管片選型技術(shù)

1、 盾構(gòu)機(jī)管片選型技術(shù)盾構(gòu)機(jī)管片選型技術(shù)目錄一、盾構(gòu)機(jī)管片選型原則二、盾構(gòu)機(jī)管片選型依據(jù)三、盾構(gòu)機(jī)電腦管片選型一、盾構(gòu)機(jī)管片選型原則 管片拼裝時(shí)，通過轉(zhuǎn)彎環(huán)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的組合來適應(yīng)不同的曲線要求。管片拼裝時(shí)按照以下以下兩個(gè)原則： 第一，要適合隧道設(shè)計(jì)線路； 第二，要適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。 這兩者相輔相成，通過正確的管片選型和選擇正確的拼裝點(diǎn)位，將隧道的實(shí)際線路調(diào)整在設(shè)計(jì)線路的允許公差50mm內(nèi)。襯砌管片 管片按其材料可分為鋼筋混凝土管片和金屬管片，其中鋼筋混凝土管片應(yīng)用的更廣泛。管片按其形狀可分為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)和轉(zhuǎn)彎環(huán)兩種。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)和轉(zhuǎn)彎環(huán)可以按照不同的組合形式擬合出不同半徑的曲線隧道。 隧道設(shè)計(jì)軸線（DTA）

2、在理想的情況下，主機(jī)是嚴(yán)格按照DTA向前掘進(jìn)的，主機(jī)的前后產(chǎn)考點(diǎn)應(yīng)該都位于DTA上。如果DTA為一段直線，每掘進(jìn)一環(huán)推進(jìn)油缸向前推進(jìn)相同的距離，如果DTA為曲線，掘進(jìn)時(shí)位于曲線外側(cè)的油缸就會比內(nèi)側(cè)油缸距離長一些，在曲線內(nèi)外兩側(cè)的推進(jìn)油缸上產(chǎn)生行程差，否則管片的走向就會和主機(jī)的走向偏離。 管片的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)和轉(zhuǎn)彎環(huán) 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與轉(zhuǎn)彎環(huán)的不同之處在于從拼裝好的一整環(huán)管片的頂部看，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)在平面上的投影為一矩形，而轉(zhuǎn)彎環(huán)在平面上的投影為對稱的梯形，梯形長邊比短邊長38mm。在管片拼裝時(shí)，如果正在安裝的一環(huán)為轉(zhuǎn)彎環(huán)，且轉(zhuǎn)彎環(huán)中的楔型塊的位置處于隧道的正上方，這時(shí)隧道腰部兩側(cè)將會產(chǎn)生襯砌長度的不同，這種長度的不同稱

3、為超前，它的數(shù)值稱為超前量。如上介紹的管片，每拼裝一環(huán)將會在隧道腰部兩側(cè)產(chǎn)生38mm的超前量。 不同的隧道工程所使用的管片的超前量是不同的，超前量的大小在隧道管片設(shè)計(jì)上是最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。一般超前量的大小起碼要能夠適應(yīng)隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑的要求。但如果超前量設(shè)計(jì)的過大，施工中很容易造成管片錯(cuò)臺和管片失圓，不但給管片拼裝帶來很大困難，更影響隧道的防水和美觀。 A1Lmin. l+ X+ XA3LCLCLmax. lA3L43+ ZKLBLA2L+ Y5KL62BLA1Lmin. lA3LA2LA2LKLA3L21BL+ X6A1L+ Z+ X+ Y53A1L1CL4max. l管片對隧道的擬合 一定

4、的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)和一定的轉(zhuǎn)彎環(huán)按照一定量和適應(yīng)的順序排列，能夠擬合出不同的半徑的曲線隧道，這種管片的排列計(jì)算叫做管片對隧道的擬合計(jì)算。下面分別介紹在直線、緩和曲線、圓曲線段管片對隧道的擬合計(jì)算。 隧道直線段管片對隧道的擬合計(jì)算 直線段理論上只需要標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，但在掘進(jìn)和管片安裝時(shí)，油缸推力的不均勻、主機(jī)的蛇行、已安裝管片的沉降等因素會造成盾尾間隙和油缸行程的不均衡，當(dāng)這種因素累加到一定程度時(shí)就必須安裝轉(zhuǎn)彎環(huán)進(jìn)行管片糾偏。 緩和曲線段管片對隧道的擬合計(jì)算 在緩和曲線段，轉(zhuǎn)彎環(huán)的數(shù)量需要滿足隧道轉(zhuǎn)彎造成的隧道總的超前量的需要。例如：緩和曲線的長度為65m；圓曲線半徑為400m；管片寬度為1.5m；每環(huán)超前量為3

5、8mm。 經(jīng)過計(jì)算已經(jīng)知道整個(gè)緩和曲線段隧道內(nèi)外兩側(cè)的超前量總和為463mm。整個(gè)緩和曲線段需要的管片中數(shù)量為65m/1.5m=44環(huán)，其中需要的轉(zhuǎn)彎環(huán)數(shù)量為463mm/38mm=15環(huán)，需要的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)數(shù)量為44-15=29環(huán) =2=2arctg/D 式中： -轉(zhuǎn)彎環(huán)的偏轉(zhuǎn)角 -轉(zhuǎn)彎環(huán)的最大楔形量的一半 D-管片直徑 將數(shù)據(jù)帶入得出=0.3629 根據(jù)圓心角公式： =180L/R 式中：L-一段線路中心線的長度 R-曲線半徑，取400m =，將之代入，取得L=2.282管片對圓曲線段隧道的擬合計(jì)算步驟如下： 上式表明，在400m圓曲線上，每隔2.282m就要用一環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)，廣州地鐵的管片長度為1.

6、5m，也就是說每隔2.2822=4.564m就需要兩環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)，即標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與轉(zhuǎn)彎環(huán)的關(guān)系為1環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)2環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)。管片的鐘點(diǎn)特征 我們從管片設(shè)計(jì)圖上已經(jīng)知道管片的縱向螺栓孔有10個(gè)，而且他們沿管片的圓周方向是均勻分部的，任何相鄰的兩個(gè)縱向螺栓孔與管片中心所成角度都為36度，也就是說管片沿環(huán)向有十個(gè)安裝位置，每個(gè)位置稱為管片的一個(gè)安裝鐘點(diǎn)。為了方便理解我們把拼裝點(diǎn)位與時(shí)間刻度相結(jié)合，楔形塊位于最上方時(shí)管片相對隧道的位置稱為12點(diǎn)，楔形塊位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)18度后管片相對隧道的安裝位置稱為1點(diǎn)，再轉(zhuǎn)36度后稱為2點(diǎn)，以此類推，如下圖： 但實(shí)際拼裝過程中不存在12點(diǎn)與6點(diǎn)拼裝點(diǎn)位，而且一般情況下，本著有利于隧

7、道防水的要求，都只使用上部6個(gè)點(diǎn)位。管片選型要適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)管片選型要適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài) 所謂“盾構(gòu)姿態(tài)”是指盾構(gòu)機(jī)的空間方位和走向、管片是在盾尾內(nèi)拼裝，所以不可避免地受到盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的限制。 實(shí)際施工中盾構(gòu)姿態(tài)失控的主要有兩種表現(xiàn)： 一是使盾構(gòu)主機(jī)偏離DTA， 二是使盾尾間隙局部變小。 盾構(gòu)機(jī)應(yīng)盡量根據(jù)設(shè)計(jì)線路進(jìn)行掘進(jìn)，避免產(chǎn)生不必要的偏差。在實(shí)際掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)因?yàn)榈刭|(zhì)不均、推力不均等原因，盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)經(jīng)常會偏離隧道設(shè)計(jì)線路，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)偏離設(shè)計(jì)線路進(jìn)行糾偏時(shí)，要特別注意管片型號的選擇，避免因盾尾間隙過小而造成管片破損等事故。 如當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況變化劇烈時(shí)，主機(jī)會突然偏向一邊很大的數(shù)值，盾尾間隙將急劇變

8、小，這是更要在管片安裝和掘進(jìn)方向上綜合考慮，避免出現(xiàn)過激的糾偏以至造成大錯(cuò)臺，甚至破壞管片。 掘進(jìn)控制和管片選型在盾構(gòu)施工中唇齒相依、相互適應(yīng)，不能分開對待。 二、盾構(gòu)機(jī)管片選型依據(jù)根據(jù)油缸行程差進(jìn)行管片選型根據(jù)油缸行程差進(jìn)行管片選型 盾構(gòu)機(jī)是依靠推進(jìn)油缸頂推在管片上所產(chǎn)生的反力向前掘進(jìn)的，我們把推進(jìn)油缸按上、下、左、右四個(gè)方向分成四組。而每一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)這四組油缸的行程的差值反應(yīng)了盾構(gòu)機(jī)與管片平面之間的空間關(guān)系，可以看出下一掘進(jìn)循環(huán)盾尾間隙的變化趨勢。當(dāng)管片平面不垂直于盾構(gòu)機(jī)軸線時(shí)，各組推進(jìn)油缸的行程就會有差異，當(dāng)這個(gè)差值過大時(shí)，推進(jìn)油缸的推力就會在管片環(huán)的徑向產(chǎn)生較大的分力，從而影響已拼裝好

9、的隧道管片以及掘進(jìn)姿態(tài)。 同時(shí)也可以看出如果繼續(xù)拼裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的話，下部的盾尾間隙將會進(jìn)一步減小。通常我們以各組油缸行程的差值的大小來判斷是否應(yīng)該拼裝轉(zhuǎn)彎環(huán)，在兩個(gè)相反的方向上的行程差值超過40mm時(shí)，就應(yīng)該拼裝轉(zhuǎn)彎環(huán)進(jìn)行糾偏。 德國海瑞克公司的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，20組推進(jìn)油缸分為A、B、C、D四組，分別代表上、右、下、左四個(gè)方向。 油缸行程可以通過位移傳感器反映在顯示屏上， 通過計(jì)算各組油缸之間的差值，就能進(jìn)行正確的管片選型。 現(xiàn)有一組油缸行程的數(shù)據(jù)如下： B組（右）：1980mm C組（下）：1964mm D組（左）：1934mm A組（上）：1943mm 左右行程差為：DB=19341980

10、=46mm 上下行程差為：AC=19431964=21mm 由上可以看出，盾構(gòu)機(jī)的軸線相對于管片 平面向左上方傾斜。在對這環(huán)管片進(jìn)行選型的時(shí)候，就應(yīng)選擇一環(huán)左轉(zhuǎn)彎環(huán)且還要有向上的偏移量。根據(jù)盾尾間隙進(jìn)行管片選型根據(jù)盾尾間隙進(jìn)行管片選型 如果盾尾間隙過小，盾殼上的力直接作用在管片上，則盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中盾尾將會與管片發(fā)生摩擦、碰撞。輕則增加盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)的阻力，降低掘進(jìn)速度，重則造成管片錯(cuò)臺（通過調(diào)整盾構(gòu)間隙，可以大大減少管片錯(cuò)臺量），盾構(gòu)一邊間隙過小，另一邊相應(yīng)變大，這時(shí)盾尾尾刷密封效果降低，在注漿壓力作用下，水泥漿很容易滲漏出來，破環(huán)盾尾的密封效果。 盾尾間隙是管片選型的一個(gè)重要依據(jù)。盾尾間

11、隙為75mm，每次安裝管片之前，對管片的上、下、左、右四個(gè)位置進(jìn)行測量。如發(fā)現(xiàn)有一方向上的盾尾間隙接近50mm時(shí)，就要用轉(zhuǎn)彎環(huán)對盾尾間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)（在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，應(yīng)及時(shí)跟蹤盾尾間隙，發(fā)現(xiàn)盾尾間隙有變小趨勢，最好能通過千斤頂推力來調(diào)整間隙）。調(diào)整的基本原則是，哪邊的盾尾間隙過小，就選擇拼裝反方向的轉(zhuǎn)彎環(huán)。選擇正確的管片必須綜合考慮以下因素： A）根據(jù)線路特點(diǎn)進(jìn)行管片預(yù)排版 B）推進(jìn)千斤頂?shù)男谐滩睿ㄗ笥液蜕舷拢?C）盾尾間隙（上、下、左、右） D）鉸接油缸的行程差。 E）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向與設(shè)計(jì)軸線的相對關(guān)系 F）錯(cuò)縫拼裝 觀測了主機(jī)趨勢、油缸行程、盾尾間隙后，我們就可以預(yù)測出來幾環(huán)主機(jī)的趨勢、盾尾間隙的狀態(tài)以及管片的類型。 運(yùn)算步驟為： a 從導(dǎo)向系統(tǒng)上記錄主機(jī)位置和姿態(tài)的所有信息，以及盾尾間隙的數(shù)據(jù)； b 列出公式的首部分：趨勢、油缸行程差和盾尾間隙； c 計(jì)算掘進(jìn)完成的趨勢形成差； d 預(yù)測管片類型和安裝點(diǎn)位； e 計(jì)算安裝完成后的油缸行程和盾尾間隙； f 把趨勢和油缸行程以及盾尾間隙作為初始條件列入下一個(gè)計(jì)算循環(huán)。 一般情況下提前計(jì)算34環(huán)