管片選型與管片安裝技術(shù)

1、管片基本知識與管片基本知識與管片選型技術(shù)管片選型技術(shù)中鐵十局中鐵十局 王旭王旭一、管片基本知識以大連地鐵為例：1、材料強度等級C50、抗?jié)B等級P10.2、襯砌外徑6000mm、內(nèi)徑5400mm，管片寬度 1200mm，管片厚度300mm3、襯砌環(huán)由1個封頂塊（K塊）、兩個鄰接塊（L1/L2型）、3個標(biāo)準(zhǔn)塊（B型）組成。襯砌環(huán)向分6塊，即3塊標(biāo)準(zhǔn)塊（中心角67.5）2塊相鄰塊（中心角67.5），一塊封頂塊（中心角22.5）為了滿足曲線擬合施工糾偏的需要，管片分三種，左轉(zhuǎn)彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán)、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)。其中標(biāo)準(zhǔn)彎環(huán)不具備擬合曲線和糾偏能力。左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎環(huán)是將封頂塊置于頂部的時候，管片所能擬合的曲線進行命

2、名的通過與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的各種組合來擬合不同曲線。4、襯砌的鏈接，襯砌的環(huán)縫縱縫均采用彎螺栓連接，其中每環(huán)縱縫采用12根螺栓，每個環(huán)縫采用16根螺栓，未設(shè)置榫槽。5、錯縫拼裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與楔形環(huán)管片型號與點位的選擇：管片型號與點位的選擇： 大連地鐵的管片為六分塊，共大連地鐵的管片為六分塊，共16點位，點位，22.5一個點一個點位。以封頂塊所在位置，參考時鐘進行點位編號，分別為位。以封頂塊所在位置，參考時鐘進行點位編號，分別為0、1、2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13、14、15。 管片楔形量楔形角與路線的關(guān)系假定在半徑為R的圓曲線上管片的中心弧長L外弧L0內(nèi)弧Li圓心角曲線偏轉(zhuǎn)角a，由m環(huán)標(biāo)

3、準(zhǔn)環(huán)個n環(huán)楔形環(huán)組成，其比例u=m：n，楔形環(huán)的楔形量為楔形角為盾構(gòu)外徑D標(biāo)準(zhǔn)環(huán)寬度Sk楔形環(huán)寬度Smax=Sk+/2,Smin=Sk-/2由簡單幾何關(guān)系知L0=n*Sk+m*SmaxL=（m+n）*SkLi=m*Sk+n*Smin=L/R=L0/(R+D/2)=Li/(R-D/2)整理得：nRnmSk）（D2DRDSSnmmaxK）（以大連地鐵201標(biāo)為例R=300m，u=1:1， D=6m，Sk=1.2則=48mm，則=/D=0.46=3300622 . 12 . 1 (）原則：原則： 確保管片的走向符合線路走向，且拼裝后的管片滿足盾尾間隙確保管片的走向符合線路走向，且拼裝后的管片滿足盾尾

4、間隙的最低要求。的最低要求。依據(jù)：依據(jù)：1、線路參數(shù)、線路參數(shù)2、盾構(gòu)機的姿態(tài)與油缸行程、盾構(gòu)機的姿態(tài)與油缸行程3、盾尾間隙、盾尾間隙盾構(gòu)管片選型盾構(gòu)管片選型 線路軸線是已知的，確保管片走向符合線路走向，即使得管片線路軸線是已知的，確保管片走向符合線路走向，即使得管片軸線與線路軸線最大限度的擬合。軸線與線路軸線最大限度的擬合。 如何計算管片軸線方向，需要：如何計算管片軸線方向，需要： 1、盾構(gòu)機的軸線方向（由盾構(gòu)機自動測量系統(tǒng)換算得來）、盾構(gòu)機的軸線方向（由盾構(gòu)機自動測量系統(tǒng)換算得來） 2、油缸行程差。、油缸行程差。由盾構(gòu)機自動測量系統(tǒng)數(shù)由盾構(gòu)機自動測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)計算出盾構(gòu)機的軸線：據(jù)計算出盾構(gòu)

5、機的軸線： 盾構(gòu)機設(shè)定有兩個虛擬參考點：盾構(gòu)機設(shè)定有兩個虛擬參考點：前點、后點前點、后點。前點在盾構(gòu)機切口環(huán)。前點在盾構(gòu)機切口環(huán)處、后點在盾構(gòu)機中盾與尾盾的連處、后點在盾構(gòu)機中盾與尾盾的連接處。盾構(gòu)自動測量系統(tǒng)會通過測接處。盾構(gòu)自動測量系統(tǒng)會通過測量計算出盾構(gòu)前點和后點量計算出盾構(gòu)前點和后點水平和垂水平和垂直的偏差直的偏差。通過偏差我們可以計算。通過偏差我們可以計算出盾構(gòu)機軸線的出盾構(gòu)機軸線的方向方向。即為盾構(gòu)機。即為盾構(gòu)機姿態(tài)。姿態(tài)。前點前點O1坐標(biāo)坐標(biāo):X1 ,Y1,Z1 其中其中X1是水平偏差、是水平偏差、Y1是垂直偏差、是垂直偏差、Z1是是里程里程后點后點O2坐標(biāo)坐標(biāo):X2 ,Y2,Z

6、2 其中其中X2是水平偏差、是水平偏差、Y2是垂直偏差、是垂直偏差、Z2是是里程里程上述兩坐標(biāo)均由盾構(gòu)機測量系統(tǒng)自動測量得出。上述兩坐標(biāo)均由盾構(gòu)機測量系統(tǒng)自動測量得出。水平趨向、垂直趨向水平趨向、垂直趨向是角度值，數(shù)值以弧度來表示。是角度值，數(shù)值以弧度來表示。水平趨向水平趨向1= （X1- X2）/L L為前后點的距離，約為為前后點的距離，約為4米。米。垂直趨向垂直趨向1= （Y1- Y2）/L L為前后點的距離，約為為前后點的距離，約為4米。米。盾構(gòu)機軸線為Z軸，管片軸向也分解為水平方向X豎直方向Y，假設(shè)4個行程傳感器油缸的長度為L1、L2、L3、L4則: 水平夾角=(L3-L1)/Lp1p

7、3; 豎直夾角=（L4-L2）/Lp4p2知道盾構(gòu)機與設(shè)計軸線的夾角、管片與盾構(gòu)機的夾角，則可計算出知道盾構(gòu)機與設(shè)計軸線的夾角、管片與盾構(gòu)機的夾角，則可計算出管片與設(shè)計軸線夾角。管片與設(shè)計軸線夾角。管片與設(shè)計軸線水平夾角管片與設(shè)計軸線水平夾角2 = 1 + 管片與設(shè)計軸線垂直夾角管片與設(shè)計軸線垂直夾角2 = 1 +管片選型就是要通過選擇管片的型號和點位來使管片與設(shè)計軸線水管片選型就是要通過選擇管片的型號和點位來使管片與設(shè)計軸線水平夾角平夾角2 、管片與設(shè)計軸線垂直夾角、管片與設(shè)計軸線垂直夾角2 向零靠近。向零靠近。盾尾間隙盾尾間隙在盾構(gòu)管片中所起到的作用：在盾構(gòu)管片中所起到的作用： 盾尾間隙即

8、指管片外壁與盾尾內(nèi)壁之間的空隙，中鐵盾尾間隙即指管片外壁與盾尾內(nèi)壁之間的空隙，中鐵15號盾尾號盾尾間隙理論最佳值為間隙理論最佳值為95mm。 中鐵中鐵15號盾構(gòu)機在盾尾上有一處加強環(huán)，高度超過盾尾號盾構(gòu)機在盾尾上有一處加強環(huán)，高度超過盾尾50mm，加強環(huán)的主要作用是確保盾尾的環(huán)向剛度，使盾尾不易變形，其，加強環(huán)的主要作用是確保盾尾的環(huán)向剛度，使盾尾不易變形，其次是保護尾刷。次是保護尾刷。 如果盾尾間隙如果過小，會導(dǎo)致管片受加強環(huán)的擠壓而造成破如果盾尾間隙如果過小，會導(dǎo)致管片受加強環(huán)的擠壓而造成破碎。所以在盾構(gòu)管片選型過程中盾尾間隙要作為考慮的對象。一般碎。所以在盾構(gòu)管片選型過程中盾尾間隙要作為

9、考慮的對象。一般只有當(dāng)盾尾間隙很小的情況下，盾尾間隙才作為選型的最重要的因只有當(dāng)盾尾間隙很小的情況下，盾尾間隙才作為選型的最重要的因素考慮。素考慮。 我工點在施工過程中一般以我工點在施工過程中一般以63mm為臨界參數(shù)，當(dāng)盾尾間隙低為臨界參數(shù)，當(dāng)盾尾間隙低于該值時，必須以盾尾間隙為要因進行選型。于該值時，必須以盾尾間隙為要因進行選型。63mm74mm為中為中間參數(shù)，管片選型時，兩者重要性各占間參數(shù)，管片選型時，兩者重要性各占50%，可綜合兩重因素考慮，可綜合兩重因素考慮。當(dāng)盾尾間隙大于。當(dāng)盾尾間隙大于74mm時，選型以管片軸線作為最重要因素考慮時，選型以管片軸線作為最重要因素考慮，可不考慮盾尾間

10、隙。，可不考慮盾尾間隙。舉例舉例：盾尾間隙：盾尾間隙：上部：上部：70下部：下部：85左部：左部：95右部：右部：100盾尾間隙狀態(tài)良好優(yōu)先按照隧道盾尾間隙狀態(tài)良好優(yōu)先按照隧道軸線選擇管片。軸線選擇管片。VMT系統(tǒng)顯示盾構(gòu)機姿態(tài)：系統(tǒng)顯示盾構(gòu)機姿態(tài)： 前點前點:水平偏差水平偏差25 垂直偏差垂直偏差 -21 后點后點:水平偏差水平偏差11 垂直偏差垂直偏差 -39 油缸行程：油缸行程： P1行程傳感器：行程傳感器：1778mm P2行程傳感器：行程傳感器：1851mm P3行程傳感器：行程傳感器：1766mm P4行程傳感器：行程傳感器：1749mm盾構(gòu)機軸向：盾構(gòu)機軸向： 水平趨向：水平趨向

11、：1=（25-11）/4=3.5 垂直趨向：垂直趨向：1=（-21+39）/4=4.25 管片軸向與盾構(gòu)軸向偏差：管片軸向與盾構(gòu)軸向偏差： 水平夾角：水平夾角：=(P3-P1)/5.7=(1766-1778)/5.7=-2 垂直夾角：垂直夾角：=（P4-P2)/5.7=(1749-1851)/5.7=-18 管片軸向與設(shè)計軸線水平夾角：管片軸向與設(shè)計軸線水平夾角：2= 1+ =1.5 管片軸向與設(shè)計軸線垂直夾角管片軸向與設(shè)計軸線垂直夾角 2=1+=-13.75 當(dāng)拼裝左轉(zhuǎn)當(dāng)拼裝左轉(zhuǎn)1點管片后，原點管片后，原管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線水平夾管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線水平夾角角=L/6=-4mm/m 當(dāng)拼裝左

12、轉(zhuǎn)當(dāng)拼裝左轉(zhuǎn)1點管片后，原點管片后，原管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線垂直夾管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線垂直夾角角=L/6=4mm/m 根據(jù)上述計算管片軸向，則表明管片水平軸向與設(shè)計軸線基根據(jù)上述計算管片軸向，則表明管片水平軸向與設(shè)計軸線基本相近，下一環(huán)的調(diào)節(jié)重點是減小管片軸向與設(shè)計軸線的垂直夾本相近，下一環(huán)的調(diào)節(jié)重點是減小管片軸向與設(shè)計軸線的垂直夾角。角。 管片軸向與設(shè)計軸線水平夾角：管片軸向與設(shè)計軸線水平夾角：2= 1+ =1.5 管片軸向與設(shè)計軸線垂直夾角管片軸向與設(shè)計軸線垂直夾角 2=1+=-13.75所以，我們選擇右轉(zhuǎn)所以，我們選擇右轉(zhuǎn)11點位或左點位或左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)3點位的管片，能最好的調(diào)節(jié)點位的管片，能最好

13、的調(diào)節(jié)管片軸向，但是管片軸向，但是11點不是常用的點不是常用的點位，且不好拼裝所以選擇左轉(zhuǎn)點位，且不好拼裝所以選擇左轉(zhuǎn)3點。點。原管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線原管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線水平夾角水平夾角=L/6=0mm/m原管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線原管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線垂直夾角垂直夾角=L/6=8mm/m拼裝管片后：拼裝管片后：新管環(huán)軸線與設(shè)計線路軸線新管環(huán)軸線與設(shè)計線路軸線水平夾角水平夾角=1.5+0=1.5新管環(huán)軸線與設(shè)計線路軸線新管環(huán)軸線與設(shè)計線路軸線垂直夾角垂直夾角=-13.75+8=-5.75曲線段管片選型的方法：曲線段管片選型的方法：以以R=300m的右轉(zhuǎn)曲線為例的右轉(zhuǎn)曲線為例取取1.2m小段，外圈

14、邊長小段，外圈邊長L1，內(nèi)圈邊長內(nèi)圈邊長L2，L1-L2=6000*1.2/300=24mm。由于管片錯縫拼裝，無法保由于管片錯縫拼裝，無法保證每環(huán)管片的糾偏量均為證每環(huán)管片的糾偏量均為24mm，則需將線路分為小，則需將線路分為小段，以小段為單位（不超過段，以小段為單位（不超過5環(huán)），通過管片的不同點位環(huán)），通過管片的不同點位組合，保證平均糾偏量為組合，保證平均糾偏量為24mm每環(huán)即可。每環(huán)即可。曲線段管片選型的方法：曲線段管片選型的方法：以以R=300m的左轉(zhuǎn)曲線為例的左轉(zhuǎn)曲線為例取取1.2m小段，外圈邊長小段，外圈邊長L1，內(nèi)圈邊長，內(nèi)圈邊長L2，L1-L2=6000*1.2/300=24

15、mm。由于管片錯縫拼裝，無法保證每環(huán)管片由于管片錯縫拼裝，無法保證每環(huán)管片的糾偏量均為的糾偏量均為24mm，則需將線路分為小，則需將線路分為小段，以小段為單位（不超過段，以小段為單位（不超過5環(huán)），通過環(huán)），通過管片的不同點位組合，保證平均糾偏量為管片的不同點位組合，保證平均糾偏量為24mm每環(huán)即可。每環(huán)即可。選取選取R15、P1管片組合，可消除垂直方向管片組合，可消除垂直方向的糾偏，同時可以將水平糾偏控制在的糾偏，同時可以將水平糾偏控制在24mm/環(huán)，可以較好的適應(yīng)環(huán)，可以較好的適應(yīng)300m的曲線的曲線半徑，基本可以消除因曲線糾偏問題造半徑，基本可以消除因曲線糾偏問題造成的管片錯臺。成的管片錯臺。 但個別因盾構(gòu)機姿態(tài)太差的問題除外。但個別因盾構(gòu)機姿態(tài)太差的問題除外。例例2盾尾間隙：盾尾間隙：上部：上部：70下部：下部：85左部：左部：45右部：右部：100盾尾間隙過小優(yōu)先按照盾尾間隙的要求來選擇管片選擇R0或者L0拼裝后的理論盾尾間隙：上部：70下部：85左部：55右部：90（純理論值，與實際相差較大但是具有指導(dǎo)意義）緩和曲線上管片的選型方法緩和曲線的概念曲率半徑從直線的曲率半徑（無窮大）逐漸變化到圓曲線的半徑R這樣的曲線稱為緩和曲線。性質(zhì)：在