管片拼装培训讲义.doc

管片选型培训讲义结合广州地铁四号线和南京地铁盾构三标的实际情况，详细介绍管片选型的原则、方法以及影响管片选型的其他因素，并根据实际的施工情况，介绍了一些管片选型的实例，供从事盾构施工的技术人员参考。管片选型 标准环 转弯环 盾尾间隙 油缸行程差在国内城市地铁隧道工程中，目前已越来越多地开始使用盾构机来掘进区间隧道，用预制混凝土管片作为永久衬砌。管片通常由专业的厂家提前制作，按其功能又通常分为两种，即标准环和转弯环。顾名思义，标准环是用于直线段，转弯环是用于曲线段。标准环与转弯环配合使用就可以拼装各种线性的隧道。管片选型直接关系到隧道线路、隧道质量等一系列隧道的关键指标，所以管片选型是否正确，将决定盾构工程的成败。以下就管片选型的问题，结合广州地铁四号线琶大区间的实际情况谈一谈笔者的体会。1、管片选型的原则管片选型的原则有两个，第一：管片选型要适合隧道设计线路；第二：管片选型要适应盾构机的姿态。这两者相辅相成。1.1 管片选型要适合隧道设计线路当一个盾构工程开工之前，就要根据设计线路对管片作一个统筹安排，通常把这一步骤叫管片排版。通过管片排版，就基本了解了这段线路需要多少转弯环（包括左转弯、右转弯），多少标准环，曲线段上标准环与转弯环的布置方式。现根据广州地铁四号线琶大区间的情况简要介绍一下管片排版。琶大区间管片技术参数表管片长度1500mm管片内径5400mm管片厚度300mm盾尾内径管片外径6000mm转弯环截面 等腰梯形转弯环楔形量38mm盾尾间隙盾尾内径减管片外径广州地铁四号线琶大区间，分布三组圆曲线，半径分别为450米、800米、竖曲线3000米。依照曲线的圆心角与转弯环产生的偏转角的关系，可以计算出区间线路曲线段的转弯环与标准环的布置方式。转弯环偏转角的计算公式：=2=2arctg/D式中：转弯环的偏转角转弯环的最大楔形量的一半D管片直径将数据代入得出0.3629根据圆心角的计算公式：180L/R 式中： L一段线路中心线的长度 R曲线半径，取800m而，将之代入，得出L5.067m上式表明，在800m的圆曲线上，每隔5.067m要用一环转弯环，广州地铁的管片长度为1.5m，就是说，在800m的圆曲线上，标准环与转弯环的拼装关系为2环标准环+1环转弯环。以此类推，可以算出R为450m、1500m的拼装关系，结合线路就可以将管片大致排列出来。(每个盾构司机都要清楚线路的变化情况，因为纠偏环使用最多是在缓和曲线到曲线之间，到曲线前就需提前安装纠偏环进行线路调整，以减少进行曲线后发生纠偏过急现象)1.2 管片选型要适应盾构机姿态 管片是在盾尾内拼装，所以不可避免地受到盾构机姿态的约制。管片平面应尽量垂直于盾构机轴线，也就是盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样可以使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。同时也兼顾管片与盾尾之间地间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而损坏管片。在实际掘进过程中，盾构机因为地质不均、推力不均等原因，经常要偏离隧道设计线路。所以当盾构机偏离设计线路或进行纠偏时，都要十分注意管片选型，避免发生重大事故。2、管片选型2.1 管片的拼装点位 转弯环在实际拼装过程中，可以根据不同的拼装点位来控制不同方向上的偏移量。这里所说的拼装点位是管片拼装时K块所在的位置。广州地铁四号线琶大区间的管片拼装点位为在圆周上均匀分成10个点，即管片拼装的10个点位，相邻点位的旋转角度为36o。由于是错缝拼装，所以相邻两块管片的点位不能相差2的整数倍。一般情况下，本着有利于隧道防水的要求，都只使用上部5个点位。根据工程实际情况，选择拼装不同点位的转弯环，就可以得到不同方向的楔形量（如左、右、上、下等）。下面是广州地铁四号线琶大区间的管片左转弯环不同点位的楔形量计算表：左转弯环楔形量计算表 表1点位10点1点2点9点8点方向左左左左左右楔形量38mm34.4mm24.8mm34.4mm24.8mm上楔形量19mm7.83mm0.93mm30.2mm37.1mm下楔形量19mm30.2mm37.1mm7.83mm0.93mm右转弯环的情况与左转弯相反，这里就不再列举。通过管片不同点位的拼装，就可以实现隧道的调向。2.2 根据盾尾间隙进行管片选型如图2所示，通常将盾尾与管片之间的间隙叫盾尾间隙。如果盾尾间隙过小，盾壳上的力直接作用在管片上，则盾构机在掘进过程中盾尾将会与管片发生摩擦、碰撞。轻则增加盾构机向前掘进的阻力，降低掘进速度，重则造成管片错台（在越三盾构工程中，就是通过调整盾构间隙，大大减少管片错台量），盾构一边间隙过小，另一边相应变大，这时盾尾尾刷密封效果降低，在注浆压力作用下，水泥浆很容易渗漏出来，破环盾尾的密封效果。盾尾间隙是管片选型的一个重要依据。如: 南京盾构三标盾尾间隙为45mm，每次安装管片之前，对管片的上、下、左、右四个位置进行测量。如发现有一方向上的盾尾间隙接近25mm时，就要用转弯环对盾尾间隙进行调节（在盾构掘进过程中，应及时跟踪盾尾间隙，发现盾尾间隙有变小趋势，最好能通过千斤顶推力来调整间隙）。调整的基本原则是，哪边的盾尾间隙过小，就选择拼装反方向的转弯环。下面是在不同点位拼装一环左转弯环的盾尾间隙调整表：TA15标左转弯环盾尾间隙调整量表 表2点位15点14点16点13点1点12点2点盾尾间隙测量结果右方较小右、上方较小右、下方较小右、上方较小右、下方较小右、上方较小右、下方较小向左调整量-7.2mm-6.7mm-6.7mm-5.1mm-5.1mm-2.8mm-2.8mm向右调整量7.2mm6.7mm6.7mm5.1mm5.1mm2.8mm2.8mm向上调整量0mm2.8mm2.8mm5.1mm-5.1mm6.7mm-6.7mm向下调整量0mm-2.8mm-2.8mm-5.1mm5.1mm-6.7mm6.7mm右转弯环盾尾间隙的调整量与上表相反，由上表可以看出，拼装一环左转弯环之后，左边盾尾间隙将减小，右边盾尾间隙将增大，同时通过拼装不同的点位，还可以调节上、下方向的盾尾间隙。如此时盾构机在进行直线段的掘进，则必须注意在拼装完一环左转弯环后，选择适当的时机，再拼装一环右转弯环将之调整回来，否则左边盾尾间隙将越来越小，直至盾尾于管片发生碰撞。如盾构机处于曲线段，则应根据线路的特点进行综合考虑。2.3 根据油缸行程差进行管片选型盾构机是依靠推进油缸顶推在管片上所产生的反力向前掘进的，我们把推进油缸按上、下、左、右四个方向分成四组。而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平面之间的空间关系，可以看出下一掘进循环盾尾间隙的变化趋势。由图2可以看出，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。同时也可以看出如果继续拼装标准环的话，下部的盾尾间隙将会进一步减小。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，就应该拼装转弯环进行纠偏，拼装一环转弯环对油缸行程的调整量见表1，也就是拼装1环10点左转弯环，可以使左、右两组的油缸行程差缩小38mm。德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机，如图3所示，10对推进油缸分为A、B、C、D四组，分别代表上、右、下、左四个方向。油缸行程可以通过位移传感器反映在显示屏上，通过计算各组油缸之间的差值，就能进行正确的管片选型。下面举例说明： 现有一组油缸行程的数据如下： B组（右）：1980mm C组（下）：1964mmD组（左）：1934mm A组（上）：1943mm左右行程差为：DB=19341980=46mm上下行程差为：AC=19431964=21mm图 油缸分区图 由上可以看出，盾构机的轴线相对于管片 平面向左上方倾斜。在对这环管片进行选型的时候，就应选择一环左转弯环且还要有向上的偏移量。对照表1后得出，此环应选择左转弯环在1点拼装。拼装完管片后掘进之前油缸行程的初始数据理论为：A组（上）：454mm B组（右）：465mm C组（下）：453m D组（左）：450mm。这样左右与上下的油缸行程差值基本控制在20mm之内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。（如果上述数据在左转弯曲线上，下一环管片仍安装一环左转弯环管片，那么盾构姿态基本调整过来）。4、盾构间隙与油缸行程之间的关系在进行管片选型的时候，既要考虑盾尾间隙，又要考虑油缸行程的差值。而油缸行程的差值更能反映盾构机与管片平面的空间关系，通常情况下应把油缸行程的差值作为管片选型的主要依据，只有在盾尾间隙接近于警戒值（25mm）时，才根据盾尾间隙进行管片选型。3、影响管片选型的其他因素3.1 铰接油缸行程的差值目前地铁盾构工程中大多采用的是铰接式盾构机，即盾构机不是一个整体，而是在盾构机中体与盾尾之间采用铰接油缸进行连接，铰接油缸可以收放，这样就更加有利于盾构机在曲线段的掘进及盾构机的纠偏。铰接油缸利用位移传感器将上、下、左、右四个方向的行程显示在显示屏上，当铰接油缸的上下或左右的行程差值较大时，盾构机中体与盾尾之间产生一个角度，这将影响到油缸行程差的准确性。这时应当将上下或左右的行程差值减去上下或左右的铰接油缸行程的差值，最后的结果作为管片选型的依据。（海瑞克盾构铰接油缸有三种模式，锁、收和自由放开，当盾构在直线上，盾构姿态很好，可以使用锁定模式，当在曲线上，应把铰接油缸自由放开，当显示铰接油缸行程差较大或使用大于2/3行程后，应通过针对性收模式来调整行程差）3.2 盾构机掘进盾构机应尽量根据设计线路进行掘进，避免产生不必要的偏差，这样基本可以根据管片排版进行管片拼装，也有利于管片按计划进行生产。如果盾构机偏离设计线路，在纠偏过程中也不要过急，否则转弯环管片的偏移量跟不上盾构机的纠偏幅度，盾尾仍然会挤坏管片。