上海科卓建筑装饰工程设计有限公司 上海 200082
摘要：近几年国内地铁区间盾构隧道的结构设计相对于早期的上海地铁一号线又有了一定的发展，随着盾构法普及后工程条件的变化出现了一些新的管 片形式和结构分析方法，在借鉴国外经验的基础上将逐步做到与国际接轨。
关键词：地铁；隧道区间；隧道盾构法；管片衬砌；结构设计；综述
1引言
国内地铁区间隧道采用盾构法开始于世纪年代上海地铁一号线试验段，在其前后也有部分小型盾构隧道先后施工，内径以3～4m居多，主要用于引排水、人防及交通工程项目。大型盾构隧道国 内修建很少，主 要为上海跨越黄浦江的两条公路隧道。在国内大量修建的主要为地铁盾构区间隧道，上海地铁一、二号线暗挖区间都采用盾构法施工广州地铁一号线有两个区间、二号线有四个区间南京地铁一号线有六个区间，北京地铁五号线试验段以及深圳地 铁部分区间都采用盾构法施工，即将开工的成都地铁试验段两个区间也将采用盾构法施工。因此，盾构法在国内迎来了快速发展的时期。管片结构设计 主要包括两个方面：管片的构造设计、结构分析。具体内容见表。
2 管片构造设计现状及发展趋势
2.1单层、双层衬砌的选择
国内地铁区间隧道很少采用双层衬砌，只在盾构法最初阶段，例如在上海地铁试验段一段区间隧道中采用了双层衬砌，以进行试验研究，其后皆采用单层衬砌。
根据国内的设计、施工经验和地铁区间的运营情况，单层柔性衬砌结构的受力性能和耐久性等均可控制在预期的要求内，能够满足地铁隧道的运营要求，且单层衬砌的施工工艺单一、工程实施周期短、投资省、防水效果从施工情况看优于矿山法区间隧道，因此单层衬砌占据主导地位。
但是由于国内盾构区间隧道的运营时间还不长，结构的抗震性能、防水性能以及结 构的耐久性还有待时间来检验。这方面只能结合国外经验进行比较：在欧美盾构隧道以单层衬砌为主，双层衬砌很少使用；在日本双层衬砌和单层衬砌都多有采用。比较双方的差别，可能主要由于大的地质构造方面的差异，日本一直是一个地震高发带，而欧洲相对比较稳定。国内修建地铁的城市地震烈度基本为6~7度，从这点看，国内更趋向于欧洲的经验。
2.2管片内径的确定
隧道内径的确定主要取决于地下结构的建筑限界，同时还要考虑施工误差、测量误差、线路拟合误差及不均匀沉降等诸多因素。国内地铁区间隧道的建筑限界一般为5 200mm的圆形。按国内已建盾构区间隧道的情况，隧道内径有两种方案5 400mm和5 500mm。其中5 400mm内径主要用于地基承载力较高的地区，如广州、深圳、北京。5 500mm内径主要用于地基承载力较小的地区，如南京、上海。工程实践表明，这种差异是合理的。但国内地铁盾构区间在建成后不管是软土还是岩石地层，皆有侵限情况发生。分析其具体原因，主要在于施工中盾构姿态或线路控制不当导致的。按照国内盾构的机械能力和施工水平，管片内径和建筑限界的余量在正常施工情况下是可以保证地铁区间的使用功能要求的。
2.3管片结构型式
钢筋混凝土管片结构型式有两种：箱型管片和平板型管片。
箱型管片主要用于大直径隧道，手孔较大利于螺栓的穿入和拧紧，同时节省 了大量的混凝土材料，减轻了结构自重，但在千斤顶的作用下容易开裂。国内应用很少，在上海 穿越黄浦江的两条公路隧道—打浦路隧道和延安东路隧道中都采用了直径约11m的箱型管片。现在国内外很 多大直径隧道也采用平板型管片，例如国外著名大直径的易北河公路隧道以及在国内现正修建的穿越黄浦江的大连路越江公路隧道。对于中小直径的盾构隧道，国内外普遍采用平板型管片，因其手孔小对管片截面削弱相对较少，对千斤顶推力有较大的抵抗能力，正常运营时对隧道通风阻力也较小。根据目前国内外的实践经验，地铁区间隧道一般皆选用平板型管片。
2.4管片分块
关于国内地铁区间隧道的管片，早期在上海地铁试验段曾进行过四分块的试验，主 要考虑管片接缝的位置较好。而且在通缝拼装的情况下管片纵向接缝能够设置在受力较小的位置。由于分块少，管片的接缝也较少，从防水、节约工程造价考虑是有利的。但是，由于管片较大，运输、拼装作业相对不便。而盾构施工的一个发展趋势是快速拼装，因此四分块方案现在已经淘汰。现在在国内的地铁区间隧道全部采用六分块方案：一块封顶块+两块邻接块+三块标准块。而且从有利于管片拼装考虑，一般皆采用小封顶块。
2.5管片宽度
国内地铁区间隧道的管片宽度经历了一个发展过程：从上海地铁的1m宽逐步增加到广州地铁二号线的1.5m宽。其中广州地铁一号线、南京地铁一号线、深圳地铁和北京地铁五号线又采用了1.2m的宽度。
笔者根据国内外已建中等直径盾构隧道管片宽度的选择情况，对不同管片进行了比较如表2所示。
从比较可以看出，在整个机械系统配备合理协调的情况下，随着设计、施工经验的成熟，管片宽 度有逐渐增大的趋势。而且从结构防水、加快施工进度考虑，管片加宽是有利的；从经济性出发，管片加宽可节约综合造价。但管片加宽后，盾构在小半径曲线施工以及纠偏过程中，若施工控制不当，其产生的平面内弯矩可能会造成曲线外侧螺栓的较大剪切力以及内侧混凝土局 部过大的压应力，导致外侧手孔处混凝土剪切破坏或内侧混凝土受压破坏。同时运输系统由 于一次出碴量较大，运输能力要求高，而且采用编组列车运输，对设备维修管理要求也相应提高。
管片宽度由于受到机械系统的约束，其最大宽度有着一定的限制，从国内外的资料看，对于中等直径的地铁区间隧道，一般不超过１.５ｍ。
另外，软土地层采用宽管片会带来哪些问题，国内并无相关工程实践经验。从受力和变形分析考虑，其主要的控制点在于施工纠偏中外侧土的强度过低以及隧道整体刚度加大造成环缝的连接受力变大。根据广州地铁二号线区间的设计经验，在地质较好的地层中，环缝的连接螺栓一般安全系数很大，不控制管片 的结构设计。现在国内在软土地层中已有宽管片的实践经验，因此下一步管片再加宽到也是 有可能的。
总体来说，在国内现有的设计和施工水平下，管片有条件取较大的宽度，可根据具体工程条件进行选择。
结束语
随着我国经济和综合国力的提高，地下工程也以飞快的速度发展。盾构法作为地下工程尤其是地铁施工中主要的施工技术，其发展越来越成熟，应用也必将更加广泛。
参考文献
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论文作者:贾绪光
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/26
标签：管片论文; 盾构论文; 隧道论文; 区间论文; 地铁论文; 国内论文; 内径论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;