关键词：地铁盾构；盾构隧道；管片预埋；预埋槽道
引言：
尽管国内铁路工程接触网应用预埋槽道技术有近十年的历史，但由于地铁盾构隧道工程的特殊条件，铁路工程预埋槽道技术标准难以完全涵盖地铁盾构隧道预埋槽道的技术要求，同时国内的盾构隧道管片宽度不一，在预埋槽道的断面尺寸、防腐等关键技术方面仍存在认识上的误区，对推广运用盾构隧道管片预埋新材料、新技术造成很大的困扰。因此，及时开展盾构隧道管片预埋槽道关键技术研究就显得非常迫切和必要。
1盾构隧道管片预埋槽道概述
盾构技术作为地铁隧道施工中一重要技术，在国内外地铁工程广为应用。预埋槽道在国外应用已有近百年的历史，但因国外技术封锁等原因，国内尚无技术标准可循。盾构隧道管片预埋槽道是一次性预埋在管片中，在后期机电安装时不需要在管片上打孔植入膨胀螺栓[1]。预埋槽道技术不仅使得在盾构隧道内机电安装快捷、方便，综合成本低，维护方便，节约工期，同时还避免了因打孔造成盾构隧道管片结构损坏和打伤管片内部钢筋等现象，因而近几年得以在我国开始普及应用。
2预埋槽道的材质
2.1预埋槽道的槽体
盾构隧道管片预埋槽道、锚杆和相应配件的材质选用低碳高合金钢。通过在地铁盾构隧道管片预埋槽道槽体中添加其它金属元素，使得预埋槽道在疲劳频率为1～3Hz、正弦波波形、荷载基准及幅值为（1.0±3.0）×104N的情况下，自由状态时的疲劳试验不小于100万次；在预埋混凝土中受约束时，疲劳试验不小于300万次，同时满足1200h的耐火能力。
2.2合金共渗材料
地铁盾构隧道管片预埋槽道及锚杆的防腐层采用多元合金共渗层（包括但不限于以下几类元素）。
2.3绝缘封闭材料
地铁盾构隧道管片预埋槽道及锚杆的绝缘层元素组成（包括但不限于以下几类元素）。
3预埋槽道的断面尺寸
3.1预埋槽道的断面尺寸
目前国内地铁盾构隧道衬砌管片的宽度主要有1.2m，1.5m和2.0m（应用于盾构直径11m以上的大直径隧道），对应的盾构隧道管片预埋槽道宽高尺寸主要有30mm×20mm，30mm×25mm和38mm×23mm。地铁盾构隧道管片预埋槽道槽口设计有两种形式：（1）燕尾槽，槽口边角度α值为75°；（2）平口槽，α值为90°。采用燕尾槽还是平口槽，需根据工程实际来决定。考虑地铁盾构隧道列车运营动荷载要求，地铁盾构隧道管片预埋槽道一次热轧成型，以便解决冷弯时的应力集中问题。
3.2槽道的极限破坏试验
为了提高槽道自身的防腐和耐火能力，在槽道的槽体中添加镍、铬等其它金属元素后，使得槽道的力学性能大大提高。为进一步验证槽道的力学性能，进行了槽道的抗拉、抗剪性破坏试验。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过对尺寸为30mm（宽）×20mm（高）预埋槽道的抗拔、抗剪性能的破坏试验可知，预埋槽道在施加40kN的抗拔、抗剪力时，槽体和内齿才开始发生变形，这是因为地铁盾构隧道管片预埋槽道设计要求施加的14kN抗拔力、10kN抗剪力的2.8倍以上。从试验可知，地铁盾构隧道管片预埋槽道主材通过添加一定量的特殊金属元素后，其力学性能远远超出其设计荷载的要求，因此预埋槽道的断面尺寸可以减小。在地铁盾构隧道运营阶段机电设备荷载一定的情况下，尺寸为30mm×20mm的预埋槽道经济性更优于30mm×25mm和38mm×23mm两种断面型式。
4预埋槽道的防腐技术
4.1电化腐蚀
地铁盾构隧道列车的牵引电流是1500V直流电。在列车供电过程中，由于种种因素存在，在轨行区会形成一定的杂散电流，对预埋在盾构隧道管片中的槽道造成腐蚀。因此，地铁盾构隧道管片的预埋槽道需在表层设置绝缘层。地铁盾构隧道管片预埋槽道的绝缘层能抵抗1500V击穿的能力，且表面电阻不小于50MΩ。
4.2化学腐蚀
钢材不管在酸性、碱性或者中性水溶液中，都能发生化学反应，从而造成腐蚀。地铁盾构隧道管片预埋槽道工作环境处在阴冷潮湿的隧道内，极易遭到腐蚀，而预埋槽道要求满足100a的使用寿命。因此，地铁盾构隧道管片预埋槽道的防腐层非常关键[2]。地铁盾构隧道管片采用目前最先进的锌铝锰等多元合金共渗层，能满足中性烟雾试验2400h或者铜盐加速试验300h不出现红绣的要求。
5保证地铁盾构隧道管片预埋施工质量的措施
5.1及时量测，检查管片拼接质量及错台情况。当管片的环面与盾构推进方向存在夹角时，其合力作用方向部位的管片容易错台破碎，及时修补破碎管片并及时二次注浆，以防管片破损情况加大。
5.2盾构机及时纠偏，隧道转弯处加强测量工作，并尽量勤纠偏，小纠偏，使管片外弧与盾尾内壁间的距离沿环向分布均匀，同步注浆均匀，确保上部管片（尤其是封顶块、封顶块与邻接块接缝处）与盾构机内壳间隙均匀，盾构推进过程中，减少管片受压破损情况[3]。
5.3针对管片上浮情况，有以下几点产生原因：泥水浮力、浆液浮力、注浆压力、泥浆后窜、卸载回弹、盾尾间隙和上覆土的反向压缩等。通过提高早期抗剪强度，降低粉煤灰和增加黄砂含量来适当降低浆液的塌落度、稠度值及流动性以及增加膨润土的含量来降低浆液的泌水率；增加纵向螺栓预应力，提高管片环缝的摩擦系数；上浮严重区适量堆载；采用预偏设计，设置合理的预偏值，使隧道的线形尽量和设计轴线精确拟合[4]。
5.4盾构运行轨迹应保持平顺，管片拼装严格控制管片拼装的垂直度、圆整度、拧紧螺栓的扭矩和蛇行时楔形管片的拼装位置，在整圆器支撑刚拼好的管片的同时，采用同步注浆及时固定管片的位置，以防管片拼装不合理导致受力变形。
结论与建议：
（1）该市地铁盾构隧道管片采用的预埋槽道参数在各项试验检测中均合格，后期的盾构隧道机电设备安装也取得了很好的效果，验证了该标准是科学合理的。兰州地铁盾构隧道管片预埋槽道在设计、生产以及应用安装所取得的成果，可为建立地铁盾构隧道管片预埋槽道的国家技术标准提供依据。（2）通过预埋槽道的抗拔、抗剪破坏试验可知，30mm×20mm槽道的力学性能远大于设计要求。因此，在今后的工程设计中，槽道的结构尺寸应该宜小不宜大，以降低工程成本。同时，只有采用统一断面尺寸的预埋槽道，才能在国内地铁工程中通用，大大降低生产成本。（3）地铁盾构隧道管片预埋槽道的防腐是其关键技术之一，不管采用哪种材料，只要满足电化腐蚀和化学腐蚀的要求即可；另外，因为不锈钢材料的诸多优点，盾构隧道管片预埋槽道的主材采用不锈钢材料应该是今后的发展方向，应尽快开展相关的研究。
参考文献：
[1]周诚华.城市轨道交通盾构管片预埋槽道关键技术研究[J].土工基础,2018,32(06):574-577.
[2]靳世鹤,孙红斌,李强年,李积鸿.地铁盾构管片预埋槽道在铺轨中的应用研究[J].施工技术,2018,47(16):49-51.
[3]靳世鹤,孙红斌,曲明玉,严松宏.地铁盾构管片预埋槽道防腐技术研究[J].铁道标准设计,2017,61(08):121-124.
[4]刘奇.地铁盾构管片预埋槽道质量及性能研究[J].中国铁路,2016(06):102-105.
论文作者:徐哲
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷24期
论文发表时间:2020/4/26
标签：管片论文; 盾构论文; 隧道论文; 地铁论文; 断面论文; 尺寸论文; 荷载论文; 《建筑实践》2019年38卷24期论文;