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??近年來(lái)隨著城市地鐵的開(kāi)發(fā)建設(shè),軌道交通的發(fā)展駛?cè)肟燔?chē)道,而由于盾構(gòu)施工的安全、環(huán)保、快速、可靠等優(yōu)點(diǎn),使其廣泛應(yīng)用于地鐵區(qū)間隧道的修建中。作為盾構(gòu)隧道主要支護(hù)結(jié)構(gòu)的管片襯砌,是由螺栓連接形成的一個(gè)連續(xù)自持結(jié)構(gòu),在管片拼裝過(guò)程中由于施工質(zhì)量不佳以及外部荷載的作用,拼裝完成的管片會(huì)出現(xiàn)不同程度的錯(cuò)臺(tái)、張角、管片開(kāi)裂等問(wèn)題,本文針對(duì)不同位置、不同程度的環(huán)內(nèi)片間錯(cuò)臺(tái)、環(huán)間錯(cuò)臺(tái)以及襯砌環(huán)拼裝不圓等問(wèn)題進(jìn)行了研究,分析總結(jié)了以上問(wèn)題對(duì)管片受力的影響及規(guī)律。管片螺栓作為盾構(gòu)隧道的主要支護(hù)結(jié)構(gòu),含有很多接頭部位,其既不是均質(zhì)的,也不是連續(xù)體,計(jì)算模型比較復(fù)雜,常用的荷載結(jié)構(gòu)模型有均質(zhì)圓環(huán)模型、多鉸圓環(huán)模型、梁-彈簧模型、殼-彈簧模型和塊體模型。為研究錯(cuò)臺(tái)和拼裝橢圓度對(duì)管片內(nèi)力的影響,更真實(shí)地模擬管片襯砌的縱向力學(xué)效應(yīng),本文建立了三維殼-彈簧模型,采用荷載-結(jié)構(gòu)法,以殼單元模擬管片,以剪切彈簧單元和拉壓彈簧單元模擬螺栓和管片間的接觸,采用逆向思維對(duì)不同程度的管片錯(cuò)臺(tái)、管片拼裝橢圓度等工況進(jìn)行了分析,主要研究?jī)?nèi)容如下:
??(1)利用三維殼-彈簧模型對(duì)管片襯砌的變形及內(nèi)力進(jìn)行分析,研究表明相鄰兩環(huán)的彎矩和軸力在隧道縱向上的分布并不一致。通過(guò)建立既有片間錯(cuò)臺(tái)模型,對(duì)不同位置、不同程度的片間錯(cuò)臺(tái)對(duì)管片內(nèi)力的影響進(jìn)行了研究,片間內(nèi)錯(cuò)中拱腰部位的錯(cuò)臺(tái)對(duì)管片受力更為不利,片間外錯(cuò)中拱底以及拱頂?shù)腻e(cuò)臺(tái)對(duì)管片受力更為不利?？偨Y(jié)了不同位置、不同程度的片間錯(cuò)臺(tái)對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響規(guī)律,驗(yàn)算結(jié)果表明在10 mm極限錯(cuò)臺(tái)量下,片間內(nèi)向錯(cuò)臺(tái)裂縫寬度為0.157mm,片間外向錯(cuò)臺(tái)裂縫寬度為0.196 mm,片間外向錯(cuò)臺(tái)比內(nèi)向錯(cuò)臺(tái)更為不利。片間錯(cuò)臺(tái)對(duì)相鄰環(huán)的影響主要集中在錯(cuò)臺(tái)附近位置,對(duì)相鄰環(huán)受力的安全性影響不大。
??(2)建立既有環(huán)間錯(cuò)臺(tái)模型,對(duì)拱頂、拱底和兩側(cè)拱腰四個(gè)不同位置的環(huán)間內(nèi)向錯(cuò)臺(tái)和外向錯(cuò)臺(tái)對(duì)管片內(nèi)力的影響進(jìn)行了分析,研究表明在環(huán)間15 mm極限錯(cuò)臺(tái)量下,拱頂內(nèi)錯(cuò)對(duì)結(jié)構(gòu)受力最為不利,左拱腰外錯(cuò)對(duì)結(jié)構(gòu)受力最為不利,相較于錯(cuò)臺(tái)靠近片間接頭位置,錯(cuò)臺(tái)位于管片拼裝塊中部時(shí)結(jié)構(gòu)受力更為不利。極限錯(cuò)臺(tái)量下,拱頂內(nèi)錯(cuò)工況下裂縫寬度為0.187 mm,左拱腰環(huán)間外錯(cuò)工況下裂縫寬度為0.198 mm,逼近規(guī)范限值。分析了環(huán)間錯(cuò)臺(tái)對(duì)相鄰環(huán)的影響,研究表明相鄰環(huán)上彎矩和軸力的分布變化明顯,但數(shù)值上變化不大。
??(3)建立了四種不同襯砌環(huán)橢圓度的工況模型,根據(jù)計(jì)算結(jié)果,分析了不同橢圓度對(duì)管片環(huán)向應(yīng)力、彎矩和軸力的影響。從數(shù)值上看,管片的環(huán)向應(yīng)力、彎矩和軸力,均是隨著襯砌環(huán)橢圓度的增大而增大,各橢圓度下管片彎矩和軸力的分布形式大致相同,但隨著襯砌環(huán)橢圓度的增大,管片接頭在襯砌環(huán)的不同位置表現(xiàn)出不同的特性。襯砌環(huán)橢圓度接近或超過(guò)規(guī)范要求的6‰時(shí),在封頂塊和鄰接塊之間可能會(huì)出現(xiàn)管片錯(cuò)臺(tái)或者邊角碎裂的現(xiàn)象,裂縫寬度達(dá)到0.195 mm,接近規(guī)范限值。
??(一)管片螺栓拼裝方法
??1.拼裝成環(huán)方式
??盾構(gòu)推進(jìn)結(jié)束后,迅速拼裝管片成環(huán)。除特殊場(chǎng)合外,大都采取錯(cuò)縫拼裝。在糾偏或急曲線施工的情況下,有時(shí)采用通縫拼裝。
??2.拼裝順序
??一般從下部的標(biāo)準(zhǔn)(A型)管片開(kāi)始,依次左右兩側(cè)交替安裝標(biāo)準(zhǔn)管片,然后拼裝鄰接(B型)管片,安裝楔形(K型)管片。
??3.盾構(gòu)千斤頂操作
??拼裝時(shí),若盾構(gòu)千斤頂同時(shí)全部縮回,則在開(kāi)挖面土壓的作用下盾構(gòu)會(huì)后退,開(kāi)挖面將不穩(wěn)定,管片拼裝空間也將難以保證。因此,隨管片拼裝順序分別縮圓盾構(gòu)千斤頂非常重要。
??4.緊固連接管片螺栓
??先緊固環(huán)向(管片之間)連接螺栓,后緊固軸向(環(huán)與環(huán)之間)連接螺栓。采用扭矩扳手緊固,緊固力取決于螺栓的直徑與強(qiáng)度。
??5.楔形管片螺栓安裝方法
??楔形管片安裝在鄰接管片之間,為了不發(fā)生管片損傷、密封條剝離,必須充分注意正確地插入楔形管片。為方便插入楔形管片,可裝備能將鄰接管片沿徑向向外頂出的千斤頂,以增大插入空間。
??拼裝徑向插入型楔形管片時(shí),楔形管片有向內(nèi)的趨勢(shì),在盾構(gòu)千斤頂推力作用下,其向內(nèi)的趨勢(shì)加劇。拼裝軸向插入型楔形管片時(shí),管片后端有向內(nèi)的趨勢(shì),而前端有向外的趨勢(shì)。
??6.連接螺栓再緊固
??一環(huán)管片拼裝后,利用全部盾構(gòu)千斤頂均勻施加壓力,充分緊固軸向連接螺栓。
??盾構(gòu)繼續(xù)掘進(jìn)后,在盾構(gòu)千斤頂推力、脫出盾尾后土(水)壓力的作用下襯砌產(chǎn)生變形,拼裝時(shí)緊固的連接螺栓會(huì)松弛。為此,待推進(jìn)到千斤頂推力影響不到的位置后,用扭矩扳手等,再一次緊固連接螺栓。再緊固的位置隨隧道外徑、隧道線形、管片種類(lèi)、地質(zhì)條件等而不同。
??(二)真圓保持
??管片拼裝呈真圓,并保持真圓狀態(tài),對(duì)于確保隧道尺寸精度、提高施工速度與止水性及減少地層沉降非常重要。
??管片環(huán)從盾尾脫出后,到注漿漿體硬化到某種程度的過(guò)程中,鄉(xiāng)采用真圓保持裝置。
??(三)管片拼裝誤差及其控制
??管片拼裝時(shí),若管片間連接面不平行,導(dǎo)致環(huán)間連接面不平,則拼裝中的管片與已拼管片的角部呈點(diǎn)接觸或線接觸,在盾構(gòu)千斤頂推力作用下,發(fā)生破損(見(jiàn)圖1K413033-2)。為此,拼裝管片時(shí),各管片連接面要拼接整齊,連接螺栓要充分緊固。
??另外,盾構(gòu)掘進(jìn)方向與管片環(huán)方向不一致時(shí),盾構(gòu)與管片產(chǎn)生干涉,將導(dǎo)致管片損傷或變形。伴隨管片寬度增加,上述情況增多。為防止管片損傷,預(yù)先要根據(jù)曲線半徑管片圖1K413033-2管片環(huán)間連接面不平狀況示意圖與管片寬度對(duì)適宜的盾構(gòu)方向控制方法進(jìn)行詳細(xì)研究,施工中對(duì)每環(huán)管片的盾尾間隙認(rèn)真檢測(cè),并對(duì)隧道線形與盾構(gòu)方向嚴(yán)格控制。在盾構(gòu)與管片產(chǎn)生干涉的場(chǎng)合,必須迅速改變盾構(gòu)方向、消除干涉:
??盾構(gòu)糾偏應(yīng)及時(shí)、連續(xù),過(guò)大的偏斜量不能采取一次糾偏的方法,糾偏時(shí)不得損壞管片,并保證后一環(huán)管片的順利拼裝。
??(四)楔形環(huán)的使用  ‘
??在盾構(gòu)工程中,除曲線施工外,為進(jìn)行蛇行修正,也可使用楔形環(huán)管片。
??四、注漿控制
??注漿是向管片與圍巖之間的空隙注入填充漿液,向管片外壓漿的工藝,應(yīng)根據(jù)所建工程對(duì)隧道變形及地層沉降的控制要求選擇同步注漿或壁后注漿,一次壓漿或多次壓漿,由計(jì)劃到施工的流程如圖1K413033-3所示。
??(一)注漿目的.
??管片拼裝完成后,隨著盾構(gòu)的推進(jìn),管片與洞體之間出現(xiàn)空隙。如不及時(shí)充填,地層應(yīng)力得以釋放,而產(chǎn)生變形。其結(jié)果發(fā)生地面沉降,鄰近建(構(gòu))筑物沉降、變形或破壞等。注漿的主要目的就是防止地層變形,還有其他重要目的,具體如下。
??1.抑制隧道周邊地層松弛,防止地層變形。
??2.及早使管片環(huán)安定,千斤頂推力平滑地向地層傳遞。作用于管片的土壓力平均,能減小作用于管片的應(yīng)力和管片變形,盾構(gòu)的方向控制容易。
??3.形成有效的防水層。
??(二)注漿材料的性能
??一般對(duì)注漿材料的性能有如下要求:    ’
??1.流動(dòng)性好;
??2.注入時(shí)不離析;
??3.具有均勻的高于地層土壓的早期強(qiáng)度;
??4.良好的充填性;
??5.注入后體積收縮小;
??6.阻水性高;
??7.適當(dāng)?shù)酿ば?以防止從盾尾密封漏漿或向開(kāi)挖面回流;
??8.不污染環(huán)境。
??(三)一次注漿
??一次注漿分為同步注漿、即時(shí)注漿和后方注漿三種方式,要根據(jù)地質(zhì)條件、盾構(gòu)直徑、環(huán)境條件、注漿設(shè)備的維護(hù)控制、開(kāi)挖斷面的制約與盾尾構(gòu)造等充分研究確定。
??1.同步注漿.
??同步注漿是在空隙出現(xiàn)的同時(shí)進(jìn)行注漿、填充空隙的方式,分為從設(shè)在盾構(gòu)的注漿管注入和從管片注漿孔注入兩種方式。前者,其注漿管安裝在盾構(gòu)外側(cè),存在影響盾構(gòu)姿態(tài)控制的可能性,每次注入若不充分洗凈注漿管,則可能發(fā)生阻塞,但能實(shí)現(xiàn)真正意義的同步注漿。后者,管片從盾尾脫出后才能注漿,為與前者區(qū)別,可被稱(chēng)作半同步注漿。
??2.即時(shí)注漿
??一環(huán)掘進(jìn)結(jié)束后從管片注漿孔注入的方式。
??3.后方注漿  ’
??掘進(jìn)數(shù)環(huán)后從管片注漿孔注入的方式。    ’+
??一般盾構(gòu)直徑大,或在沖積黏性土和砂質(zhì)土中掘進(jìn),多采用同步注漿;而在自穩(wěn)性好的軟巖中,多采取后方注漿方式。
??(四)二次注漿    .,
??二次注漿是以彌補(bǔ)一次注漿缺陷為目的進(jìn)行的注漿。具體作用如下:
??1.補(bǔ)足一次注漿未充填的部分;
??2.補(bǔ)充由漿體收縮引起的體積減小;
??3.以防止周?chē)貙铀沙诜秶鷶U(kuò)大為目的的補(bǔ)充。
??以上述1、2為目的的二次注漿,多采用與一次注漿相同的漿液;若以3為目的,‘多采用化學(xué)漿液。
??(五)注漿量與注漿壓力
??注漿控制分為壓力控制與注漿量控制兩種。壓力控制是保持設(shè)定壓力不變,注漿量變化的方法。注漿量控制是注漿量一定,壓力變化的方法。一般僅采用一種控制方法都不充分,應(yīng)同時(shí)進(jìn)行壓力和注漿量控制。
??1.注漿量
??注漿量除受漿液向地層滲透和泄漏外.還受曲線掘進(jìn)、超挖和漿液種類(lèi)等因素影響,不能準(zhǔn)確確定。一般采用以下方法確定。
??按下式計(jì)算注漿量Q:
??o=v×口
??V=7c(D~ - Dg)×vl4式中V-計(jì)算空隙量;
??鏟一注入率;
??D?！_(kāi)挖外徑;
??Do-管片外徑;
??礦一掘進(jìn)速度。
??注入率口是根據(jù)漿液特性(體積變化)、土質(zhì)及施工損耗考慮的比例系數(shù),基于經(jīng)驗(yàn)確定。
??2.注漿壓力
??注漿壓力應(yīng)根據(jù)土壓、水壓、管片螺栓強(qiáng)度、盾構(gòu)形式與漿液特性綜合判斷決定,但施工中通?；谑┕そ?jīng)驗(yàn)確定。
??從管片注漿孔注漿,注漿壓力一般取l00—300kNlm2 (l~3kg/cm2),或間隙水壓+200kN/m2左右。
??注漿量與注漿壓力要經(jīng)過(guò)一定的反復(fù)試驗(yàn),確認(rèn)注漿效果、對(duì)周?chē)貙雍徒?構(gòu))筑物的影響等,并在施工中進(jìn)行一定范圍內(nèi)的效果確認(rèn),反饋其結(jié)果指導(dǎo)施工。