盾构揭秘：纵横贯穿的隧道离不开管片的默默支撑

【编辑】程小程

【信源】地铁万象

【本期责编】蓝爸爸、Monkey

【本期编审】Shining灵感

隧道的守望者

——巡查管片铺设

轨道交通路线纵横展开的背后，是盾构机的开山拓土；伦敦地铁百年历史的背后，离不开隧道管片的默默支撑。本期盾构探秘将为您介绍盾构管片的重要作用性。

引出——盾构法的普及

隧道掠影——古往

1960年，中国最早的地铁建设探索和实验在浦东塘桥试验基地进行，在一片农田上使用直径4.2米的简易盾构，掘进了100多米的隧道。

隧道掠影——今来

在城市交通拥堵问题日益严重的情况下，地铁隧道建设被越来越多的城市提上议程。目前，盾构隧道施工已发展一个半世纪，技术上日益成熟，并且具有对环境影响较小、成本低、适用范围广等优点，在诸多城市地铁隧道建设方法中脱颖而出，已成为一种不可或缺的隧道通用施工技术。

名词解释

盾构法施工：是使用一种称之为“盾构”的钢制挖掘机械在地下一边掘进，一边排土，同时在后方将预制的钢制或混凝土管片拼装成环作为衬砌，从而连续地构筑隧道的施工方法。

衬砌：指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。时至今日，国内越来越多的城市地铁隧道开始使用预制混凝土管片作为永久衬砌。

介绍——管片的种类

管片环按形状通常分为两种：普通环，用于隧道直线部位的施工；锥形环（可细分为仅一侧带锥度的单锥形环和两侧均带锥度的双锥形环），用于曲线部位的施工以及蛇行（偏离中心线）的修正。

普通环与锥形环配合使用就可以拼装各种线性的隧道。

一管片环（此指一环地铁隧道管片）通常由六个管片组成：标准块（A型管片）、邻接块（B型管片）、封顶块（K型管片），通过螺栓连接相邻管片。

直螺栓接缝：无论管片的材质与断面形状如何，直螺栓连接都是运用最多的接缝结构。箱形和型芯管片一般在接缝板和主梁部位有螺栓孔，进行螺栓连接。在箱形凹槽的背面设螺栓贯通孔，然后在螺栓孔中穿进螺栓进行连接。

密封性与防水性：密封性与防水性关乎隧道的质量，而实现这两样的，是管片上不起眼的“小物件”。使用（黑色）丁晴橡胶（具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能）作为密封条；（红色）聚氨酯材料（比PVC发泡材料更具稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能，具有更小的压缩变型性）作为止水带，遇水膨胀从而杜绝漏水的发生。

呈现——盾构法施工过程

1、盾构一次推进作业结束

盾构机千斤顶顶在拼装好的管片环上取得反作用力将盾构向前推进，每次推进的量相当于一环管片的宽度。

2、管片拼装机

管片拼装机俗称举重臂，是盾构的主要设备之一，位于“盾构”盾尾部位（安装在盾构壳体的环形梁上，保证在中央部位有足够的操作空间）用于将管片组装到所定位置的装置，常以液压为动力。

为了能将管片按照所需要的位置安全、迅速地进行拼装，拼装机在钳捏住管片后，还必须具备沿径向伸缩、前后平移和360°旋转功能。（上下升降、前后移动、左右旋转）

3、管片拼装分类

（1）通缝拼装

各环管片纵缝对齐拼装，这种拼装方法在拼装时定位容易，纵向螺栓容易安装，拼装施工应力小,但会有一定的累计误差。

*错缝拼装

前后环管片的纵缝错开拼装，一半错开1/2~1/3块管片弧长，用此法建造的隧道整体性较好，拼装施工应力大，纵向压密差。但环面较平正，环向螺栓比较容易安装。

（2）锥形管片拼装

锥形管片拼装是利用左右环宽不等的特点，管片任意旋转角度进行拼装，这种拼装方法工艺要求高，在管片拼装前需要对隧道轴线进行计算预测，及时调整管片旋转角度。

锥形管片有最大宽度和最小宽度，用于隧道转弯和纠偏。隧道转弯的锥形管片由管片的外径和相应的施工曲线半径而定。

4、管片拼装顺序

管片拼装是建造隧道重要工序之一，管片拼装后形成隧道，拼装质量直接影响工程质量。

管片拼装顺序通常“自下而上”，先A型管片（标准块），后B型管片（邻接块）最后K型管片（封顶块）。

K型管片可进一步分为从隧道中心向外周方向拼装的径向插入型和从隧道开挖面朝竖井方向按隧道轴向拼装的轴向插入型。轴向插入型与径向插入型相比，尽管盾尾部有所加长，但对封顶块的接缝部位的剪切强度有利。

5、（多次）螺栓紧固

一环管片拼装后，利用全部盾构千斤顶均匀施加压力，充分紧固轴向连接螺栓（第一次预紧）；并在管片环脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固（管片在盾构向前推进时，脱出盾尾后，在周围土压力的作用下，原来拼装时紧固的连接螺栓会松弛)；在经过一段时间后，成形的隧道会逐步趋于稳定，这时候需对管片连接螺栓进行最后一次紧固。

6、盾构继续推进

盾构机千斤顶顶在拼装好的管片环上取得反作用力将盾构向前推进。与此同时，向随着推进产生的管片背面（外周）与自然土体面之间的空隙（盾尾间隙）中压注浆液以保持周围土体稳定。

7、反复进行上述作业

地铁隧道就是通过反复上述作业建成的。

8、日常检查

本着严谨细致的态度，“盾构人”每日下井数次，对隧道管片质量情况（管片碎裂点数、高低踏步差、漏水情况等）检查并及时上报，发现问题及时与施工方联系处理，确保隧道建设的质量。

anything else

相信阅读仔细的人发现了问题，盾构机最初推进时（始发），缺少了拼装好的管片环为之提供向前的推进力。

为此需搭建一种管片——负环管片。

（摄于歇浦路—龙居路，盾构机拼装及负环管片）

负环管片也称临时管片，安装在反力架和盾构千斤顶之间，为盾构机提供向前的推进力，直到将盾构机构的盾尾进入井壁另一侧的洞口，并向前掘进一段距离，使得地层与正环管片之间的摩擦力能够抵消盾构机推进产生的反力，此时从反力架到盾尾之间的临时管片完成了使命，可以拆除。

来源：上观新闻