盾构施工管片质量控制与选型技术要点(课件)

1、盾构施工管片质量控制与选型技术要点中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司 穆世旭穆世旭2 成都地铁管片参数简介施工过程中常见的质量问题及原因分析12盾构施工管片质量控制关键环节管片选型技术34管片拼装控制重点5盾构施工质量控制管理6一些值得继续探讨的问题73 成都地铁在区间隧道施工采用的普通楔形管片分三种，左转弯环、右转弯环、标准环，其中标准弯环不具备拟合曲线和纠偏能力，左转弯、右转弯环是将封顶块置于顶部的时候，管片所能拟合的曲线进行命名的。管片分为封顶块、邻接块、标准标块共计6块，共10个点位，36度一个点位。以封顶块所在位置，参考时钟进行点位编号，分别为1

2、、2、3、4、5、7、8、9、10、11，错缝拼装时分为1、3、5、8、10和2、4、7、9、11两组。（a）标准块 （b）邻接块 （c）封顶块成都地铁管片参数简介成都地铁管片参数简介第一章第一章4 成都地铁管片基本参数为外径6m，厚度0.3m，幅宽1.5m或1.2m，转弯环楔形为等腰梯形，楔形量为38mm，封顶块（K块）与最小或最大楔形量位置为90关系，以右转管片为例，K块在12点是，最小楔形量在3点，最大楔形量在9点。右转（点）成都地铁管片参数简介成都地铁管片参数简介第一章第一章管片转弯示意图右转管片楔形量示意图5 左转环左转环右转环右转环点位点位楔形量：mm点位楔形量：mm水平垂直水平垂

3、直1点点-36.1411.741点36.14-11.742点点-22.3430.742点22.34-30.743点点0383点0-384点点22.3430.744点-22.34-30.745点点36.1411.745点-36.14-11.747点点36.14-11.747点-36.1411.748点点22.34-30.748点-22.3430.749点点0-389点03810点点-22.34-30.7410点22.3430.7411点点-36.14-11.7411点36.1411.74第一章第一章6 盾构施工中常见的质量问题主要围绕管片的外观质量和线性控制，管片质量问题主要分为错台、破碎、渗漏

4、水三类，线性控制的问题主要表现在成型隧道的轴线与设计轴线偏差超限。管片质量问题虽然表现为三类，但产生问题的原因往往是相同的，甚至这些问题不是单一出现，产生这些问题最主要的原因就是管片选型不当、盾构间隙不足和管片拼装控制不严；成型隧道超限的问题更多出现在施工程序管控不严，技术管理不严谨。施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见的质量问题及原因分析第二章第二章7 管片错台：管片破损一般分为三种情况1、在同一方向出现管片连续错台。 a、 在管片左侧或右侧出现连续错台 b、在管片上部或下部出现连续错台2、在管片左右两侧出现交替错台。3、K块错台。施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见

5、的质量问题及原因分析第二章第二章8 管片破损：管片破损一般分为三种情况1、在螺栓孔位置出现的剪切破坏。2、在两块管片接缝最小处出现的挤压和剪切破坏。3、管片四个角出现的挤压或碰撞破坏。施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见的质量问题及原因分析第二章第二章9 施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见的质量问题及原因分析第二章第二章右侧管片错台和螺栓位置拉裂管片连续错台和螺栓位置拉裂10 施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见的质量问题及原因分析第二章第二章上部管片错台和封顶块错台11 管片错台、破损质量缺陷的主因： 1、盾尾间隙不足，盾尾挤压管片； 2、管片转弯半径在

6、局部过大或过小； 3、成型管片有较大不均匀浮动； 4、管片拼装时环面不平整，磕破，整圆度不均等问题。 解决管片质量问题首先是解决管片的选型的问题，管片选型的问题不是孤立的这一环推完选什么管片的问题，而是整个区间或者区间中某一段综合考虑的问题，单环选型是选型工作最主要的体现，单环选型也是对掘进控制和区间选型复核。 施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见的质量问题及原因分析第二章第二章12 盾构轨迹规则盾构轨迹规划总结不同线型和不同盾构机初始状态下的纠偏曲线：（1）（3）（2）施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见的质量问题及原因分析第二章第二章13 管片渗漏水：管片渗漏水主要

7、在管片接缝处和吊装孔位置。造成管片渗漏水的主要原因有：1、管片的止水条粘贴质量存在问题，不牢固、有缝隙；2、拼装时止水条被挤裂、挤掉、变形严重；3、拼装时止水条上带有泥沙，管片挤压时止水条被割破；4、管片破损、裂缝较大或管片外弧面破损；5、管片错台或管片浮动较大造成的止水条松动。施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见的质量问题及原因分析第二章第二章14 管片姿态超限：管片姿态超限的问题，原因要么很奇怪，要么很头疼。1、DTA导线数据有误，这个属于方向控制有误的问题，人为原因，要严控程序，复核关；2、控制点前移过程出现问题，没有测好或者算对，也没人复核；3、掘进姿态控制困难，盾构机姿态

8、超限；4、管片浮动严重，尤其是上浮严重，致使超限。施工过程中常见的质量问题及原因分析施工过程中常见的质量问题及原因分析第二章第二章15 1、始发阶段（1）反力架的定位要准确，避免始发时造成人为的油缸形成差过大，焊接、连接要可靠，确保反力架不移位；（2）开始安装负环之前，需要在盾构下部安装2根垫条，防止负环管片下沉；（3）副环管片安装后，在其管片与始发托架之间每侧加设两个木楔；两侧斜三脚架上工字钢与负环管片之间加设2个木楔；（4）负环阶段出现姿态恶化，在铰接离开托架后开始纠偏，一般从-2环可以开始纠偏，确保在0环时将盾构机姿态、盾尾间隙调整至良好状态；（5）根据联络通道位置反推正1环的拼装点位。

9、盾构施工管片质量控制关键环节盾构施工管片质量控制关键环节第三章第三章16 2、进入曲线段（1）进入曲线段要进行线性的拟合，比如500m的曲线半径段按最大的楔形量进行拟合是两环，即掘进3.17米的偏移量是38mm，根据曲线段的线型要求，每天坚持线型拟合工作，根据当前的间隙、油缸行程、姿态等关键要素，每班由总工或技术部长、技术主管组织盾构队司机和土建提前拟合管片选型，并确定推进原则；（2）当设计线路发生变化时，如线路由直线变缓和曲线或由缓和曲线变圆曲线，特别是盾构掘进至小半径曲线时，技术部提前参考盾构机推进姿态，制定详细计划，进行线路拟合、管片排版，模拟盾构后续掘进，以保证不因设计线路线性的改变，

10、而引起盾构机掘进时自身姿态、管片姿态与线路线形无法拟合的情况发生。盾构施工管片质量控制关键环节盾构施工管片质量控制关键环节第三章第三章17 3、联络通道段（1）联络通道段有四环为特殊管片，拼装点位固定，且无楔形量，因此在进入联络通道前要将盾尾间隙调整到位，盾构姿态良好；（2）若联络通道处在曲线上，要提前考虑掘进的偏转量，掘进控制好要提前调整油缸行程差，管片提前顺应转弯形式，避免在联络通道位置出现较大的错台和破损。盾构施工管片质量控制关键环节盾构施工管片质量控制关键环节第三章第三章18 4、掘进出现问题阶段（1）一旦发生管片错台、破损等问题，现场应立即上报，由技术部门组织盾构机司机等现场施工人员

11、召开分析会，查找原因，根据分析结果提出处置方案；（2）发生的错台和破损等情况后，尤其是错台处在发展阶段，每班由专人对发生滞后错台和破损的情况进行统计，项目技术部门安排专人两次进隧道统计这些情况，发生较大的错台和破损及时进行分析和处置。（3）发生问题后要集思广益，盾构掘进时项目主要管理人员要监控掘进参数，特别是对盾构掘进姿态偏差、油缸行程差需重点关注，盾构掘进姿态和油缸行程偏差过大时，及时下达指令进行调整。盾构掘进后，根据上一环的掘进情况，分析掘进参数并下达下一环的掘进指令。盾构施工管片质量控制关键环节盾构施工管片质量控制关键环节第三章第三章19 4.1 楔形量计算下侧左图为全楔形组成的一个圆，

12、把这个圆截成一个圆环取其中一段就是我们的圆曲线段管片。管片选型技术管片选型技术第四章第四章20 楔形量计算：圆曲线上某段（截取圆环的其中一段），其圆心角为：=（L/2R)*360=180L/ R具体到单环的楔形量，也就是在圆环上取一环管片的宽度，圆心角是等于单环管片的偏转角管片选型技术管片选型技术第四章第四章21 楔形量计算：在管片直径6000mm，管片楔形量38mm的规格下，=0.363，将已知条件带入可得：在300m半径时，L=1.9m，即每隔1.9m要用一环转弯环 在400m半径时，L=2.53m，即每隔2.53m要用一环转弯环 在500m半径时，L=3.17m，即每隔3.17m要用一环

13、转弯环 在600m半径时，L=3.8m，即每隔3.8m要用一环转弯环 管片选型技术管片选型技术第四章第四章22 注意：（1）该处所说转弯环是按最大楔形量进行考虑的，在使用时要参考表1-1对区间的整体楔形量进行拟合，在实际使用中，要贯彻小区间拟合的思想，比如在500m的半径上，曲线段长度是317m，按隔3.17m用一个转弯环使偏转量为38mm，那么317m的曲线上需要的管片偏转量就是3800mm，也就是说在这211环管片上，如果全部使用正拼12点需要100环转弯环，实际操作时把100环要转变成其他点位的管片，其转弯环数量远大于100环。（2）在掌握这个计算方法后，对区间的曲线段进行管片用量比例的

14、拟合，这个就是管片生产计划的基础，在管片生产计划上也适当考虑用于调整姿态和盾尾间隙的反方向转弯管片；在实际控制中，对于缓和曲线和圆曲线，要根据姿态、间隙、油缸行程等对比转弯环的用量，尽量使管片的线性沿设计轴线拼装，这就是保证管片质量最基础的思想和思路。管片选型技术管片选型技术第四章第四章23 管片选型的原则： 确保管片的走向符合线路走向，且拼装后的管片满足盾尾间隙的最低要求。依据：1、线路参数2、盾构机的姿态与油缸行程3、盾尾间隙下面讲两种管片选型的方法：一是盾构机与管片的状态结合曲线偏移量的选型方法；二是盾构机与管片的状态结合管片与设计轴线趋向的选型方法。在讲选型方法前，重点要说说盾尾间隙的

15、重要性。管片选型技术管片选型技术第四章第四章24 盾尾间隙即指管片外壁与盾尾内壁之间的空隙，中铁装备盾构机盾尾间隙理论最佳值为65mm。盾构机在盾尾上有一处加强环，高度超过盾尾35mm，加强环的主要作用是确保盾尾的环向刚度，使盾尾不易变形，其次是保护尾刷。 如果盾尾间隙如果过小，会导致管片受加强环的挤压而造成破碎。所以在盾构管片选型过程中盾尾间隙要作为考虑的对象。当盾尾间隙很小的情况下，盾尾间隙作为选型的最重要的因素考虑。 我项目一般以45mm为临界参数，当盾尾间隙接近该值时，必须以盾尾间隙为要因进行选型。45mm50mm为中间参数，管片选型时，两者重要性各占50%，可综合两重因素考虑。当盾尾

16、间隙大于50mm时，选型以管片轴线作为最重要因素考虑，可暂不考虑盾尾间隙。管片选型技术管片选型技术第四章第四章25 盾尾间隙管片选型技术管片选型技术第四章第四章26 （一）：前文已经将管片楔形量的问题，大的选型原则和比例的问题讲解了，针对单环或后几环的情况，应当如何进行考虑，第一次选型方法是在前文的基础上更为具体的计算，把曲线段单环掘进的理论变化量和管片楔形量进行结合。在曲线段，要实现良好的拼装环境和最大限度的拟合线性，盾构机的姿态和前进方向必须与设计轴线高度契合或者沿着曲线的割线前进。根据相似三角形原理，曲线在单环上的偏移量=（管片宽度/曲线半径）*直径即x/管片直径=管片宽度/曲线半径，6

17、00m曲线上，单环需要的偏移量为15mm套用600m半径上，3.8m需要一环转弯环，每1.5m（单环）偏移量为15mm。单环曲线偏移量公式：x/r=L/R管片选型技术管片选型技术第四章第四章27 （一）：由上式可得： 在300m半径时，单环（1.5m）曲线偏移30mm，单环（1.2m）为24mm 在400m半径时，单环（1.5m）曲线偏移22.5mm， 在500m半径时，单环（1.5m）曲线偏移18mm， 在600m半径时，单环（1.5m）曲线偏移15mm， 什么是小区间拟合？比如10环600米半径的曲线上，需要偏移量150mm，那么在这10环上，可以选择3个1点位，36.14*3=108.4

18、2，2两个2点位22.34*2=44.68，合计偏移量153.1mm，满足转弯要求，按照转弯环与标准环1:1的比例，根据间隙情况，油缸行程差等综合情况，也要考虑拼装后间隙和油缸行程的变化情况，合理选择转弯环的点位。管片选型技术管片选型技术第四章第四章28 （一）：掘进与选型注意事项： （1）管片选型要综合考虑线性、姿态、间隙等实际情况，提前合理布局，选型时也要综合考虑下一环或几环的掘进控制和选型问题，不能孤立单一的考虑。 （2）管片选型中油缸行程差的问题，特别是在曲线部位，如果外侧油缸比内侧油缸长很多，需要连续安装大量的转弯环来跟上主机的姿态，同时造成盾尾间隙过小和管片破裂。合理的油缸行程差直

19、线地段不能超过60mm，曲线地段不能超过40mm。 （3）严格控制把握管片选型准确性，在曲线内侧盾尾间隙较小的情况时，正确的做法是不立即采取措施，可以适当地调整一下铰接油缸的长度，虽然这时间隙很小，但一般几环之后可以好转，特殊情况下可以在管片选型时稍稍加大行程差的数值，使管片向外运动一些，决不可贸然使用与曲线方向相反的管片。但间隙实在过小，也要毫不犹豫的采用反拼，调出盾尾间隙，盾尾间隙的使用原则就是盾尾內壳不挤压管片。 （4）管片的拼装点位的选择：根据盾尾间隙进行管片选型盾,尾间隙是管片选型的一个重要依据。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。 （5）密切关注铰接油缸

20、行程的差值的变化情况和铰接压力。管片选型技术管片选型技术第四章第四章29 （二）：上述选型方法是常用的选型方法，也是比较直观的选型方法，但在一些姿态恶化的情况下并不适用，某些时候盾构机的行走轨迹已不按照设定的曲线进行，这个时候我们可以以管片趋向的变化和调整来进行选型。 比如右图的情况，垂直后点从70已经变化到91，但向下的趋向从-11变化到-18，这个时候盾构机才整体往下走。管片选型技术管片选型技术第四章第四章30 （二）： 如何计算管片轴线（也就是管片相对于设计轴线的趋向值），需要： 1、盾构机的轴线方向（由盾构测量系统换算得来） 2、油缸行程差。 VMT系统将盾构机设定有两个虚拟参考点：前

21、点、后点。前点在盾构机切口环处、后点在盾构机中盾与尾盾的连接处。盾构自动测量系统会通过测量计算出盾构前点和后点水平和垂直的偏差。通过偏差我们可以计算出盾构机轴线的方向，即为盾构机姿态。管片选型技术管片选型技术第四章第四章31 （二）：前点O1坐标:X1 ,Y1,Z1 其中X1是水平偏差、Y1是垂直偏差、Z1是里程后点O2坐标:X2 ,Y2,Z2 其中X2是水平偏差、Y2是垂直偏差、Z2是里程上述两坐标均由盾构机测量系统自动测量得出。水平趋向、垂直趋向是角度值，数值以弧度来表示。水平趋向1= （X1- X2）/L L为前后点的距离，约为4.26米。垂直趋向1= （Y1- Y2）/L L为前后点的

22、距离，约为4.26米。管片选型技术管片选型技术第四章第四章32 管片选型技术管片选型技术第四章第四章33 （二）：知道盾构机与设计轴线的夹角、管片与盾构机的夹角，则可计算出管片与设计轴线夹角。管片与设计轴线水平夹角2 = 1 + 管片与设计轴线垂直夹角2 = 1 +管片选型就是要通过选择管片的型号和点位来使管片与设计轴线水平夹角2 、管片与设计轴线垂直夹角2 向零靠近。管片选型技术管片选型技术第四章第四章34 （二）：以材料中的姿态图1为例，油缸行程A1837mm，B1787mm，C1816mm，D1863mm，姿态水平,后点-17，前点-28，垂直后点70，前点231=（-28+17）/4.

23、26+(1837-1816)/5.85=-2.6+3.59=0.99（盾构机趋向-3）1=（23-70）/4.26+(1863-1787)/5.85=-11+12=1（盾构机趋向-11）在该状态下管片相对于设计轴线并无太大变化，主要问题还是盾构机姿态变化过快，不宜调整管片的楔形量，推进存在困难时，适当考虑抵消形成差，但不能让管片随着盾构机变化，盾构机姿态变化快，姿态也随着变，就造成了事实上的管片转弯半径在局部过快，必然出现错台或破损。管片选型技术管片选型技术第四章第四章35 1、管片的运输保护，包括管片由管片厂到达施工场地运输，场地内倒运，管片下井，管片运送至盾构机内、盾构机内轨道梁将管片吊装

24、至喂片机上的所有过程。2、管片清理。包括吊装孔清理、管片表面清理、止水条清理。3、盾构机盾尾内清理。4、每环管片的第一片与上一环管片的对位必须准确。5、当管片拼装第5片的过程中，测量剩余空间的大小，确保K块拼装空间。否则极易导致K块得错台和破损。6、按要求对螺栓进行三次复紧，可减少管片因拼装间隙较大时造成的管片面之间的相对移位而造成的错台和渗水。管片拼装控制重点管片拼装控制重点第五章第五章36 盾构施工的质量控制核心在管理，通过对近年来盾构施工质量问题频出的现状，有必要在管理上狠下功夫，形成一套切实可行的管理流程和控制指标。对于我们正在实行的质量管理办法，总结了以下五个方面供大家参考：1、严把

25、程序关，严控复核关；2、建立严格的质量控制参数的控制指标和预警体系；3、建立关键工序的主要技术管理人员旁站、指导制度；4、谨慎、认真的问题处置态度；5、有针对性的质量控制奖罚办法。盾构施工质量控制管理盾构施工质量控制管理第六章第六章37 6.1 严把程序关，严控复核关针对测量方面，从测量的反力架定位开始，要注意对反力架定位的准确，避免人为造成始发后左右油缸形成差过大；对设计轴线的计算和复核必须独立进行2-3次，数据导入后要进行复核、确认；测量移站、复站要进行主网的复核，并与管片资料进行对比；建议每天的管片测量数据必须经项目总工审查，并批复意见，对比姿态变化情况；姿态跳动超过2cm或频繁跳动或测

26、量系统异常，先复核测量系统。针对止水条质量方面，要建立至少三道检查关，下井前，下井时，拼装前，这三个时间点都进行止水条质量的检查，确保止水条粘贴牢固。盾构施工质量控制管理盾构施工质量控制管理第六章第六章38 6.2 建立严格的质量控制参数的控制指标和预警体系盾构施工质量控制相关的控制参数，主要为掘进控制和管片选型相关参数，将这些参数的变化情况设定几个合理的使用区间，分级对待，建立起一套控制指标和预警体系，严控质量。一、盾构机姿态变化二、油缸行程三、盾尾间隙四、铰接变化盾构施工质量控制管理盾构施工质量控制管理第六章第六章39 6.2 建立严格的质量控制参数的控制指标和预警体系一、盾构机姿态变化控

27、制好盾构机姿态，纠偏阶段每环的就偏亮不大于5mm，在曲线段结合曲线的偏移量合理控制好盾构机姿态，盾构机姿态波动较大时，如单环达到1cm，应上报，由工程部长组织分析、解决；若达到1.5cm由总工组织分析、解决；若连续变化1.5cm以上或单环2cm，应暂时停机进行分析处置，坚决杜绝姿态变化大还自行掘进的现象。二、油缸行程油缸行程差越小越小，但在曲线段或纠偏时油缸行程会增大，可硬性要求曲线段油缸形成差不大于40mm，直线段不大于60mm。盾构施工质量控制管理盾构施工质量控制管理第六章第六章40 6.2 建立严格的质量控制参数的控制指标和预警体系三、盾尾间隙由中铁装备的盾构机为例，5cm以上的间隙且姿态良好为正常；若间隙为4.5-5cm，由工程部长或总工监督管理整个掘进和选型过程，及时调整间隙；若间隙为4-4.5cm，由项目部监督处置，绘制纠偏曲线；若间隙小于4cm，临时停机进行分析、处置，