盾構(gòu)施工法管片選型拼裝PPT課件

1、一、管片選型的意義 隧道工程施工中，盾構(gòu)法隧道不同與礦山法、明挖等工法。它是在一密閉施工機(jī)械內(nèi)，采用預(yù)制構(gòu)件，利用機(jī)械臂，按預(yù)定方法、工序?qū)㈩A(yù)制構(gòu)件逐一安裝而形成隧道，使成型的隧道滿足設(shè)計(jì)要求。第1頁/共36頁二、管片表觀幾何尺寸特性第2頁/共36頁（一）管片外觀尺寸計(jì)算注：a角為管片環(huán)封頂塊任意旋轉(zhuǎn)角度管片寬度最小處管片寬度最大處軸線O管片封頂塊旋轉(zhuǎn)后管片環(huán)頂端管片寬度管片寬度Kt管片頂部寬度最大值：kt150019sinKb管片底部寬度最大值：kb150019sinKl管片左端寬度最大值：kl150019cosKr管片右端寬度最大值：kr150019cos1814. 0600019tan6

2、000)14811519(21tan11第3頁/共36頁（二）管片空間角度、尺寸計(jì)算YXAaCaYXY2XXaACoAYaCAC1 8alallXXcos.2tan2cos.cos.2sin.2cos.tanalallYYcos.2tan2cos.cos.2sin.2cos.tan 封頂塊位置從頂端偏了a時，楔形環(huán)前面的中心點(diǎn)C，（中心點(diǎn)由CC，）移動，其移動量為COC=4.75mm。移動量分成水平（X）和垂直（Y）： 水平向：X=38cosa 垂直向：Y=38sina 楔形環(huán)前端斷面的直角方向（C，C“）和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)楔形環(huán)管片的連接面與直角方向（中心軸方向）是AA角2，此角度可分成X（水平-X）

3、與Y（垂直-Y），C，C“的長度為L公式如下：由于由于:tan2= tan(0.3628:tan2= tan(0.3628)=6.332)=6.3321010- -3 3所以所以: X=tan: X=tan-1-1(0.006332(0.006332cosa)cosa) Y= Y=tantan-1-1(0.006332(0.006332sina) sina) 第4頁/共36頁楔形管片K件在不同位置時X、Y、X、Y其值依次的大小：K件件位置位置K件所在圓弧位置a（）K件旋件旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)角度X（mm）寬度差寬度差Y（mm）寬度差寬度差X（ ）角度變化角度變化Y（ ）角度變化角度變化0（0）0（180

4、）38.0（38.0）0.0（0.0）0.3628（0.3628）0.0000（0.0000）1（1）18（342）36.14（36.14）11.74（11.74）0.3450（0.3450）0.1121（0.1121）2（2）36（324）30.74（30.74）22.34（22.34）0.2935（0.2935）0.2132（0.2132）3（3）54（306）22.34（22.34）30.74（30.74）0.2132（0.2132）0.2935（0.2935）4（4）72（288）11.74（11.74）36.14（36.14）0.1121（0.1121）0.3450（0.3450）5

5、（5）90（270）0.00（0.00）38.00（38.00）0.0000（0.000）0.3628（0.3628）右楔形環(huán)管片為例:計(jì)算法則：垂直向Y：下上水平向X：左右負(fù)數(shù)（）代表軸線下降、左轉(zhuǎn)。正數(shù)（）代表軸線上升、右轉(zhuǎn)。第5頁/共36頁（三）管片空間水平、垂直向角度變化計(jì)算另一方法豎直方向下上新方向舊方向水平方向右舊方向左新方向12000cos0 .38sin2112000sin0 .38sin21第6頁/共36頁角度（1，2）的調(diào)整量是從上圖的關(guān)系里按下列公式計(jì)算：垂直方向：12v12000sin26000)(21sin211XvXtXb12000sin0 .38sin211200

6、0sin26000)(21sin211XhXrXl12000cos0 .38sin21水平方向：22h注：6000為管片直徑從推導(dǎo)公式可以顯示為：管片直徑件在頂部）管片寬度最大差（2sinsin21K管片直徑件在頂部）管片最大寬度差（2cossin21K第7頁/共36頁三、管片選型與隧道軸線 管片環(huán)節(jié)構(gòu)成的隧道，對于軸線的構(gòu)成，是利用每一環(huán)管片環(huán)節(jié)構(gòu)成的短直線將其相互連接，盡可能地將管片環(huán)節(jié)構(gòu)成的隧道軸線與設(shè)計(jì)隧道軸線吻合。但仍然存在一定的誤差。楔形管片直線管片短直線直線管片允許誤差設(shè)計(jì)軸線管片模擬軸線第8頁/共36頁（一）管片擬合的隧道軸線 提出一個問題：為什么目前廣州地鐵的大多數(shù)管片環(huán)為寬

7、度1500mm，內(nèi)徑5400mm，管片環(huán)楔變量38mm？第9頁/共36頁（二）管片寬度、楔變量的確定1.管片寬度： 管片寬度與設(shè)計(jì)軸線最小誤差（設(shè)計(jì)允許誤差50mm），建議在10mm范圍內(nèi)；2.管片楔變量：在確定管片寬度后，根據(jù)直徑、寬度則可確定管片楔變角度和楔變量;3.確定管片參數(shù)后，盾構(gòu)機(jī)根據(jù)其參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)內(nèi)空間設(shè)計(jì)。曲線半徑設(shè)計(jì)軸線管片擬合軸線誤差值楔變量管片寬度RRCRX.cossin. 21管片寬度曲 線 半 徑管 片 寬 度管 片 寬 度第10頁/共36頁（三）管片排列 管片排列需根據(jù)隧道設(shè)計(jì)線路、管片寬度、管片楔變角、管片拼裝模式確定。1. 在隧道設(shè)計(jì)線路圖中，圓曲線一般給出圓

8、形要素：圓曲線半徑R、圓曲線所對應(yīng)的圓心角度a、圓弧長度L等。2.根據(jù)圓弧長公式：L3.根據(jù)管片拼裝模式（錯縫拼裝、通縫拼裝），封頂塊（K件）所在位置時，管片環(huán)所對應(yīng)楔變角度。4.則對于管片環(huán)寬度所對應(yīng)圓弧線的圓心角為：管片環(huán)寬度管片環(huán)直徑管片環(huán)楔變量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)楔型環(huán)0360弧長管片寬度管片寬度對應(yīng)的圓心角第11頁/共36頁5. K件所在位置所對應(yīng)的楔變角度與管片環(huán)寬度所對應(yīng)的圓心角之比，則得出管片環(huán)所組合模式。 第12頁/共36頁二）管片環(huán)修正排列計(jì)算 圓曲線半徑450m，管片環(huán)寬度1.5m。計(jì)算管片環(huán)排列及偏差內(nèi)則外則曲線半徑1.半徑450米所需的軸線偏轉(zhuǎn)角，管片環(huán)K件在18（拼裝模式：S（1

9、8）R（18）S（18）R（18）.，圓曲線圓心角57，則弧長為447.45m以每一環(huán)1.5米進(jìn)行計(jì)算，由平面幾何得：1910. 045075. 0sin21 圓曲線(18)第2環(huán)第1環(huán)第3環(huán)第4環(huán)由于管片環(huán)封頂塊K在18，通過計(jì)算，封頂塊在18時，其水平方向偏轉(zhuǎn)角為：0.3450（0.345020.1725)則：1，、2，、3，0.3450/20.1725則：每環(huán)管片環(huán)與圓曲線偏差角度 ： 0.17250.19100.0185表明：每安裝一環(huán)管片，管片環(huán)的軸線偏離圓曲線0.0185（注：在圓曲線內(nèi)則為正值，外則為負(fù)值）。第13頁/共36頁 在第一環(huán)管片施工中心方向與隧道設(shè)計(jì)中心方向一致情況下

10、，下圖將表示每一環(huán)安裝后的偏差（第1環(huán)），23（第2環(huán)），236（第3環(huán)），2n（第N環(huán)），不斷增大。 1500sin 1500sin(0.0185)0.48mm 在第N環(huán)的偏差： n23n0.5n(n+1) mm； 在第N環(huán)的角度偏差：N 0.0185n 如不作修正，則：弧長447.45298環(huán) N 2980.0185=5.513 第298環(huán)累計(jì)偏差： （第298環(huán)）0.5298（2981）0.4821.312m。 如按上述不作修正，軸線是嚴(yán)重的、災(zāi)難性的偏離。因此需作修正，以滿足設(shè)計(jì)軸線要求。 在第N環(huán)修正：Nx 0.17250.0185 9環(huán)約等于： 第14頁/共36頁 由于施工軸線在隧

11、道設(shè)計(jì)軸線外則，對于21.6mm偏差，雖然在施工誤差范圍內(nèi)，但考慮施工軸線隨長度增加而增加，偏差不斷增大，需將施工偏差調(diào)整在設(shè)計(jì)軸線內(nèi)則，因此必須在施工9環(huán)內(nèi)，作出調(diào)整，一般是在計(jì)算第N環(huán)修正，提前N/2修正（如第9環(huán)修正，則提前924環(huán)修正），即：計(jì)劃施工軸線設(shè)計(jì)軸線注意：若通過管片排列計(jì)算，施工軸線在設(shè)計(jì)隧道軸線內(nèi)則，則修正環(huán)使用S-S（標(biāo)準(zhǔn)環(huán)）。第15頁/共36頁 通過上述計(jì)算，可以確定對曲線半徑450m，弧長447.45m，圓心角57的圓曲線，可確定管片排列模式：SRSRRSRSRSRSRRSR.。（其中管片環(huán)封頂塊旋轉(zhuǎn)安裝角度為：18）則：可知弧長447.45圓曲線，管片環(huán)使用多小環(huán)

12、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、多小環(huán)楔型環(huán)。同理：則全區(qū)間的管片環(huán)數(shù)可知，但需根據(jù)施工單位施工水平，排列計(jì)算得出的環(huán)數(shù)后，作楔型管片環(huán)增加，已作日后糾偏使用。對于圓曲線排列，小結(jié)其計(jì)算步驟：1、通過圓心角公式，初步估計(jì)管片環(huán)排列模式；2、計(jì)算管片環(huán)寬度所對應(yīng)的圓心角度；3、計(jì)算管片環(huán)，K件旋轉(zhuǎn)不同角度時，其寬度、修正角度；4、計(jì)算一環(huán)管片環(huán)，修正角度與管片環(huán)寬度所對因的圓心角度差值及偏差量；5、計(jì)算第N環(huán)修正量、第N/2環(huán)修正量及使用修正拼裝模式；6、管片環(huán)排列模式。注：在盾構(gòu)機(jī)實(shí)際施工中，考慮地質(zhì)、操作、機(jī)械問題，往往將盾構(gòu)機(jī)施工軸線設(shè)置在圓曲線內(nèi)則施工。第16頁/共36頁四、管片選型與盾構(gòu)機(jī) 管片選型與盾構(gòu)盾尾

13、、盾構(gòu)鉸接、盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂有著重要關(guān)系，特別是盾尾間隙的控制，尤為突出。 從理論上，當(dāng)管片安裝后，管片環(huán)外圓面與盾構(gòu)盾尾內(nèi)圓面，其間隙是一致的，但實(shí)際施工中，由于受地層、人工操作、盾構(gòu)蛇行等，造成間隙距離不一。 盾尾間隙確定：由管片寬度、隧道設(shè)計(jì)軸線、注漿工藝、盾尾油脂壓注工藝確定。 第17頁/共36頁（一）盾尾間隙盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙變化三種情況：1、使用楔型環(huán)管片環(huán)；2、管片方位角與盾構(gòu)機(jī)方位角不一致，3、盾構(gòu)機(jī)偏移。以上三種情況在實(shí)際施工常常同時出現(xiàn)，是一個綜合性因素。盾尾間隙盾尾間隙標(biāo) 準(zhǔn) 環(huán)楔 型 環(huán)盾 構(gòu) 機(jī)盾 構(gòu) 機(jī)標(biāo) 準(zhǔn) 環(huán)盾尾間隙盾尾間隙標(biāo) 準(zhǔn) 環(huán)方 位 角 變 化第二種情況第一種

14、情況管片環(huán)半徑盾尾間隙管片環(huán)半徑第三種情況第18頁/共36頁盾構(gòu)機(jī)盾尾長度盾尾間隙盾尾間隙千斤頂回縮后凈空第一種情況：使用楔型管片aABa，A，B，b2200ab，2200a,B1a.tanaB2-( atana)c1B1+btan(2a+b)c2-(B2+btan(2a+b)注： c1、 c2則由于管片環(huán)的組合的不同而不同 。第19頁/共36頁第二種情況：管片方位角與盾構(gòu)機(jī)方位角不一致盾尾間隙盾尾間隙B11500sinB2-1500sinC12500sinC2-2500sin第20頁/共36頁第三種情況：盾構(gòu)偏移：管片與機(jī)尾的間隙，上（t）下（b）左（l）右（r）的數(shù)值，在盾構(gòu)機(jī)施工現(xiàn)場通過

15、盾尾是可以測量到，在管片中心（s）與盾構(gòu)機(jī)中心（t）的偏差v、h可以用下公式計(jì)算出來：trVrVb )(21tbV rrhrhl h21(lr) min22)()(hV管片環(huán)半徑盾尾間隙管片環(huán)半徑第21頁/共36頁（二）管片選型與盾構(gòu)千斤頂垂直方向水平方向目前盾構(gòu)機(jī)中，在盾構(gòu)機(jī)控制面板均能顯示垂直方向（定部、底部）及水平方向（左側(cè)、右側(cè)）千斤頂定行程，將各行程差，則初步反映了目前盾構(gòu)及姿態(tài)（轉(zhuǎn)彎、上坡、下坡狀態(tài)）。第22頁/共36頁千斤頂回縮后凈空盾尾間隙盾尾間隙盾尾長度行程差間隙控制量千斤頂距離通過管片環(huán)修正角度及千斤頂行程差，通過計(jì)算可知，管片環(huán)在盾尾間隙控制最小量。同時通過平面曲線、縱向

16、曲線、上下、左右千斤頂距離，可以得知盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)管片寬度距離所需的行程差。平面曲線半徑左右千斤頂距離平面曲線半徑度每環(huán)管片行程管片寬)(平面曲線半徑左右千斤頂距離平面曲線半徑度每環(huán)管片行程管片寬)(根據(jù)圓心角公式：a2sin-1(管片寬度一半曲線半徑) 按上述三種情況計(jì)算，可知每安裝不同類型管片其盾尾間隙變化。第23頁/共36頁（三）管片選型盾構(gòu)機(jī)鉸接千斤頂 管片選型與盾構(gòu)鉸接千斤頂關(guān)系雖然沒有直接關(guān)系，如在曲線段，鉸接千斤頂行程確定與盾構(gòu)掘進(jìn)推進(jìn)千斤頂有著重要關(guān)系。因此，管片選型與盾構(gòu)鉸接千斤頂具有間接影響。盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)機(jī)第24頁/共36頁需注意：盾構(gòu)機(jī)主動鉸接和被動鉸接，對管片選型的

17、影響推后體式（主動鉸接）推前體式（被動鉸接）第25頁/共36頁千斤頂凈空盾尾長度設(shè)計(jì)軸線施工軸線盾尾以主體外長度（一）直線糾偏從設(shè)計(jì)中心偏移（A）以及尾部偏移（B）表示在以下公式：A（管片寬度盾尾以外主體長度）sinB管片寬度sin的確定：垂直方向：（盾構(gòu)機(jī)實(shí)測俯仰角）（挖掘設(shè)計(jì)坡度）水平方向： （所示方位角值）（設(shè)計(jì)隧道方位角）注：盾構(gòu)機(jī)垂直方向俯仰角、水平方向方為角，通過測量求得。 距離水平（或垂直）千斤頂千斤頂行程差1tan也可以通過千斤頂行程差計(jì)算第26頁/共36頁（二）曲線段修正根據(jù)圓心角公式：a2sin-1(管片寬度一半曲線半徑)，每推進(jìn)1環(huán)管片，盾構(gòu)機(jī)必須偏移角度（如：半徑為30

18、0米時盾構(gòu)轉(zhuǎn)0.2292） 向外偏離向內(nèi)偏離設(shè)計(jì)軸線如果偏向曲線外不加以修正，就會與設(shè)計(jì)曲線越偏越遠(yuǎn)；如果偏向曲線內(nèi)不加以修正，就會以較大的角度沖向設(shè)計(jì)曲線，難以修正。 第27頁/共36頁 根據(jù)上述，為了保持盾構(gòu)在設(shè)計(jì)曲線上，盡可能地將盾構(gòu)機(jī)控制在設(shè)計(jì)的曲線內(nèi)側(cè)。 另外，用推進(jìn)器長度差來管理時，推進(jìn)1環(huán)以上時，盾構(gòu)機(jī)會向曲線外偏一點(diǎn)，其偏差角度為tan-1(/R)在半徑300米的區(qū)間50mm時，0.01，對盾構(gòu)機(jī)施工軸線也不會產(chǎn)生不可控制偏離。在曲線糾偏中：關(guān)鍵是控制盾構(gòu)機(jī)偏差角的控制，不能以大角度糾偏，否則，管片選型、軸線控制就會完全失控。第28頁/共36頁實(shí)際軸線設(shè)計(jì)軸線第4環(huán)第3環(huán)第1環(huán)

19、第2環(huán)假設(shè)：水平方向在設(shè)計(jì)中心線內(nèi)，但垂直方向比設(shè)計(jì)中心線低50mm，垂直方向的方位角也向前傾0.4。 如果繼續(xù)安裝標(biāo)準(zhǔn)管片，每推進(jìn)一環(huán)，施工中心線就會比設(shè)計(jì)中心線多偏離10.5mm，如果再推進(jìn)N環(huán)（如：6環(huán)），側(cè)偏離值d5010.56113mm，此時已超出100mm的容許值（其中：10.5=1500sin0.4）。 第29頁/共36頁K件件位置位置a（）K件旋件旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)角度X（mm）寬度差寬度差Y（mm）寬度差寬度差X（ ）角度變化角度變化Y（ ）角度變化角度變化0（0）0（180）38.0（38.0）0.0（0.0）0.3628（0.3628）0.0000（0.0000）1（1）18（3

20、42）36.14（36.14）11.74（11.74）0.3450（0.3450）0.1121（0.1121）2（2）36（324）30.74（30.74）22.34（22.34）0.2935（0.2935）0.2132（0.2132）3（3）54（306）22.34（22.34）30.74（30.74）0.2132（0.2132）0.2935（0.2935）4（4）72（288）11.74（11.74）36.14（36.14）0.1121（0.1121）0.3450（0.3450）5（5）90（270）0.00（0.00）38.00（38.00）0.0000（0.000）0.3628（0.3

21、628）第30頁/共36頁要修正管片施工中心線的方法有多種，即是0.2935，但水平方向卻在設(shè)計(jì)中心線上，有必要用2環(huán)錐形管片消除水平方向的偏差。 因此，2次使用0.02935錐型環(huán)管片，垂直向仰角是0.293520.5870已向上修正了。為了修正向上0.2935的仰角，從施工方面考慮選用，其方法是RT（54），LT(54)，則水平方向消除安裝第一環(huán)楔型環(huán)產(chǎn)生的0.2132，需注意：在這兩環(huán)楔型環(huán)管片之間需加上2環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)管片（主要時考慮錯縫拼裝）。 根據(jù)上述分析糾偏量計(jì)算如下：第1環(huán)：dv1=50mm 垂直偏差角 0.4第2環(huán)：dv2=dv1+1500sinv1-1500sin （0.29352）56.6mm，第3環(huán)：dv3=dv2+1500sinv3 591500sin（0.40.2935）61.8mm，第4環(huán)： dv4=dv3+1500sinv4 61.51500sin（0.40.2935）64.6mm，第5環(huán)：dv5=dv4+1500sinv4-1500sin （