1、2012-10-18 1盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！盾构掘进及管片选型盾构掘进及管片选型中铁隧道股份有限公司中铁隧道股份有限公司二二0一二年十月一二年十月杨红军杨红军2012-10-18 2盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！一、盾构发展史二、管片概述三、管片生产四、管片选型相关知识五、管片选型原则六、管片选型七、影响管片选型的其它因素八、管片选型总结九、盾构隧道质量问题分析及预防措施提纲2012-10-18 3盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！第一章 盾构发展史2012-10-18 4盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！ 盾构施工技术
2、自 1823年由布鲁诺尔首创于英国伦敦的泰晤土河的 水底隧道工程以来，已有 170余年的历史。 1917年，日本作为欧美国家之外第一个国家引进盾构工法。 1931年，前苏联引进盾构技术，并于 1948年开发出列宁格勒和基辅盾构。 1961年，法国提出泥水加压盾构概念， 1964年日本开发并使用第一台泥水盾构。 1963年，日本在隧道建设受到环境保护方面法 律制约的情况下，开发了土压平衡盾构。 1954年，东北阜新煤矿用直径 2.6m盾构及小型混凝土预制块修建疏水巷道。 1957年，在北京下水道工程中也用过直径为 2.0m及 2.6m的盾构。 1962年上海城建局隧道处采用直径 4.16m的盾构
3、进行全面试验。 1980年，上海开始盾构在地铁工程中 运用的试验，采用盾构直径为 6.412m。随后，盾构在上海地铁及市政道路工程中广泛运用，并于 1982年自行设计了直径 11.3m的网格盾构施工延安东路北线隧道工程。 1987年，英法海峡隧道工程开工。 （隧道总长 50.5km，其中 37km位于海峡底，共用 11台盾构施工） 1990年，甘肃采用直径 5.53m的双护盾盾构建设引大入秦工程的水磨沟隧道。隧道全长 11.649km，最大埋深 330m。隧道施工最高月进尺 1300m，平均日进尺 42m。 1994年，广州地铁一号线引进盾构进行区间隧道施工。 2000年，由国内施工企业采用复
4、合式土压平衡盾构施工广州地铁二号线，并获得詹天佑工程大奖。 2001年，山西万家寨（ 引黄入晋工程引黄入晋工程）采用美国罗宾斯双护盾盾 构进行隧道施工，平均日进尺达 97.34m。 2003年 6月，中国最大直径（ 11.58m）盾构施工的翔殷路隧道开工。同年 9月，中国首条双圆盾构隧道工程开工。一、盾构发展历史2012-10-18 5盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！ 2003年，上海地铁 8号线首次采用双圆隧道新技术，从日本引进 2台 6520 W11120双圆型土压盾构，掘进黄兴路站 开鲁路站 2.6km区间隧道。 2004年，天津地铁 1号线采用 2台德国海瑞克 6.20
5、m土压平衡盾构掘进区间隧道。 2005年，上海上中路隧道引进 1台 14.89m超大直径泥水盾构掘进 2条长 1250m的4来 4去双层道路隧道。 2006年 9月， 2来 2去的武汉长江越江隧道工程 2条长 2338m 11.2m的圆形主隧道采用 2台 m11.5泥水加压盾构掘进施工。 2006年 9月， 3来 3去的上海长江口越江隧道 2条长 7.9k m的圆形主隧道采用 2台 15.44m泥水加压盾构掘进施工 ,为目前世界上最大断面的盾构隧道。 2007年 11月， 3来 3去的南京长江隧道 2条长 3.9k m的圆形主隧道采用 2台 14.9m泥水盾构掘进施工。 后继开工的北京直径线、
6、南水北调穿黄隧道、杭州庆春路隧道、广深港狮子洋隧道等将中国的盾构施工提高到了世界级水平。一、盾构发展历史2012-10-18 6盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！第二章 管片概述2012-10-18 7盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！盾构法隧道的衬砌一般有预制混凝土管片和挤压混凝土衬砌两种形式。采用预制混凝土管片组装隧道衬砌具有质量易于保证、便于机械化操作等优点，因而得到广泛应用。管片又称为盾构隧道的一次衬砌，作为隧道的衬砌，是隧道的临时支护或永久支护的一部分。管片属技术含量高，工艺和品质要求都特别高的钢筋混凝土构件，被业界称为混凝土预制构件中的 “工艺品 ”，其
7、强度、抗渗性、几何尺寸、表观质量等方面的要求都非常严格。二、管片概述1、管片简介2012-10-18 8盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！二、管片概述盾构法目前在国内已经日趋成熟。随着技术进步、认识提高、综合国力的增强，特别是采用盾构施工的优势明显，目前国内已经使用盾构法的城市地铁有上海、广州、南京、北京、深圳、成都、西安、沈阳、杭州、苏州、天津、武汉等，另外有重庆、青岛、郑州、无锡等城市都在紧锣密鼓地施工。另外，一些城市的其它地下工程（过江隧道、输水管道等）也越来越多的采用盾构施工，但是由于各地对管片的认识以及其重要性等重视程度等不同，造成管片的质量波动较大。管片作为盾构隧道最
8、主要和最关键的结构构件，其性能的优劣对工程质量和隧道服役寿命具有决定性的影响 。目前国内外缺乏成熟的管片设计和生产规范与标准，管片寿命存在不确定性，特别是我国在管片的研究上与国外有着很大的差距，国内现有的管片材料、生产工艺、设备生产的管片耐久性相对较差，很多难以满足高抗渗、长寿命要求。2、管片在国内的发展2012-10-18 9盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！二、管片概述3、管片的特点（1）混凝土管片结构比较特殊；厚度通常为0.30.5m，宽度为12m，圆弧形，且手孔位置深；（2）管片的使用环境较差；普通混凝土管片基本上都是在地下水中，且管片作为盾构隧道的永久结构，设计年限基本
9、上都是一百年；（3）管片配筋特殊；管片配筋为弧形框架，连接点特殊，保护层厚度保证比较难，蒸养膨胀系数不同；（4）管片标准高；普通地铁盾构管片设计为C50S12，生产过程中对材料和环境都比较敏感；混凝土管片成品标准要求宽度（10002000mm）上的误差小于0.5mm。（5）需要组合拼装，组合拼装精度要求高；（6）组合拼装后整体具有良好的防水性能；（7）能模拟空间曲线；（8）三维承载，受力复杂；2012-10-18 10盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！经过多年的发展，管片的类型有 30多种，有些是材料不同，有些是形状差异，有些是接头形式不同，有些为了增 加管片的耐久性，有些为了降
10、低制作费用，下面简单的根据材料和形状进行分类：（ 1）根据材料分类铸铁管片：早期应用多；钢筋混凝土管片：占绝大多数；复合管片： SRC管片、 MN管片、 AS管片、钢 +混凝土、铸铁 +混凝土等；（ 2）根据形状分类矩形管片：占绝大多数；梯形或平行四边形管片： CONEX系列；翼型管片；六角形管片：双重螺旋管片、蜂窝型管片、螺旋形管片等；二、管片概述4、管片分类2012-10-18 11盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！钢管片成环的钢管片复合管片复合管片二、管片概述2012-10-18 12盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！混凝土箱式管片板式混凝土钢管片六角管片六角
11、管片管片成型隧道二、管片概述2012-10-18 13盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！通缝 拼装管片的盾构隧道错缝 拼装管片的盾构隧道二、管片概述2012-10-18 14盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！根据确定的隧道的最小内径，然后按照 5 6 D确定管片的厚度，并可以根据配筋等条件进行适当的调整；4、管片的因素4.1 管片直径、厚度、环宽（ 1）管片的直径一般根据隧道的功能要求确定设备限界、建筑限界，根据变形和工艺要求，进而确定结构限界，明确最小隧道内径；（ 2）管片的厚度350mm（上海，天津，杭州，南京）300mm（北京，沈阳、广州、深圳、西安、成都）2
12、50mm（台湾，新加坡）二、管片概述2012-10-18 15盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！如有条件，管片尽可能宽点，以提高施工速度，节约造价。管片宽度主要取决于掘进机和隧道直径，如果管片过宽，则机械过长，灵敏性差。而且管片运输困难。管片的宽度必须与盾构机相匹配：与盾构机的千斤顶行程匹配；宽度大，管片重，需与管片拼状机的能力匹配；管片宽度还要考虑封顶块的拼状方式：千斤顶的行程 =管片宽度 B+（ B-封顶块拼状搭接长度 L） +150（ 200）余量；管片宽度大，一次出渣量大，为提高掘进效率，必须尽快把渣土运输出去，因此水平运输系统和垂直运输系统应匹配合理，以利于发挥效率。管
13、片宽度还要考虑螺栓数量和管片分块，譬如 6m直径的地铁隧道，同样 2000mm的千斤顶行程的盾构机，在 10个环间螺栓条件下可以作成小封顶块，通过加大封顶块拼状搭接长度（ 1200mm）能够作成 1500mm宽管片。（ 3）管片的环宽二、管片概述2012-10-18 16盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！管片的分块不宜过多，这样拼状时间长，材料用量也大；也不宜过少，这样管片体量过大，不利于拼状和运输。对于中等直径盾构，一般采用六分块或七方案：一块封顶块 +二块邻接块 +三块标准块。小直径盾构管片多采用 5-6分块；大型盾构管片经常分为 7-9块。管片分块必须重点考虑 K块的设计，
14、是采用大封顶块，还是采用小封顶块，需根据螺栓的设置、千斤顶的行程控制、手孔的布置以及封顶块的拼状方式进行总体综合考虑。封顶块的设计需要考虑管片的拼状条件，一般条件下，最后拼状封顶块时， k块和两侧邻接块在任何部位两者间的最小水平间隙不宜小于25mm，如果减少间隙，需要盾构机制造商同意。为插入方便， K块的水平投影线与中轴线的水平角度控制在 8度左右；为保证 K块在注浆压力下的稳定，其中剖面处中心径向的旋转角度宜控制在 3.5度左右。4.2 管片分块二、管片概述2012-10-18 17盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！楔形环可以采用单面楔形或双面楔形皆可，国内皆有应用。日本经验：
15、楔形量除应根据管片种类、管片宽度、管片环外径、曲线半径、曲线区间楔形管片环使用比例、管片 制作的方便性确定外，还应根据盾尾操作空隙而定。总结过去的使用经验， 由于配筋上的制约，绝大多数混凝土类管片的楔形量在75mm以内。楔形量的确定除满足现状线路外，也应考虑盾构机的最小使用半径。楔形量的确定需要考虑拼装条件下，由于管片扭转造成线路拟合的复杂性，需要有一定的余量。楔形量的确定最好能够较优的满足线路拟合需要，一般以在多种曲线半径下，通过与标准环的组合实现错缝拼状为宜。由于管片拼装的不可准确预测性，楔形量的数值不是唯一的。10-2515-3515-5020-7020-115楔形角4070409030
16、9030-801575楔形量(mm)iomDO8mDo10m6m-Do8m4mDo6mDo4m管片环外径D4.3 管片楔形量二、管片概述2012-10-18 18盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！管片的连接通常采用螺栓连接，螺栓连接的数量块间一般 2-3个，环间考虑地质情况、抗震要求等设置，一般每块不少于 2根，一环对于中小直径盾构控制在 10-16个。有时为满足错缝拼装要求，环间螺栓必须 360度范围内均匀设置。由于螺栓接头需要人工操作，难以实现拼装的自动化，快速化，因此不少工程环间开始采用钢销、 CONEX接头；块间采用推入锁定接头、钢制TC型零件接头、设置榫槽取消接头、销子
17、接头等，开发出来 CONEX系列管片、销子。 快速接头管片、一次成型管片、 AS管片等。4.4 管片连接方式DA TU MPL AN =RADIUSVE CTO RBBAA=弯曲螺栓 连接二、管片概述2012-10-18 19盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！斜直螺栓 连接直螺栓 连接其他连接二、管片概述2012-10-18 20盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！管片手孔设计：满足螺栓安装的工艺要求；满足管片的脱摸要求；螺栓尽可能通用；手孔间距不要过大，避免钢筋不好布置，也不宜过小，脱摸时易掉块；手孔距离结构边不宜小于 150mm，削弱结构易于开裂等。管片标识设计：
18、 模具编号、块编号、直径或半径标识、螺栓孔位置标识等；起吊孔或注浆孔设计，在中小直径盾构中，两者经常合一，注意起吊孔应设置在管片的重心位置，避免拼状时由于附加弯矩造成不稳定。对于中小直径盾构，起吊孔或注浆孔应优先选用高分子材料，保证结构的耐久性。对于大型盾构，经常采用真空吸盘起吊，定位孔和注浆孔需要结合机械进行设计。接触面设计：是否设置榫槽；是否设置缓冲材料；防水槽位置和尺寸；嵌缝槽形状，定位绑等。4.7 其他二、管片概述2012-10-18 21盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！第三章 管片生产2012-10-18 22盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！钢筋进场标
19、识、分类堆放钢筋检测钢筋笼检查水泥、砂石料、外加剂进场挂牌、退场YesNo钢筋下料、弯曲弯弧半成品钢筋加工钢筋笼成型焊接钢筋笼调整No钢筋笼入模安装预埋件及保护层垫块Yes根据天气情况及砂石料的含水率调整施工配合比原材料检测 退场、清理YesNo根据施工配合比搅拌混凝土分层浇筑混凝土抹面、收光蒸汽养护脱模管片修补、标识漫水养护成品堆放成品管片出厂质量检验清理模具合模模具检测涂抹脱模剂模具调校NoYes三、管片生产工艺2012-10-18 23盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！三、管片生产管片厂的组建主要是将钢筋车间、生产车间、养护池、拌和站等一个个单体修建起来，决定它们的空间大小
20、和按 照管片的生产工艺流程来布置厂房内的设备，同时将它们组合成一个有机的 整体，使之能够生产合格的管片。1、管片生产场地布置2012-10-18 24盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！三、管片生产流水线2012-10-18 25盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！三、管片生产钢筋车间主要是将检查合格的钢筋经过调直、切断、弯曲、弯弧、焊接等一系列操作后，制作成管片生产所用的合格的钢筋笼。钢筋车间内机械设备多、用电量大，布置复杂且多变，可根据现场的实际情况灵活处理。主要包括以下使用场地及设备的布置：（ 1）原材料堆场（ 2）钢筋的调直切断（ 3）主筋弯弧、弯曲（ 4）分部
21、筋、箍筋的弯曲（ 5）半成品的堆放和制作（ 6）螺旋钢筋的制作（ 7）胎模、电焊机（ 8）钢筋笼成品的检查与堆放（ 9）钢筋车间的起吊设备2、钢筋车间的组建2012-10-18 26盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！钢筋车间布置三、管片生产2012-10-18 27盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！生产车间是将钢筋车间生产的合格钢筋笼放入相应的合格的组装好的模具内，浇入新鲜的符合要求的混凝土，振动成型，经过三次收面、蒸养、脱模、检查、修补、标识后，生产出合格的管片。主要包括：（ 1） 模具的堆放（ 2） 水、风、汽、电管线的分部与排列（ 3） 管片成品的临时堆放场地（ 4） 运输车和行车路线及起吊设备（ 5） 各种试验3、生产车间的组建三、管片生产2012-10-18 28盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！管片生产车间三、管片生产2012-10-18 29盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！4、拌和站的组建5、养护池的组建6、管片的存储如：锅炉房、空压机房、实验室、变电站和翻片机等，空压机房要有很好的隔音效果；试验室要相应的偏僻一点能够安定一些和减少震动的影响；变电站要远离其它厂房和设备；翻片机一台安装在生产车间内，一台安装在养护池边。7、其它一些必要厂房设备三、管片生产盾构掘进及管片选型铸造隧道和地下工程的旗舰品牌！
