广州地铁六号线3标段盾构管片设计技术
2010-12-04 18:41
广州地铁六号线3标段盾构管片设计关键技术
【摘 要】通过对广州地铁六号线盾构3标段管片设计、选型及施工的研究,论述了在盾构隧道曲线段的通用环管片和左右转管片的楔形量、转弯能力计算方法和设计技术,该文提供的设计计算方法对类似工程的管片设计具有参考价值。
【关键词】管片,通用环,楔形量,转弯能力,拼装
1、工程简介
六号线盾构3标段工程位于广州市繁华的老城区,包括海珠广场站—一德路站、一德路站—文化公园站、文化公园站—黄沙站3个盾构区间隧道,区间左右线累计长4 804.413 m。区间隧道覆土厚度约15.3 m~28.6 m,隧道穿越地层主要为强、中、微风化泥质粉砂岩⑦层,⑧层,⑨层。
本工程区间隧道线路平面共计14个曲线段,半径小于700 m的平面曲线段长度占区间线路总长度的59%;小半径曲线段多,分别为250 m的曲线段2个,300 m的曲线段2个,转弯半径不大于300 m的曲线段长度占区间线路总长度的25.4%。
2、管片楔形量与转弯能力设计
本工程隧道最小平面曲线半径为250 m,在半径小于300 m的曲线段采用环宽为1.2 m的通用环(右转楔形环);在曲线半径大于300 m的曲线段采用1.5 m宽管片,1.5 m宽管片分左转环、右转环、直线环三种类型。所有管片要求采用错缝拼装(联络通道位置的特殊环除外),因此本工程共有4种型号管片。
本文首先以1.2 m宽通用环拼装右转隧道为例,说明了管片最小楔形量的确定过程。1.2 m宽通用环需满足最小水平250 m的转弯能力,确定所需楔形量的过程如下。
2.1 管片的分块形式和封顶块位置
按照广州市地铁管片设计常规,采用6块管片的分块形式,管片有10个纵向螺栓孔,相邻纵向螺栓孔之间的圆心角为36°,即封顶块可以拼装到10个位置。
因为要求错缝拼装,通过相邻管片的拼装组合可知,在不产生通缝的条件下,封顶块可安装位置减少1/2,即从第2个正环起,每环管片的封顶块可安装位置有5个。管片错缝拼装时封顶块拼装点位对照见图1。黑色表示可拼装,例如当前一环封顶块拼在1点时,后一环的封顶块可分别拼装在点2,4,7,9,11而不产生通缝。
2.2 管片超前量的计算
在水平半径不大于300 m的圆曲线段,采用封顶块处管片宽度最小的双面楔形通用环,设楔形量为Δ。为简化计算,取通用环的1/2计算。管片超前量计算示意图见图2。
如图2所示,底边圆周上点有D,设线OA与线OD的圆心角为θ,由图2可知:
平面AA′C″C与底面ADC分别见图3,图4。
其中,B′B″为圆心角θ所对应的超前量,由于以上计算模型选取的是通用环的1/2,则圆心角θ所对应的通用环实际超前量为:
2.3 楔形量的确定
由图2可知,封顶块拼点3和点2(或点4)时,管片左右楔形量最大,即右转能力最强;以拼点3、点2为例,由图3可知,环宽最小值,即封顶块位置的环宽为:
管片封顶块拼装在点2时,管片在点3和点9位置,即,正右和正左方向的超前量分别为：
点2管片与点3管片拼装示意图见图5。
最小楔形量计算方法如下:由于通常情况下,管片楔形量只有几十毫米,图5可简化为图6来计算转弯半径。式中单位均为mm。
计算结果说明1.2 m宽管片在此分块形式下采用31.84 mm的楔形量,点2,点3互拼时能形成半径为250 m的右转水平圆曲线。考虑到施工偏差,竖曲线等因素,管片的设计楔形量需大于理论最小楔形量,在本工程中选取了41 mm的楔形量。
3、结语
管片工程是盾构法隧道施工最重要的一个环节,为达到好的管片工程质量,则需要在管片的设计、施工环节考虑到区间的曲线因素,应采用合适的管片类型,设计合适的楔形量,并须验证管片的转弯能力。
参考文献:
[1] 竺维彬,鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京:中国科学技术出版社,2006.
[2] 竺维彬,鞠世健,史海欧.广州地铁三号线盾构隧道工程施工技术研究[M].广州:暨南大学出版社,2007.
