當中，以盾構(gòu)機掘土前進的該側(cè)界定為前端，相對端為后端。以上海長江隧道工
程為例，上海市長江隧道工程是連接浦東五好溝與長興島的隧道工程，是我國長江口沿海
一項特大型交通建設(shè)項目。長江隧道工程分為東線和西線，兩條線長度分別為7471.65m、
7469. 36m，隧道最大坡度為2. 9%，最小平面曲率半徑為4000m。隧道采用盾構(gòu)法施工，所使
用的盾構(gòu)是海瑞克公司制造的直徑為15. 43m的超大泥水盾構(gòu)，是目前全世界最大直徑的
盾構(gòu)機。隧道內(nèi)徑為13. 70m，外徑為15. OOm，厚度為0. 65m，環(huán)寬為2. 0m。 長江隧道工程有著長、大、深的特點，然而做為目前全世界最大直徑盾構(gòu)來說，要
控制好整條隧道的橢圓度、隧道襯砌上浮等復雜情況，管片結(jié)構(gòu)形式、制作工藝以及拼裝技
術(shù)成為尤為重要的控制點。本發(fā)明通過各方面的努力，順利地克服了這些難點，其控制管
片施工質(zhì)量的方法包括管片結(jié)構(gòu)設(shè)計、管片施工檢測、管片拼裝質(zhì)量要求、及隧道穩(wěn)定性控
制，遂一說明如后 (1)管片結(jié)構(gòu)的設(shè)計
管片的優(yōu)化項目包括連接方式的設(shè)計、防水設(shè)計、結(jié)構(gòu)強度設(shè)計及剪力銷設(shè)計
請參閱圖1、3所示，以長江隧道為例，隧道管片外徑15000mm，內(nèi)徑13700mm，環(huán)寬2000mm，管片厚度650mm，楔形量為40mm。隧道襯砌采用單層管片，為通用環(huán)楔形管片，每環(huán)由10塊管片構(gòu)成，包括一設(shè)于頂部的封頂塊lla、二塊分別鄰接于封頂塊lla左右兩端的鄰接塊llb、以及7塊依序相鄰接的標準塊llc，以這10塊管片組成環(huán)型的隧道襯砌10。圖式所示系由隧道襯砌10的前方視之的。
關(guān)于管片連接方式的設(shè)計 本發(fā)明將前后相鄰隧道襯砌IO之間用38根螺栓斜向連接，其中，前后相鄰的頂塊lla以2根螺栓連接，而鄰接塊lib與標準塊llc則分別以4根螺栓斜向與前后相鄰的管片相接。此外，每環(huán)左右相鄰的管片塊與塊間以2根螺栓斜向連接，一環(huán)隧道襯砌10共需20根彎螺栓。 螺栓單方向穿入，拼裝精度高，而且所有螺栓均是通過氣槍擰緊。與以往的對穿螺栓相比，更快捷、定位更精確。 請參閱圖2本發(fā)明的局部隧道襯砌組合側(cè)視斷面圖，以前后相并的頂塊11a、12a為例，說明所謂螺栓15斜向穿置的結(jié)構(gòu)。位在后側(cè)的頂塊12a前端面與內(nèi)弧面之間以一第一斜孔120連通，第一斜孔120位于內(nèi)弧面該端并形成一孔徑較大的承窩槽121，而位于前側(cè)的另一頂塊lla后端面，則形成與第一斜孔120對應(yīng)延伸的第二斜孔lll，該第二斜孔111內(nèi)預設(shè)一螺帽16，所述第一、第二斜孔120、111及承窩槽121、螺帽16等，均是在制作管片時，即以模具同時形成，每一管片的前、后端面；左、右端面均呈對應(yīng)延伸的第一、第二斜孔，并且，承窩槽121亦斜向延伸至內(nèi)弧面，因此，在二管片相并之后，即可以將螺栓由承窩槽121該端穿入第一斜孔120、第二斜孔lll，而與螺帽16對應(yīng)螺固，再以氣動工具操作擰緊螺栓。 關(guān)于防水設(shè)計 請參閱圖3、4及5所示，本發(fā)明的兩塊管片之間以上下排列的一遇水膨脹擋水條20及一止水帶30形成雙重防水效果，其中，遇水膨脹擋水條20的材料較佳采用聚醚性聚氨酯，而止水帶30的材料較佳采用三元乙丙，形成雙重防水效果，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是于管片的四端面設(shè)一環(huán)相通的凹槽110，于凹槽110內(nèi)嵌設(shè)一止水帶30，止水帶30系部份突出于管片表面，該遇水膨脹擋水條20的厚度為3mm，在干燥未膨脹的情況下，其突出管片表面的厚度遠小于止水帶30，因此，在拼裝過程中可以防止遇水膨脹擋水條20因為碰撞而脫落，以在拼裝之后，實現(xiàn)預期的防水功能。 本發(fā)明的遇水膨脹擋水條20的較佳設(shè)置方式請參閱圖5及6所示，以封頂塊lla
及相鄰的鄰接塊llb為例，每一管片的端面以一條遇水膨脹擋水條20繞設(shè)黏固，其是繞
設(shè)于管片的后端面、左端面、右端面、前端面的其中一端(圖式所示為前端面鄰近右端面該
端，亦可黏貼于前端面鄰近左端面該端)，遇水膨脹擋水條20的兩末段分別以一軟塑性的
貼片25壓貼固定。 關(guān)于管片強度設(shè)計 為了提高管片的強度，減少拼裝過程受到千斤頂?shù)耐祈?，以及與其它管片拼裝而損壞，本發(fā)明如圖1、5所示于管片的前端面及左右兩端面分別設(shè)有前凸塊113、側(cè)凸塊114，管片的前端面即是受千斤頂推頂，圖1所示之封頂塊lla上設(shè)有一前凸塊113，其余管片均設(shè)有二塊前凸塊113，前凸塊113位置與千斤頂位置對應(yīng)，使千斤頂?shù)淖饔昧θ鐖D7所示均勻作用于前凸塊113上，管片不易損壞。而設(shè)于左右端面的側(cè)凸塊114則可以提升側(cè)向受力強度，使管片拼裝時不至于因為側(cè)向撞擊而損壞，側(cè)凸塊114的突出厚度小于前凸塊113。
關(guān)于剪力銷設(shè)計 特殊段施工時，如出洞段施工、進洞段施工、江中泵房、聯(lián)絡(luò)通道等特殊段更需要避免環(huán)與環(huán)之間錯位，因此，位于這些特殊段及其前后一定距離的管片，如圖3所示進一步設(shè)以剪力銷40，剪力銷40是設(shè)于管片的前端面，且位于前凸塊113的中心處，每環(huán)隧道襯砌共有19個剪力銷40，其較佳是以尼龍制成，其往外漸縮而形成錐形，管片后端面則相應(yīng)設(shè)有供剪力銷40穿置的孔，每個剪力銷40可承受40T的剪切力，因此，管片連接除了以螺栓連接固以外，進一步藉由剪力銷40套設(shè)連結(jié)，防止隧道襯砌環(huán)與環(huán)之間的錯位。
(2)管片施工檢測 每環(huán)推進結(jié)束前專人對管片一周8點的間隙進行測量，該8點位置是指定的，差不多是圓周等分8點位置，施工前這8點相對應(yīng)的位置盾構(gòu)機上做好標記，測量人員按照每個點標記的位置進行間隙測量，并對應(yīng)的輸入一管片選型系統(tǒng)中，管片選型便可根據(jù)間隙計算出前一環(huán)管片與盾殼之間的同心度關(guān)系，并計算一些相關(guān)數(shù)據(jù)對下一環(huán)管片位置的做出選擇。 (3)管片拼裝質(zhì)量要求 管片拼裝質(zhì)量要求①管片拼裝過程中，其橫豎徑均控制在1%。D(D = 15000mm)范圍內(nèi)；②管片拼裝后其環(huán)高差控制在8mm以內(nèi)；③管片拼裝后其縱縫張角控制在2mm以內(nèi)； (4)隧道穩(wěn)定性控制
1、車架壓重 —般來說，由于隧道是一個空心體，在管片脫出盾尾后處于有巨大的上浮力，因此，隧道上浮是盾構(gòu)施工的一種比較普遍的現(xiàn)象。因此，本發(fā)明在盾尾處設(shè)一車架50 (如圖8所示)，拼裝成環(huán)的隧道襯砌在脫出盾尾的時候已經(jīng)被自重800T的車架壓住，有效防止了管片的上浮。 2、同步注漿壓注 本發(fā)明包括了采用超大直徑泥水平衡盾構(gòu)施工同步注漿漿液(專利號申請?zhí)?br> 200610147635X)，有效控制了隧道的穩(wěn)定性，隧道后期上浮量控制在20mm以內(nèi)。 通過上述的施工技術(shù)方法及管片設(shè)計，可以改善隧道襯砌的上浮量以及防水性、
連結(jié)強度等功效。
權(quán)利要求
一種盾構(gòu)法隧道管片襯砌質(zhì)量控制方法，其特征包括管片結(jié)構(gòu)設(shè)計管片具有前端面、后端面及左、右端面，兩相鄰的管片之間以螺栓連接，且兩相鄰的管片之間夾設(shè)有遇水膨脹擋水條及止水帶，該遇水膨脹擋水條及止水帶是呈上下排列；隧道穩(wěn)定性控制在管片拼裝后以車架壓重、并配合同步注漿施工，控制隧道襯砌的上浮量。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征包括管片施工檢測在施工過程中對管片進行8點測量，計算出前一環(huán)管片與盾殼之間的 同心度關(guān)系，并對下一環(huán)管片位置做出選擇。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征包括管片拼裝質(zhì)量要求管片拼裝過程中，其橫豎徑均控制在1。；D范圍內(nèi)；管片拼裝后其環(huán)高差控制在8mm以內(nèi)；管片拼裝后其縱縫張角控制在2mm以內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述螺栓是斜向穿置于兩相鄰的管片，且相鄰的其中一管片內(nèi)預設(shè)一供螺栓穿置的螺帽。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于 管片的前端面設(shè)有供盾構(gòu)機的千斤頂推頂?shù)那巴箟K。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于 呈前后連接的二管片之間以多數(shù)個剪力銷穿置連結(jié)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述的剪力銷是設(shè)于管片的前凸塊中間，穿置套設(shè)于另一管片的后端面，管片的左端 面及右端面分別設(shè)有側(cè)凸塊。
8. —種隧道襯砌的管片構(gòu)造，其特征在于管片具有前端面、后端面及左、右端面，管片的各端面上嵌設(shè)一止水帶，于止水帶上方 設(shè)有遇水膨脹擋水條，遇水膨脹擋水條突出于端面的厚度小于止水帶突出的厚度，另于管 片的前端面位于止水帶下方處，至少設(shè)有一前凸塊。
9. 如權(quán)利要求8所述的隧道襯砌的管片構(gòu)造，其特征在于管片前端面的前凸塊中間設(shè)有一突出的剪力銷，另于左、右端面上分別設(shè)有側(cè)凸塊， 管片的前、后端面任一端面設(shè)有與管片內(nèi)弧面連通的第一斜孔，另一端面則設(shè)有對應(yīng)延伸的第二斜孔，該第二斜孔內(nèi)預設(shè)一螺帽；管片的左、右端面任一端面設(shè)有與管片內(nèi)弧面連通的第一斜孔，另一端面則設(shè)有對應(yīng)延伸的第二斜孔，該第二斜孔內(nèi)預設(shè)一螺帽。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的隧道襯砌的管片構(gòu)造，其特征在于 所述的遇水膨脹擋水條是繞設(shè)于管片的后端面、左端面、右端面、前端面的其中一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供了盾構(gòu)法隧道管片襯砌質(zhì)量控制方法，包括管片結(jié)構(gòu)設(shè)計、管片施工檢測、管片拼裝質(zhì)量要求及隧道穩(wěn)定性控制，其中，管片結(jié)構(gòu)設(shè)計是通過管片的連接方式、強度、防水等結(jié)構(gòu)設(shè)計提升其防水性及結(jié)合強度；管片施工檢測是在施工過程中對管片進行8點測量，計算出前一環(huán)管片與盾殼之間的同心度關(guān)系，并對下一環(huán)管片位置做出選擇；管片拼裝質(zhì)量要求是對于拼裝后之環(huán)高差以及縱縫張角加以控制，以確定拼裝質(zhì)量；而隧道穩(wěn)定性控制則是在拼裝后以車架壓重、以及配合同步注漿施工方式，有效防止管片的上浮量，亦即，本發(fā)明從結(jié)構(gòu)設(shè)計到施工全程對管片的質(zhì)量進行控制，保證了隧道施工質(zhì)量。
文檔編號E21D11/38GK101705829SQ200910197490
公開日2010年5月12日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者余永明, 呂錦, 宋興寶, 張軼, 李慕涵 申請人:上海隧道工程股份有限公司