趙夢巖，許 艇

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

TBM全稱為Full Face Rock Tunneling Boring Machine，國內簡稱掘進機或TBM，是一種利用旋轉刀盤破碎前方的巖石，隧洞開挖時管片的安裝作業(yè)也同步進行，從而使隧洞全斷面一次成型的大型施工器械。TBM隧洞管片襯砌型式可以分為六邊形管片和四邊形管片兩種形式。本文將著重介紹TBM六邊形管片的基本結構，并與四邊形管片結構的優(yōu)缺點進行比較分析。

1 六邊形管片結構

六邊形管片每環(huán)通常由4片菱形六邊形管片組成，一般為預制鋼筋混凝土構件，管片通過鏈接件連接在一起，整環(huán)相互咬合拼裝而成，每個管片的位置相對固定，寬度一般為TBM的兩個沖程，管片間的環(huán)向傳力需要一個管片向與其相連接的兩個管片傳遞，在管片和隧洞圍巖之間一般還有填充豆礫石作為回填層。其基本結構形式如圖1。

圖1 六邊形管片示意圖

四邊形管片通常由矩形管片組成，外形簡單，一般為預制鋼筋混凝土構件，矩形管片的環(huán)間縫面垂直于隧洞軸線，縱向接縫平行于隧洞軸線，這樣的設計使管片之間受力均勻，在拼裝時需要錯開兩相鄰環(huán)的環(huán)向接頭，保證相鄰環(huán)縱縫不在同一直線上，其基本結構形式如圖2。

圖2 四邊形管片示意圖

六邊形管片與四邊形管片基本結構對比如表1。

表1 六邊形管片與四邊形管片基本結構對比

2 優(yōu)缺點分析

六邊形管片與四邊形管片優(yōu)缺點比較如下：

（1）六邊形管片多用于無壓輸水隧洞，四邊形多用于無水隧洞。

（2）六邊形管片自身相互咬合，四邊形管片采用螺栓連接，在有水隧洞中螺栓容易發(fā)生腐蝕導致破壞。

（3）四邊形管片有螺栓存在，螺栓孔處容易應力集中，同時在施工過程中拼擰緊螺栓時往往使管片局部產生較大的集中應力，導致管片開裂。四邊形管片的厚度一般較大，因此比較笨重。

（4）六邊形管片工藝簡單，四邊形管片制造和安裝工藝復雜。

（5）六邊形管片在拼裝時，環(huán)縫在主受力方向是錯縫布置，結構整體穩(wěn)定性好。

（6）六邊形管片在整體施工過程，頂管片完整的承擔外部荷載，四邊形管片只是小管片承受外部荷載，隧洞受力狀況差。

（7）四邊形管片要擰螺栓，管片安裝干擾大。

（8）四邊形管片施工進度慢，六邊形管片施工進度快。

3 管片應用實例

我國在引大入秦工程、萬家寨引黃工程、新疆X4引水隧洞等工程均采用了六邊形管片襯砌型式。青藏高原多雄拉隧道工程則采用了四邊形管片襯砌型式。

引大入秦隧洞工程是我國首次使用TBM設備進行施工的工程，隧洞直徑4.8m。隧洞管片襯砌型式為六邊形管片，管片厚度為25cm。隧洞總長16.822 km。項目施工時6個月成洞進尺突破1.0km，其首次創(chuàng)新使用了預制鋼筋混凝土管片式襯砌結構，引大入秦隧洞工程已建成并運行了近30年，是我國在TBM設備施工技術領域上的成功應用典范，具有很好的示范效應。

萬家寨引黃入晉工程，隧洞管片襯砌型式為六邊形管片，隧洞開挖直徑為6.125m，每環(huán)4片，管片厚度為25cm，寬度為1.6m。管片和圍巖間有填充豆礫石作為回填層，管片接縫無止水條，用微膨脹水泥砂漿密封。

新疆X4隧洞工程，隧洞管片襯砌型式為六邊形管片，隧洞開挖直徑6.74m，管片厚度為28cm，管片和圍巖間有填充豆礫石作為回填層，豆礫石灌漿層平均厚9cm，以達到結構穩(wěn)定和防滲止水效果。

青藏高原多雄拉隧道工程，隧洞開挖直徑9.13m，管片形式為四邊形管片，管片厚度35cm，6+1管片為一環(huán)，管片環(huán)、塊間采用斜螺栓鏈接。在施工時，洞身段管片從720～785環(huán)出現了開裂、局部掉塊等問題，經過統(tǒng)計，管片開裂部位拱部占46%，邊墻占32%，仰拱占22%，裂縫主要為受拉裂縫，初步判斷均是由于管片拼裝問題引起的管片錯臺，繼而影響了管片結構受力情況，使管片局部拉應力急劇增加，最終導致管片開裂，若采用六邊形管片，即可避免發(fā)生此類問題。

4 結語

綜上所述，六邊形管片與四邊形管片相比，具有自身咬合性能好、工藝簡單、結構整體穩(wěn)定性好等優(yōu)點，并且國內多個大中型工程均采用了六邊型管片襯砌型式，經過多年的時間考驗，隧洞結構整體穩(wěn)定，足以驗證六邊形管片式襯砌結構的可靠性，建議工程師在設計管片結構時，結合工程特點，對六邊形管片與四邊形管片兩者進行充分比選后再做選型。