湯玉潔，張杰，丁飛 （中煤第三建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

地鐵道床是鋪設(shè)于盾構(gòu)管片底部上方、軌道框架的基礎(chǔ)，把行車荷載傳遞給管片及周邊巖土體。地鐵隧道的整體式道床為直接澆筑于管片上的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其與管片之間并無(wú)牢固連接，且兩者的混凝土等級(jí)差別較大（盾構(gòu)管片混凝土等級(jí)為C50，道床混凝土等級(jí)一般為C35），導(dǎo)致兩者之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度較低。在各種因素綜合作用下，道床與管片之間可能相互脫空，脫空位置處管片不再對(duì)道床提供豎向支撐力與水平向摩阻力，勢(shì)必影響行車安全。

在北京、上海、廣州、深圳、成都等地均曾發(fā)生過(guò)道床與管片剝離、脫空的現(xiàn)象。如上海地鐵1 號(hào)線黃陂南路站-人民廣場(chǎng)站-新閘路站區(qū)間內(nèi)，隧道與道床間接觸的部位發(fā)生開(kāi)裂，裂縫寬度在0.5～0.8mm 左右[1]。廣州地鐵1 號(hào)線東山口站-楊箕站-體育西站區(qū)間，道床兩側(cè)排水溝與管片出現(xiàn)了剝離，伴有冒泥、冒漿等現(xiàn)象[2]。道床與管片剝離的現(xiàn)象在成都地鐵盾構(gòu)區(qū)間中較為常見(jiàn)，在1號(hào)線三期、3 號(hào)線二/三期、4 號(hào)線二期、7號(hào)線、10 號(hào)線一期共發(fā)現(xiàn)約3000 處剝離[3]。

目前，關(guān)于盾構(gòu)管片與道床之間的脫空研究主要集中在脫空現(xiàn)象的探測(cè)[4-7]及脫空危害的治理[8-12]等方面，而對(duì)如何從源頭減小管片與道床之間脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生研究較少。傳統(tǒng)道床設(shè)計(jì)中，道床鋼筋籠與管片之間并無(wú)本質(zhì)連接，主要由于道床鋼筋無(wú)法在管片上生根。因此，如何改進(jìn)管片設(shè)計(jì)，使道床與管片標(biāo)準(zhǔn)塊之間能夠相互有效連接，減少或杜絕道床與管片脫空現(xiàn)象的發(fā)生，是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

為此，本文提供一種盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)方案，使管片與道床之間相互牢固連接，減少與預(yù)防脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2 新型管片標(biāo)準(zhǔn)塊

一般地，一環(huán)地鐵隧道由六塊管片組裝而成，包括三塊標(biāo)準(zhǔn)塊、兩塊鄰接塊與一塊封頂塊，通常標(biāo)準(zhǔn)塊用A1、A2、A3 表示，鄰接塊用B1、B2 表示，封頂塊用K 表示。管片之間環(huán)向用12 個(gè)M27螺栓連接，縱向用16 個(gè)M27 螺栓連接。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊的尺寸與配筋完全相同，一般標(biāo)準(zhǔn)塊鋪設(shè)于中下部，道床通常置于標(biāo)準(zhǔn)塊之上。

管片標(biāo)準(zhǔn)塊的環(huán)向弧度為67.5°，縱向設(shè)置3 排螺栓孔，相鄰螺栓孔中心線的環(huán)向弧度為22.5°，邊緣螺栓孔中心線距管片邊緣的的環(huán)向弧度為11.25°，如圖1 與圖2 所示。鑒于道床主要鋪設(shè)于管片標(biāo)準(zhǔn)塊上的事實(shí)，現(xiàn)對(duì)管片標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行局部改造，鄰接塊、封頂塊無(wú)需改動(dòng)。

圖1 傳統(tǒng)管片標(biāo)準(zhǔn)塊正面設(shè)計(jì)圖

圖2 傳統(tǒng)管片標(biāo)準(zhǔn)塊平面設(shè)計(jì)圖

一種抵抗道床脫空的管片標(biāo)準(zhǔn)塊，其特征在于：一環(huán)管片共三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊，包括一個(gè)帶一個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊、一個(gè)帶兩個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊與一個(gè)不帶凸塊的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)塊；帶一個(gè)凸塊標(biāo)準(zhǔn)塊的凸塊位于管片邊緣的縱向螺栓孔之間；帶兩個(gè)凸塊標(biāo)準(zhǔn)塊的凸塊位于管片邊緣與中部的縱向螺栓孔之間；凸塊與管片內(nèi)側(cè)之間設(shè)置孔洞；凸塊的內(nèi)部配筋與管片主筋牢固連接。

圖3 與圖4 給出了帶兩個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊的構(gòu)型圖，兩凸塊位于管片邊緣與中部的縱向螺栓孔之間。圖5 與圖6 給出了帶一個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊的構(gòu)型圖，凸塊位于管片邊緣的縱向螺栓孔之間。

圖3 帶兩個(gè)凸塊的管片標(biāo)準(zhǔn)塊主視圖

圖5 帶一個(gè)凸塊的管片標(biāo)準(zhǔn)塊主視圖

圖6 帶一個(gè)凸塊的管片標(biāo)準(zhǔn)塊三維方位圖

管片環(huán)向組裝時(shí)，帶一個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊與帶兩個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊相互組裝，且在管片邊緣設(shè)置凸塊的一側(cè)相互連接，如圖7 所示。管片縱向組裝時(shí)，相鄰各環(huán)管片錯(cuò)縫連接，且錯(cuò)縫弧度為22.5°，最終使所有凸塊形成三列縱向排列，如圖8 與圖9 所示。一般情況下，管片標(biāo)準(zhǔn)塊弧長(zhǎng)為67.5°，沿縱向設(shè)置排縱向螺栓孔，相鄰縱向螺栓孔之間的弧度為22.5°，側(cè)邊螺栓孔離管片邊緣的弧度為11.25°，故相鄰管片組裝后相鄰側(cè)邊螺栓孔之間的弧度為2×11.25°=22.5°，因此相鄰各環(huán)管片錯(cuò)縫連接且錯(cuò)縫弧度為22.5°，即可實(shí)現(xiàn)縱向有效連接，如圖8～圖10所示。

圖8 管片標(biāo)準(zhǔn)塊縱向連接示意圖

圖9 道床鋼筋籠與管片連接示意圖

圖10 道床鋼筋籠底部縱筋與管片凸塊連接示意圖

凸塊上的孔洞直徑不小于5.0cm，凸塊的縱向長(zhǎng)度在25～50cm 之間取值。凸塊位于兩個(gè)縱向螺栓孔之間居中分布，兩個(gè)縱向螺栓孔間距為75cm，凸塊縱向長(zhǎng)度不應(yīng)使局部產(chǎn)生應(yīng)力集中。上述尺寸是針對(duì)管片寬度為1.5m 的情況進(jìn)行描述的。

隧道管片內(nèi)部的道床施工時(shí)，道床鋼筋籠的部分底部縱筋穿入各列凸塊的孔洞中，使道床鋼筋籠與管片之間形成牢固連接，如圖9與圖10所示。

穿入凸塊孔洞中的底部縱筋應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，在道床與管片相互作用下不發(fā)生屈服與破壞。凸塊2 的內(nèi)部配筋及鋼筋連接應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，在道床與管片相互作用下不發(fā)生屈服與破壞。

最終管片內(nèi)部的道床如圖11 所示，三列凸塊對(duì)稱地分布于道床底部，道床鋼筋籠4 中的部分底部縱筋穿入凸塊2的孔洞中。

圖11 道床澆筑成型示意圖

3 制作與施工要點(diǎn)

3.1 新型管片制作與施工要點(diǎn)

局部改造管片標(biāo)準(zhǔn)塊的制作模具，使一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊帶一個(gè)凸塊，凸塊位于管片邊緣的縱向螺栓孔之間；使另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊帶兩個(gè)凸塊，兩凸塊位于管片邊緣與中部的縱向螺栓孔之間，凸塊的內(nèi)部配筋與管片主筋牢固相連。第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)塊相同，模具無(wú)需改變。

盾構(gòu)施工時(shí)，管片環(huán)向組裝時(shí)帶一個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊與帶兩個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊相互組裝，且在管片邊緣設(shè)置凸塊的一側(cè)相互連接，如圖7 所示；管片縱向組裝時(shí)，相鄰各環(huán)管片錯(cuò)縫連接且錯(cuò)縫弧度為22.5°，最終使所有凸塊形成三列縱向排列，如圖8所示。

道床施工時(shí)，道床鋼筋籠的部分底部縱筋1 穿入各列凸塊的孔洞中，使道床鋼筋籠與管片之間形成牢固連接，如圖9 與圖10 所示。最終使三列凸塊對(duì)稱的位于道床底部，道床鋼筋籠中的部分底部縱筋穿入凸塊的孔洞中，如圖11所示。

3.2 新型管片構(gòu)型優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)管片標(biāo)準(zhǔn)件上設(shè)置帶孔洞的凸塊，使道床鋼筋籠的部分底部縱筋穿入各列凸塊的孔洞中，使道床鋼筋籠與管片之間形成牢固連接，相互形成整體，減少或杜絕了道床與管片脫空現(xiàn)象的發(fā)生。

道床鋼筋籠的部分底部縱筋穿入各列凸塊的孔洞中相互形成整體，不僅提高了道床的整體性，還提高了隧道的抗變形能力，為減小隧道管片之間錯(cuò)臺(tái)、滲漏發(fā)揮積極作用。

地鐵運(yùn)行過(guò)程中使道床與管片之間產(chǎn)生較大的切向力，要求道床與管片之間提供較大的縱向摩擦力，道床底部管片上凸起的凸塊增大了道床與管片之間的相互摩擦，對(duì)列車運(yùn)行有利。

對(duì)傳統(tǒng)管片標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行局部改造，形成一個(gè)帶一個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊、一個(gè)帶兩個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊與一個(gè)不帶凸塊的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)塊，凸塊位置固定，滿足標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)需求，對(duì)管片制作與生產(chǎn)無(wú)明顯影響。

4 結(jié)論

本文提出了一種抵抗道床脫空的管片標(biāo)準(zhǔn)塊，一環(huán)管片共三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊，分別為一個(gè)帶一個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊、一個(gè)帶兩個(gè)凸塊的標(biāo)準(zhǔn)塊與一個(gè)不帶凸塊的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)塊。帶一個(gè)凸塊標(biāo)準(zhǔn)塊的凸塊位于管片邊緣的縱向螺栓孔之間，帶兩個(gè)凸塊標(biāo)準(zhǔn)塊的凸塊位于管片邊緣與中部的縱向螺栓孔之間，凸塊與管片內(nèi)側(cè)之間設(shè)置孔洞，凸塊的內(nèi)部配筋與管片主筋牢固連接。

隧道管片內(nèi)部的道床施工時(shí)，道床鋼筋籠的部分底部縱筋穿入各列凸塊的孔洞中，使道床鋼筋籠與管片之間形成牢固連接，減少或杜絕了道床與管片脫空現(xiàn)象的發(fā)生，還提高了隧道的抗變形能力，為減小隧道管片之間錯(cuò)臺(tái)、滲漏發(fā)揮積極作用。

凸塊的設(shè)置提高了道床與管片之間的縱向摩擦力，對(duì)列車運(yùn)行有利，且凸塊位置固定，適合標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)需求，對(duì)管片制作與生產(chǎn)無(wú)明顯影響。