成都地区管片选型技术.doc

成都地铁管片选型技术一、成都地铁管片设计参数1、衬砌环构造成都地铁采用的衬砌环外径6000mm，内径5400mm。管片幅宽分为1500mm，1200mm，管片厚度300mm。混凝土强度等级C50，抗渗等级P12。每环衬砌环由6块管片组成，其中1块封顶块、2块邻接块、3块标准块。为了满足与曲线段线路的拟合及施工纠偏的需要，设计了标准环、左转弯楔形环和右转弯楔形环，通过合理的组合来拟合不同的曲线。成都地铁采用的楔形环为双面楔形，单面楔形量为19mm，转角为0.1814，整环楔形总量为38mm，转角为0.363。2、管片连接衬砌环纵、环缝连接采用弯螺栓连接，其中1500mm幅宽的管片每环纵缝采用12根M27螺栓，每个环缝采用10根M27螺栓；1200mm幅宽的管片每环纵缝采用12根M24螺栓，每个环缝采用10根M24螺栓。二、管片选型的分析根据设计线路进行掘进，避免产生不必要的偏差。在实际掘进过程中，盾构机因为地质不均、推力不均等原因，盾构机的姿态经常会偏离隧道设计线路，当盾构机偏离设计线路进行纠偏时，要特别注意管片选型，避免因盾尾间隙过小而造成管片破损等事故。1、管片拼装点位的分析管片的拼装点位表示每一环管片中封顶块所在的位置。根据成都地区管片的设计构造图，将管片拼装分为10个点位，分别是1点（封顶块右偏18）、2点（封顶块右偏54）、3点（封顶块右偏90）、4点（封顶块右偏126）、5点（封顶块右偏162）、6点（封顶块左偏162）、7点（封顶块左偏126）、8点（封顶块左偏90）、9点（封顶块左偏54）、10点（封顶块左偏18）。管片点位的划分是以管片的分块形式和螺栓孔的位置为依据，合适的点位才能确保两环之间所有的纵向螺栓孔的位置能够重合。在成都地铁盾构隧道管片采用错缝拼装，拼环时点位尽量优先选用ABA（1点、10点）形式，其中第一环的封顶块管片从正上方右偏18，第二环的封顶块管片从正上方左偏18。根据相邻两环管片不能通缝的原则，对每一环管片的点位进行选择，并优选合理的点位来拟合隧道的线形与盾构机的纠偏。管片的拼装点位有一定的规律性，现为了保证隧道的美观和防水效果，将管片的点位划分为两类：上半区点位（1点、2点、3点、8点、9点、10点），下半区点位（4点、5点、6点、7点）。其中上半区点位位于隧道中线以上（含中线），有利于管片拼装和隧道的防水质量，因此上半区作为管片点位选择的主要区域。从管片拼装点位的位置模拟看出成都地铁的管片点位可分位奇数和偶数点位。相邻的两环管片不能为同类型的点位。即，如果上一环封顶块的位置在奇数点位上，则下一环管片选择时只能选择封顶块位置在偶数点位上，只有这样才可确保拼装的相邻管片不通缝；反之，如果上一环封顶块的位置在偶数点位上，则下一环管片选择时只能选择封顶块位置在奇数点位上。例如：上一环选择3点，则下一环就可优先选择2点、8点、10点。在成都地铁中联络通道处管片封顶块的位置为正上方左偏18或者正上方右偏18，联络通道开口的位置与封顶块的位置在同侧。即可根据联络通道处相邻通缝两环管片的开口位置确定出封顶块所在的点位。例如，某条隧道正在盾构掘进右线（从小里程大里程方向），则联络通道的管片为左开洞，因此联络通道处相邻两环通缝管片封顶块位于正上方左偏18的拼装点位上。在成都地铁盾构区间设计文件中明确始发洞门的长度为700mm，接收洞门的长度根据实际情况确定。因为始发洞门的位置已经确定，则联络通道处的管片开口已经确定。经过简单的里程计算便可算出从联络通道中心处到第一环管片之间是多少环管片。如果是奇数环则第一环管片与联络通道处开口的第一环管片拼装点位相同；如果是偶数环则第一环管片与联络通道处开口的第一环管片拼装点位相反。通过以上的方法可确定出盾构机始发时正环第一环管片的拼装点位，值得注意的是（1）管片拼装质量所导致的环缝的宽度的不同（一般取2-3mm）。（2）在第一环与联络通道之间存在400m的小曲线半径，在成都地铁已明确在400m的小曲线半径上采用1.2m的管片，因此计算时要区分开各段。2、管片楔形量的计算成都地铁采用的左右转弯楔形环为等腰梯形型，该类型的管片需要两次可达到调整方向的目的，纠偏量比较小，有利于盾构机掘进中的方向控制。 管片楔形量的计算模型如下图所示： 说明：括号外数值表示1.5m楔形环管片宽度，括号内数值表示1.2 m楔形环管片宽度。A点的楔型量计算如下：Tg(Q)=19/6000Q=acrtg(19/6000)=0.181436L=3000(1-COS(B)X=3000(1-COS(B).19/6000A点的楔型量：X=9.5(1-COS(B) 管片各点位单面楔型量的通用计算公式是：X=9.5(1-COS(B)，每一楔形管片拼装完成后，则计算每一点管片处推进油缸相对于管片宽度最小处的差量为：L=19（1- COS(B)）。转弯环拼装完成后则各点点处的油缸行程缩短相应的变化量。 B表示任意点从管片楔形量为宽度最小处到该点所对应的圆心角。通过对成都地铁管片双面楔形的特点分析，对于油缸的行程调整是通过一次完成的，对于管片方向、盾构机姿态及盾尾间隙的调整是通过两次调整完成的。根据楔形环的特点，总结出盾尾间隙变化量的计算如下：（1）1.5m管片第一次调整（直线+转弯模式）： 转弯环楔形量最大处盾尾间隙变化量：1=SIN（Q）（1500+19（1- COS(B)）=sin（arctg（19/6000）1519=4.81mm （增大）转弯环楔形量最小处盾尾间隙变化量：1=SIN（Q）（1500-19（1- COS(B)）=sin（arctg（19/6000）1481=4.69mm （减小）鉴于两者相差较小，便于计算在图中两者均取为4.81mm。（2）1.5m管片第二次调整（转弯+直线模式）：转弯环+直线环拼装完成后，上一环转弯环楔形量最大和最小所对应的直线环位置处盾尾间隙变化量：2=1500SIN（Q）=1500sin（arctg（19/6000）=4.75mm 楔形量最大处盾尾间隙增大4.75mm，楔形量最小处盾尾间隙减小4.75mm。 （3）1.2m管片第一次调整（直线+转弯模式）： 转弯环楔形量最大处盾尾间隙变化量：1=SIN（Q）（1200+19（1- COS(B)）=sin（arctg（19/6000）1219=3.86mm （增大）转弯环楔形量最小处盾尾间隙变化量：1=SIN（Q）（1200-19（1- COS(B)）=sin（arctg（19/6000）1181=3.74mm （减小）鉴于两者相差较小，便于计算在图中两者均取为3.86mm。（4）1.2m管片第二次调整（转弯+直线模式）：转弯环+直线环拼装完成后，上一环转弯环楔形量最大和最小所对应的直线环位置处盾尾间隙变化量：2=1200SIN（Q）=1200sin（arctg（19/6000）=3.8mm 楔形量最大处盾尾间隙增大3.8mm，楔形量最小处盾尾间隙减小3.8mm。 三、影响管片选型的因素及管片选型的方法1、影响管片选型的因素（1）盾尾间隙的影响盾尾间隙是管片选型的一个重要依据。如果盾尾间隙过小，则盾构机在掘进过程中盾尾将会与管片发生摩擦，增加盾构机向前的阻力和造成管片压坏引起隧道渗漏水，同时使盾尾密封效果减弱造成盾尾漏浆。根据施工经验盾尾圆周上任意一点的盾尾间隙量不宜小于45mm，否则可能会造成盾尾将管片背侧拉烂的情况。（2）推进油缸行程和铰接油缸行程差对管片的选型的影响。盾构机是依靠推力油缸顶推在管片上产生的反力向前掘进的，推力油缸按上、下、左、右四个方向分成四组，每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片的平面位置之间的空间关系，可以看出下一个掘过循环盾尾间隙的变化趋势。当管片平面不垂直于盾构机轴线时各组推进油缸的行程就会有差异，当这个差值过大时，推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力，从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态。通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时，就应该拼装转弯环来进行纠编。通过转弯环的调整左右与上下的油缸行程差值就控制在30mm以内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。铰接油缸可以被动收放，有利于曲线段的掘进及盾构机的纠偏。同样铰接油缸的行程差也影响管片的选型。这时应将上下或左右的推进油缸行程差值减去上下或左右的铰接油缸行程差值，最后的结果作为管片选型的依据。（3）管片选型要符合设计线路和有利于盾构机纠偏。2、管片选型的方法 （1）根据隧道中线的平曲线和竖曲线的走向，管片分为标准环、左转弯、右转弯三类。直线上选标准环，左转曲线上选左转环，右转曲线上选右转环。其中转弯环数量的计算公式如下：=2=2*arctg（/D） 式中： 转弯环的偏转角 转弯环的最大楔型量的一半（成都地铁19mm） D管片直径根据圆心角的计算公式=180L/（R） 式中： L段线路中心线的长度 R曲线半径 而=，以400mm的曲线半径为例，将之代入的到L=2.53m，所以在圆曲线上每隔2.53m一个转弯环（N=2.53/1.2=2环，即平均2环一个转弯环）。经过实际计算，在缓和曲线上，也近似于6.3m一个转弯环。（2）根据盾尾间隙和油缸行程差来选择管片 盾构掘进过程中，理论盾尾间隙为75mm，施工中一般控制任何一个位置不能小于60mm，如果小于60mm需要立即采用转弯环来调整管片的盾尾间隙，调整的方法是将管片楔形量最大的位置放在管片盾尾间隙最小的地方。管片的盾尾间隙绝对不能小于45mm，否则会造成管片破碎和盾构机推进阻力增大。 同样，当相对方向上的油缸行程传感器反映出的油缸行程差值大于40mm时，应进行调整。调整的方法是将管片楔形量最大的位置放在油缸行程最大的地方，这样了缩短两个相对位置油缸之间的行程差，缩短多少可通过管片楔形量的计算公式进行计算。举例如下：假定push rams(推进油缸)上：1850 mm 下：1830 mm 左：1820 mm 右：1840 mm Articulation ramas（铰接油缸）上：80 mm 下：70 mm 左：62 mm 右：75 mm盾尾间隙：上：65 mm 下：80 mm 左：60 mm 右：90 mm上下：（1850-1830）-（80-70）=10mm左右：（1820-1840）-（62-75）=-7mm盾尾间隙：上：75-65=10mm，下：70-80=-10mm左：75-60=15mm，右：70-90=-20mm查表需要右转向下所以选择R2；在进行管片选型的时候，既考虑盾尾间隙影响时，又要考虑油缸行程差对管片选型的影响。只有盾尾间隙接近警戒植（60mm）时，才根据盾尾间隙进行管片选型。（3）管片选型要适应盾构机的姿态管片是在盾尾内拼装，所以不可避免的受到盾构机姿态的制约。管片平面尽量垂直于盾构机轴线，让盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。同时也要兼顾管片与盾尾之间的间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而破损管片。当因地质不均、推力不均等原因，使盾构机偏离线路设计轴线时，管片的选型要适宜盾构机的姿态。（4）根据现有的管模数量和类型，及生产能力管片的需求量要与管片厂所配备的管模数量及生产能力进行管片型号的选择。如果计划的转弯环数量比较多可用一套左转环和一套右转环来代替两个标准环。（5）海瑞克VMT选管片技术VMT系统程序中对各种有关的因素预先设定重要性的不同，程序会进行给所有的可能的后续管片评估打分，其中不利因素得分最少的一种类型胜出。这就是程序建议的可拼装的最好的一环后续管片。此时程序会沿已经计算好的纠偏曲线进行一次模拟掘进，预测当前掘进路径最可能的后续掘进路径。接着程序对上面提到的各种影响因素可能出现的改变进行预测，然后把预测的上一管环作为参考管环，进行下一管环顺序的计算：先前预测到的第一环被作为预测下一环的理论参考管环，第二管环的选择过程同第一环的选择过程。以下为VMT系统程序管片选择步骤：在一环掘进快要结束时，当主千顶的行程大约法1800mm时，在现场值班的土建工程师对上一环管环的盾尾间隙进行手动测量。当掘进结束且推进油缸仍在上一环管片时，则可通过选择“Survey Off”,可使VMT系统进入管片拼装模式，此时屏幕右侧的模式框中的模式从 “Advance ”转为“Ring Erection”。利用“Next”或“F10”，转换功能键菜单，找到功能健 “F4”即 “Ring Builing ”。出现管片拼装的主屏幕，在此处选择“Initial Values” （初始值），在屏幕左下角输入盾尾间隙的值。接着操作人员应当检查“Refernce ring ”的类型（上一环管片）是否正确。如果其前面的操作无误，则此类管片应当是正确的。现在选择按键“Acceptance ”及“ OK”键，返回到管片拼装主模式下。此时在屏幕的中央就会显示上一环管环的信息。按下“Calculate”则从当前位置开始计算一个新的纠偏曲线，计算完毕后，计算的结果显示在屏幕的中央。如果对建议的管环满意，则可选择按键“Build”，进行管片拼装。如果对建议的管环类型不满意，或现有管片的类型限制，则可对其进行更换。首先选择屏幕中央要被替换的管环，接着从右栏中选定希望用的管片类型。利用屏幕上的箭头执行替换操作。如果一个管环是通过这种方式手动改变的，则管环类型型号码