5盾构施工法管片选型拼装

1、盾构施工法管片选型拼装,建设总部 郭永顺,管片选型拼装内容： 一、管片选型的意义； 二、管片表观几何尺寸特性； 三、管片选型与隧道轴线； 四、管片选型与盾构机； 五、施工中纠偏修正； 六、管片选型原则； 七、管片拼装。,一、管片选型的意义,隧道工程施工中，盾构法隧道不同与矿山法、明挖等工法。它是在一密闭施工机械内，采用预制构件，利用机械臂，按预定方法、工序将预制构件逐一安装而形成隧道，使成型的隧道满足设计要求。,管片选型的意义：按预定方法、工序进行，符合设计预定要求；管片选型好与差直径影响工程进度、质量、投资。,二、管片表观几何尺寸特性,（一）管片外观尺寸计算,注：a角为管片环封顶块任意旋转角

2、度,Kt管片顶部宽度最大值：kt150019sin Kb管片底部宽度最大值：kb150019sin Kl管片左端宽度最大值：kl150019cos Kr管片右端宽度最大值：kr150019cos,管片水平、垂直方向宽度尺寸计算,（二）管片空间角度、尺寸计算,封顶块位置从顶端偏了a时，楔形环前面的中心点C，（中心点由CC，）移动，其移动量为COC=4.75mm。移动量分成水平（X）和垂直（Y）： 水平向：X=38cosa 垂直向：Y=38sina 楔形环前端断面的直角方向（C，C“）和标准环楔形环管片的连接面与直角方向（中心轴方向）是AA角2，此角度可分成X（水平-X）与Y（垂直-Y），C，C“

3、的长度为L公式如下：,由于:tan2= tan(0.3628)=6.33210-3 所以: X=tan-1(0.006332cosa) Y=tan-1(0.006332sina),管片环空间角度、尺寸变化计算,楔形管片K件在不同位置时X、Y、X、Y其值依次的大小：,右楔形环管片为例:,计算法则： 垂直向Y：下上 水平向X：左右 负数（）代表轴线下降、左转。 正数（）代表轴线上升、右转。,（三）管片空间水平、垂直向角度变化计算另一方法,角度（1，2）的调整量是从上图的关系里按下列公式计算： 垂直方向：12v,水平方向：22h,注：6000为管片直径,从推导公式可以显示为：,三、管片选型与隧道轴线

4、,管片环节构成的隧道，对于轴线的构成，是利用每一环管片环节构成的短直线将其相互连接，尽可能地将管片环节构成的隧道轴线与设计隧道轴线吻合。但仍然存在一定的误差。,（一）管片拟合的隧道轴线,提出一个问题：为什么目前广州地铁的大多数管片环为宽度1500mm，内径5400mm，管片环楔变量38mm？,1.对于内径选择：主要根据列车的选型、设备（限界）、列车设计旅行的速度确定（活塞效应）； 2.管片环的宽度、楔变量：主要根据设计线路平、纵断面曲线半径、盾构机内空间设计、设计允许的误差确定； 3.按施工过程中施工工艺、功效、质量及经济效益确定。 4.管片环节形成的隧道轴线关键是尽量减小与隧道设计轴线误差。

5、,（二）管片宽度、楔变量的确定,1.管片宽度： 管片宽度与设计轴线最小误差（设计允许误差50mm），建议在10mm范围内； 2.管片楔变量：在确定管片宽度后，根据直径、宽度则可确定管片楔变角度和楔变量; 3.确定管片参数后，盾构机根据其参数进行盾构机内空间设计。,管片环楔变角Q=1802Q1,注：在确定上述的参数后，须根据管片拼装模式（如：封顶块位置、管片拼装模式）进行验算调整。,（三）管片排列,管片排列需根据隧道设计线路、管片宽度、管片楔变角、管片拼装模式确定。 1. 在隧道设计线路图中，圆曲线一般给出圆形要素：圆曲线半径R、圆曲线所对应的圆心角度a、圆弧长度L等。 2.根据圆弧长公式：La

6、.R/180 3.根据管片拼装模式（错缝拼装、通缝拼装），封顶块（K件）所在位置时，管片环所对应楔变角度。 4.则对于管片环宽度所对应圆弧线的圆心角为：,一）管片排列估算,5. K件所在位置所对应的楔变角度与管片环宽度所对应的圆心角之比，则得出管片环所组合模式。,如：设计线路平面曲线半径R=450m,平面曲线圆心角57，管片宽度1.5m，管片环楔变量最大值38mm，管片采用错缝拼装,封顶块（K件）偏转18度安装。 则：平面曲线弧长L=57345m。 管片环宽度所对应的圆心角Q1.5447.45570.191度 封顶块偏转18度拼装，管片环楔变角为 0.345度。0.3

7、450.191=1.8环。 即：对于1.5m的管片环使用11（1直线1楔形环）楔型环管片。,注：该计算方法只是粗略计算，没能考虑实际中工中存在偏差修正问题。,二）管片环修正排列计算 圆曲线半径450m，管片环宽度1.5m。计算管片环排列及偏差,1.半径450米所需的轴线偏转角，管片环K件在18（拼装模式：S（18）R（18）S（18）R（18）.，圆曲线圆心角57，则弧长为447.45m 以每一环1.5米进行计算，由平面几何得：,由于管片环封顶块K在18，通过计算，封顶块在18时，其水平方向偏转角为：0.3450（0.345020.1725) 则：1，、2，、3，0.3450/20.1725

8、则：每环管片环与圆曲线偏差角度 ： 0.17250.19100.0185 表明：每安装一环管片，管片环的轴线偏离圆曲线0.0185（注：在圆曲线内则为正值，外则为负值）。,在第一环管片施工中心方向与隧道设计中心方向一致情况下，下图将表示每一环安装后的偏差（第1环），23（第2环），236（第3环），2n（第N环），不断增大。 1500sin 1500sin(0.0185)0.48mm 在第N环的偏差：n23n0.5n(n+1) mm； 在第N环的角度偏差：N 0.0185n 如不作修正，则：弧长447.45298环 N 2980.0185=5.513 第298环累计偏差： （第298环）0.5

9、298（2981）0.4821.312m。 如按上述不作修正，轴线是严重的、灾难性的偏离。因此需作修正，以满足设计轴线要求。 在第N环修正：Nx 0.17250.0185 9环,注： ：每环偏差角累计到达管片环修正角度时修正角度,则：在第9环偏差 0.5n(n+1)0.59（91）0.4821.6mm,由于施工轴线在隧道设计轴线外则，对于21.6mm偏差，虽然在施工误差范围内，但考虑施工轴线随长度增加而增加，偏差不断增大，需将施工偏差调整在设计轴线内则，因此必须在施工9环内，作出调整，一般是在计算第N环修正，提前N/2修正（如第9环修正，则提前924环修正），即： 在第4环修正偏差 0.5n(

10、n+1)0.54（41）0.484.8mm 即：在开始第4环，使用R-R模式，以后每隔9环使用R-R模式。,注意：若通过管片排列计算，施工轴线在设计隧道轴线内则，则修正环使用S-S（标准环）。,通过上述计算，可以确定对曲线半径450m，弧长447.45m，圆心角57的圆曲线，可确定管片排列模式： SRSRRSRSRSRSRRSR.。 （其中管片环封顶块旋转安装角度为：18） 则：可知弧长447.45圆曲线，管片环使用多小环标准环、多小环楔型环。 同理：则全区间的管片环数可知，但需根据施工单位施工水平，排列计算得出的环数后，作楔型管片环增加，已作日后纠偏使用。,对于圆曲线排列，小结其计算步骤：

11、1、通过圆心角公式，初步估计管片环排列模式； 2、计算管片环宽度所对应的圆心角度； 3、计算管片环，K件旋转不同角度时，其宽度、修正角度； 4、计算一环管片环，修正角度与管片环宽度所对因的圆心角度差值及偏差量； 5、计算第N环修正量、第N/2环修正量及使用修正拼装模式； 6、管片环排列模式。,注：在盾构机实际施工中，考虑地质、操作、机械问题，往往将盾构机施工轴线设置在圆曲线内则施工。,四、管片选型与盾构机,管片选型与盾构盾尾、盾构铰接、盾构推进千斤顶有着重要关系，特别是盾尾间隙的控制，尤为突出。 从理论上，当管片安装后，管片环外圆面与盾构盾尾内圆面，其间隙是一致的，但实际施工中，由于受地层、人

12、工操作、盾构蛇行等，造成间隙距离不一。 盾尾间隙确定：由管片宽度、隧道设计轴线、注浆工艺、盾尾油脂压注工艺确定。,（一）盾尾间隙 盾构机盾尾间隙变化三种情况： 1、使用楔型环管片环； 2、管片方位角与盾构机方位角不一致， 3、盾构机偏移。 以上三种情况在实际施工常常同时出现，是一个综合性因素。,第二种情况,第一种情况,第三种情况,第一种情况：使用楔型管片,aAB a，A，B， b2200a b，2200a, B1a.tana B2-( atana) c1B1+btan(2a+b) c2-(B2+btan(2a+b),注：c1、c2则由于管片环的组合的不同而不同 。,第二种情况：管片方位角与盾构

13、机方位角不一致,B11500sin B2-1500sin C12500sin C2-2500sin,第三种情况：盾构偏移：管片与机尾的间隙，上（t）下（b）左（l）右（r）的数值，在盾构机施工现场通过盾尾是可以测量到，在管片中心（s）与盾构机中心（t）的偏差v、h可以用下公式计算出来：,trVrVb,rrhrhl,h,(lr),min,（二）管片选型与盾构千斤顶,目前盾构机中，在盾构机控制面板均能显示垂直方向（定部、底部）及水平方向（左侧、右侧）千斤顶定行程，将各行程差，则初步反映了目前盾构及姿态（转弯、上坡、下坡状态）。,通过管片环修正角度及千斤顶行程差，通过计算可知，管片环在盾尾间隙控制最

14、小量。同时通过平面曲线、纵向曲线、上下、左右千斤顶距离，可以得知盾构每推进一环管片宽度距离所需的行程差。,根据圆心角公式： a2sin-1(管片宽度一半曲线半径) 按上述三种情况计算，可知每安装不同类型管片其盾尾间隙变化。,（三）管片选型盾构机铰接千斤顶,管片选型与盾构铰接千斤顶关系虽然没有直接关系，如在曲线段，铰接千斤顶行程确定与盾构掘进推进千斤顶有着重要关系。因此，管片选型与盾构铰接千斤顶具有间接影响。,需注意：盾构机主动铰接和被动铰接，对管片选型的影响,推后体式（主动铰接）,推前体式（被动铰接）,五、施工中纠偏修正,（一）直线纠偏,从设计中心偏移（A）以及尾部偏移（B）表示在以下公式：

15、A（管片宽度盾尾以外主体长度）sin B管片宽度sin,的确定： 垂直方向：（盾构机实测俯仰角）（挖掘设计坡度） 水平方向： （所示方位角值）（设计隧道方位角） 注：盾构机垂直方向俯仰角、水平方向方为角，通过测量求得。,也可以通过千斤顶行程差计算,（二）曲线段修正,根据圆心角公式： a2sin-1(管片宽度一半曲线半径)，每推进1环管片，盾构机必须偏移角度（如：半径为300米时盾构转0.2292）,如果偏向曲线外不加以修正，就会与设计曲线越偏越远；如果偏向曲线内不加以修正，就会以较大的角度冲向设计曲线，难以修正。,根据上述，为了保持盾构在设计曲线上，尽可能地将盾构机控制在设计的曲线内侧。 另外

16、，用推进器长度差来管理时，推进1环以上时，盾构机会向曲线外偏一点，其偏差角度为tan-1(/R)在半径300米的区间50mm时，0.01，对盾构机施工轴线也不会产生不可控制偏离。,在曲线纠偏中：关键是控制盾构机偏差角的控制，不能以大角度纠偏，否则，管片选型、轴线控制就会完全失控。,假设：水平方向在设计中心线内，但垂直方向比设计中心线低50mm，垂直方向的方位角也向前倾0.4。,如果继续安装标准管片，每推进一环，施工中心线就会比设计中心线多偏离10.5mm，如果再推进N环（如：6环），侧偏离值d5010.56113mm，此时已超出100mm的容许值（其中：10.5=1500sin0.4）。,要修

17、正管片施工中心线的方法有多种，即是0.2935，但水平方向却在设计中心线上，有必要用2环锥形管片消除水平方向的偏差。 因此，2次使用0.02935锥型环管片，垂直向仰角是0.293520.5870已向上修正了。 为了修正向上0.2935的仰角，从施工方面考虑选用，其方法是RT（54），LT(54)，则水平方向消除安装第一环楔型环产生的0.2132，需注意：在这两环楔型环管片之间需加上2环标准环管片（主要时考虑错缝拼装）。,根据上述分析纠偏量计算如下： 第1环：dv1=50mm 垂直偏差角 0.4 第2环：dv2=dv1+1500sinv1-1500sin （0.29352）56.6mm， 第3

18、环：dv3=dv2+1500sinv3 591500sin（0.40.2935）61.8mm， 第4环： dv4=dv3+1500sinv4 61.51500sin（0.40.2935）64.6mm， 第5环：dv5=dv4+1500sinv4-1500sin （0.29352）63.52.83.8=62.5mm 第6环：dv6=dv5+1500sinv6 62.51500sin（0.40.5870）62.5-4.9=57.6mm 第6环以后：每推进1环，偏差量将每环减小1500sin(-0.1870)=4.9mm的偏差； 在计算公式上，57.64.912环，则是从第6环以后，推进完毕第12环后施工中心线与设计中心线正好在交合处，从这以后每推进1环，则相反地向上偏移4.9mm。,充分注意： 在纠偏过程中，在一段距离内施工轴线仍然与设计轴线发生偏差加大情况；当设计轴线与施工轴线偏差角较大时，施工轴线就可能超出100mm施工允许范围，因而对偏差角必须加以控制。 在管片纠偏中，需考虑安装纠偏环管片前，考虑前一环管片封顶块位置，根据管片环几何尺寸，同时需错缝拼装，选择纠偏环管片封顶块安装位置及楔型环管片类型。 在管片选型计