一、

设计标准

地铁设计标准：

1.地铁主体结构设计使用年限为100年。

2.区间隧道防水等级为二级。

3.混凝土允许裂缝开展，管片允许裂缝宽度为0.2mm，并不得有贯穿裂缝。

4. 管片混凝土强度等级C50，抗渗等级为P12。

管片设计标准：

衬砌环构造：管片外径6000mm，内径5400mm。

管片幅宽：线路曲线半径大于400mm时，采用1500mm宽管片，线路半径小于或者等于400mm时，采用1200mm的管片。管片厚度300mm。每环衬砌环由6块管片组成，1块封顶块，2块邻接块，3块标准块。采用直线+左右楔形环拟合不同曲线。成都地铁采用的楔形环为双面楔形，单面楔形量为19mm，转角为0.1814°，整环楔形总量为38mm，转角为0.363°。

管片连接：

衬砌环纵、环缝采用弯螺栓连接，对于1500mm管片，每环纵缝采用12根M27螺栓，每个环缝采用10根M27螺栓；对于1200mm管片，每环纵缝采用12根M24螺栓，每个环缝采用10根M24螺栓。

二、管片选型分析

拼装点位：

管片拼装点位表示每一环管片中封顶块所在的位置。根据地铁管片设计构造特点，管片拼装分为10个点位。

拼装点位分布如下图所示。

拼装点位的选取原则。

1.相邻环管片不通缝。

2.楔形环不同楔形量使用合理，有利于调整盾尾间隙、油缸行程差和拟合隧道中心线。

拼装点位选择：

现为了保证隧道的美观和防水效果，将管片的点位划分为两类：上半区点位（1点、2点、3点、9点、10点、11点），下半区点位（4点、5点、7点、8点）。其中上半区点位位于隧道中线以上（含中线），有利于管片拼装和隧道的防水质量，因此上半区作为管片点位选择的主要区域。

+1环管片点位选取办法：

根据联络通道**环开口位置对应的管片点位，按里程推算至+1环，相隔偶数环则+1环选用不通缝点位，相隔奇数环则考虑通缝点位。

提醒：

1.如果+1环管片点位选择错误，影响联络通道开口方向，则过程中可采用1.2米管片进行调整。

2.根据区间设计图纸，目前成都地铁始发段洞门长度为700mm，可确定+1环管片位置。

管片楔形量：

本地铁采用的左右转弯楔形环为等腰梯型，该类型的管片需要两次可达到调整方向的目的，纠偏量比较小，有利于盾构机掘进中的方向控制。     

管片楔形量的计算模型如下图所示：

A点的楔型量计算如下：

Tg(Q)=19/6000

Q=acrtg(19/6000)=0.181436°

L=3000(1-COS(B))

X=3000(1-COS(B)).19/6000

A点的楔型量：X=9.5(1-COS(B))

管片各点位单面楔型量的通用计算公式是：X=9.5(1-COS(B))，每一楔形管片拼装完成后，则计算每一点管片处推进油缸相对于管片宽度小处的差量为：△L=19（1- COS(B)）。转弯环拼装完成后则各点点处的油缸行程缩短相应的变化量。

B表示任意点从管片楔形量为宽度小处到该点所对应的圆心角。

说明：括号外数值表示1.5m楔形环管片宽度，括号内数值表示1.2 m楔形环管片宽度。

以左转管片为例，各点楔形量计算如下：

 楔形环选用对盾尾间隙的影响（以1.5米左转环为例）：

通过对本地铁管片双面楔形的特点分析，对于油缸的行程调整是通过一次完成的，对于管片方向、盾构机姿态及盾尾间隙的调整是通过两次调整完成的。

根据楔形环的特点，总结出盾尾间隙变化量的计算如下：

（1）1.5m管片**次调整（直线+转弯模式）：

 转弯环楔形量处盾尾间隙变化量：§1=SIN（Q）·（1500+19（1- COS(B)））=sin（arctg（19/6000））×1519=4.81mm  （增大）

转弯环楔形量小处盾尾间隙变化量：§1=SIN（Q）·（1500-19（1- COS(B)））=sin（arctg（19/6000））×1481=4.69mm  （减小）

鉴于两者相差较小，便于计算在图中两者均取为4.81mm。

（2）1.5m管片**次调整（转弯+直线模式）：

转弯环+直线环拼装完成后，上一环转弯环楔形量和小所对应的直线环位置处盾尾间隙变化量：§2=1500·SIN（Q）=1500×sin（arctg（19/6000））=4.75mm

 楔形量处盾尾间隙增大4.75mm，楔形量小处盾尾间隙减小4.75mm。   

三、影响管片选型的因素

1.盾尾间隙

 盾尾间隙是管片选型的一个重要依据。如果盾尾间隙过小，则盾构机在掘进过程中盾尾将会与管片发生摩擦，增加盾构机向前的阻力和造成管片拉坏引起隧道渗漏水。盾尾间隙过大会造成盾尾漏浆等问题。根据施工经验盾尾圆周上任意一点的盾尾间隙量应保证在75mm左右，小不宜小于55mm，否则可能会造成管片破损。

2.推进油缸行程和铰接油缸行程差对管片的选型的影响

 盾构机是依靠推进油缸顶推在管片上产生的反力向前掘进的，每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片的平面位置之间的空间关系，可以看出下一个掘进循环盾尾间隙的变化趋势。当管片平面不垂直于盾构机轴线时各组推进油缸的行程就会有差异，当这个差值过大时，推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力，从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态。通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时，就应该拼装转弯环来进行纠编。通过转弯环的调整左右与上下的油缸行程差值就控制在30mm以内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。

 铰接油缸可以被动收放，有利于曲线段的掘进及盾构机的纠偏。同样铰接油缸的行程差也影响管片的选型。这时应将上下或左右的推进油缸行程差值减去上下或左右的铰接油缸行程差值，的结果作为管片选型的依据。

3. 设计线路和纠偏

四、管片选型方法

1.按设计线路进行管片选型

根据隧道中线的平曲线和竖曲线的走向，管片分为标准环、左转弯、右转弯三类。直线上选标准环，左转曲线上选左转环，右转曲线上选右转环。其中转弯环数量的计算公式如下：

θ=2γ=2*arctg（δ/D）

           式中：

                θ——转弯环的偏转角

                δ——转弯环的楔型量的一半（成都地铁19mm）

                D——管片直径

根据圆心角的计算公式

α=180L/（πR）

式中：

                L——段线路中心线的长度

                R——曲线半径

               而θ=α，以400mm的曲线半径为例，将之代入的到L=2.53m，所以在圆曲线上每隔2.53m一个转弯环（N=2.53/1.2=2环，即平均2环一个转弯环）。经过实际计算，在缓和曲线上，也近似于6.3m一个转弯环。

2. 根据盾尾间隙和油缸行程差来选择管片

盾构掘进过程中，理论盾尾间隙为75mm，施工中一般控制任何一个位置不能小于55mm，如果小于55mm需要立即采用转弯环来调整管片的盾尾间隙，调整的方法是将管片楔形量的位置放在管片盾尾间隙小的地方。管片的盾尾间隙**不能小于45mm，否则会造成管片破碎和盾构机推进阻力增大。 

同样，当相对方向上的油缸行程传感器反映出的油缸行程差值大于40mm时，应进行调整。调整的方法是将管片楔形量的位置尽可能放在油缸行程的地方，这样了缩短两个相对位置油缸之间的行程差，缩短多少可通过管片楔形量的计算公式进行计算。

在进行管片选型的时候，既考虑盾尾间隙影响时，又要考虑油缸行程差对管片选型的影响。只有盾尾间隙接近警戒值（45mm）时，才根据盾尾间隙进行管片选型。

3.管片选型要适应盾构机的姿态

管片是在盾尾内拼装，所以不可避免的受到盾构机姿态的制约。管片平面尽量垂直于盾构机轴线，让盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。同时也要兼顾管片与盾尾之间的间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而破损管片。当因地质不均、推力不均等原因，使盾构机偏离线路设计轴线时，管片的选型要适宜盾构机的姿态。

4.根据现有的管模数量和类型及能力

管片的需求量要与管片厂所配备的管模数量及能力进行管片型号的选择。如果计划的转弯环数量比较多可用一套左转环和一套右转环来代替两个标准环。因此，管片时应尽可能计划多点转弯环。

五、管片选型不当引起的后果分析

除过起填充作用的背后浆液外，管片是隧道衬砌、受力体系。所以管片的正确选型非常重要，当管片选型错误时，会引起隧道渗水、管片开裂、管片错台。由于选型错误，盾尾间隙小过45mm（针对海瑞克盾构机），管片和盾壳切在一起，管片的外棱和边角会被盾壳剐裂，导致管片止水条部位的混凝土开裂吊块，管片拼起来后，止水条部位就会形成漏水通道，造成隧道漏水。

选型错误，导致油缸行程差过大，油缸作用在管片上的力不均匀，盾构机无法纠偏，管片会受到集中应力，容易把管片推裂。

如果盾构机偏离设计线路，在纠偏过程中不要过急，为了保证盾构的铰接密封、盾尾钢丝刷密封工作良好，同时也为了保证管片不受损坏，盾构纠偏过程中不能有太大的调整量，一个掘进循环内盾尾间隙的纠偏值宜控制在±5mm内，否则转弯环管片的偏移量跟不上盾构机的纠偏幅度，盾尾也会挤坏管片。

六、管片拼装

1.管片拼装前的检查工作

（1）检查下井的管片型号是否正确。

（2）检查管片有无破损。

（3）检查管片止水条和传力衬垫粘帖是否牢靠，粘帖位置和数量是否正确。

（4）管片螺栓和遇水膨胀胶圈型号和数量是否满足要求。

（5）盾尾积水、淤泥是否清理干净。

2.管片拼装过程中的检查工作

（1）检查拼装过程中吊装头有无松动断裂。

（2）检查管片拼装过程有无管片破损。

（3）检查管片拼装过程中，拼装机下方是否有人，防止出现***事故。

（4）检查油缸收缩和顶进是否满足要求、检查管片螺栓是否拧紧。

3.管片拼装完的检查工作

（1）检查管片拼装中盾尾间隙变化情况，检查错台情况。

（2）检查管片螺栓是否按要求进行了3次复紧。

七、验收

 根据GB 50446-2008盾构法隧道施工与验收规范（GB 50446-2008）相关要求 ，盾构法隧道管片质量验收标准如下：

(1)钢筋混凝土管片不得有内外贯穿裂缝和宽度大于0.2mm的裂缝及混凝土剥落现象。

(2)管片防水密封质量符合设计要求，不得缺损，粘结牢固、平整。

(3)螺栓质量及拧紧度**符合设计要求。

(4)管片拼装过程中对隧道轴线和高程进行控制，其允许偏差和检验方法符合表1K420113-6的规定。

根据GB 50446-2008盾构法隧道施工与验收规范（GB 50446-2008）相关要求 ，盾构法成型隧道质量验收标准如下：

       提醒：由于盾构施工不可逆以及质量问题修复困难，请各单位建立质量控制预警机制，控制标准应更严格，才能确保施工质量，满足设计和验收规范。