盾構(gòu)施工法管片選型拼裝課件

1、盾構(gòu)施工法管片選型拼裝 管片選型拼裝內(nèi)容：一、管片選型的意義；二、管片表觀幾何尺寸特性；三、管片選型與隧道軸線；四、管片選型與盾構(gòu)機(jī)；五、施工中糾偏修正；六、管片選型原則；七、管片拼裝。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。 管片選型的意義：按預(yù)定方法、工序進(jìn)行，符合設(shè)計(jì)預(yù)定要求；管片選型好與差直徑影響工程進(jìn)度、質(zhì)量、投資。二、管片表觀幾何尺寸特性（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Kt管片頂部寬度最大值：kt15001

2、9sinKb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：kr150019cos管片水平、垂直方向?qū)挾瘸叽缬?jì)算（二）管片空間角度、尺寸計(jì)算 封頂塊位置從頂端偏了a時(shí)，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）與Y（垂直-Y），C，C“的長度為L公式如下：由于:tan2= tan(0.3

3、628)=6.33210-3所以: X=tan-1(0.006332cosa) Y=tan-1(0.006332sina) 管片環(huán)空間角度、尺寸變化計(jì)算楔形管片K件在不同位置時(shí)X、Y、X、Y其值依次的大小：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)。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。（一）管片擬合的隧道軸線 提出一個(gè)問題：為什么目前廣州地鐵的大多數(shù)管片環(huán)為寬度1500mm，內(nèi)徑540

4、0mm，管片環(huán)楔變量38mm？1.對于內(nèi)徑選擇：主要根據(jù)列車的選型、設(shè)備（限界）、列車設(shè)計(jì)旅行的速度確定（活塞效應(yīng)）；2.管片環(huán)的寬度、楔變量：主要根據(jù)設(shè)計(jì)線路平、縱斷面曲線半徑、盾構(gòu)機(jī)內(nèi)空間設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)允許的誤差確定；3.按施工過程中施工工藝、功效、質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益確定。4.管片環(huán)節(jié)形成的隧道軸線關(guān)鍵是盡量減小與隧道設(shè)計(jì)軸線誤差。（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)。管片環(huán)楔變角Q=

5、1802Q1注：在確定上述的參數(shù)后，須根據(jù)管片拼裝模式（如：封頂塊位置、管片拼裝模式）進(jìn)行驗(yàn)算調(diào)整。（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：La.R/1803.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(shí)，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：一）管片排列估算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。如：設(shè)計(jì)線路平面曲線半徑R=450

6、m,平面曲線圓心角57，管片寬度1.5m，管片環(huán)楔變量最大值38mm，管片采用錯縫拼裝,封頂塊（K件）偏轉(zhuǎn)18度安裝。則：平面曲線弧長L=57345m。 管片環(huán)寬度所對應(yīng)的圓心角Q1.5447.45570.191度 封頂塊偏轉(zhuǎn)18度拼裝，管片環(huán)楔變角為 0.345度。0.3450.191=1.8環(huán)。即：對于1.5m的管片環(huán)使用11（1直線1楔形環(huán)）楔型環(huán)管片。注：該計(jì)算方法只是粗略計(jì)算，沒能考慮實(shí)際中工中存在偏差修正問題。 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：

7、S（18）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： 由于管片環(huán)封頂塊K在18，通過計(jì)算，封頂塊在18時(shí)，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）。 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，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)）

8、，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)注： ：每環(huán)偏差角累計(jì)到達(dá)管片環(huán)修正角度時(shí)修正角度則：在第9環(huán)偏差 0.5n(n+1)0.59（91）0.4821.6mm 由于施工軸線在

9、隧道設(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：在第4環(huán)修正偏差 0.5n(n+1)0.54（41）0.484.8mm即：在開始第4環(huán)，使用R-R模式，以后每隔9環(huán)使用R-R模式。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)）。 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：SRSRRSRSRSRSRR

10、SR.。（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)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(shí)，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

11、將盾構(gòu)機(jī)施工軸線設(shè)置在圓曲線內(nèi)則施工。四、管片選型與盾構(gòu)機(jī) 管片選型與盾構(gòu)盾尾、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。 （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(shí)出現(xiàn)，是一個(gè)綜合性因素。第二種情況第一種情況第三種情況第一種情況：使用楔型管片aABa，A

12、，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 。第二種情況：管片方位角與盾構(gòu)機(jī)方位角不一致B11500sinB2-1500sinC12500sinC2-2500sin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 rrhrhl h(lr) min（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

13、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)）。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(shí)通過平面曲線、縱向曲線、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。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。（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

14、有間接影響。需注意：盾構(gòu)機(jī)主動鉸接和被動鉸接，對管片選型的影響推后體式（主動鉸接）推前體式（被動鉸接）五、施工中糾偏修正（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。 也可以通過千斤頂行程差計(jì)算（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300米時(shí)盾構(gòu)轉(zhuǎn)0.2292） 如果偏向曲線外不加以修正，

15、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。 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(shí)，推進(jìn)1環(huán)以上時(shí)，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(shí)，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。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)

16、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(shí)已超出100mm的容許值（其中：10.5=1500sin0.4）。 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(shí)考慮錯縫拼裝）。 根據(jù)上述

17、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 （0.29352）63.52.83.8=62.5mm第6環(huán)：dv6=dv5+1500sinv6 62.51500sin（0.40.5870）62.5-4.9=57.6mm第6環(huán)以后：每推進(jìn)1環(huán)，偏差量將每環(huán)減小1500sin(-0.1870)=4.9mm的偏差；在計(jì)算公式上，57.64.912環(huán)，則是從第6環(huán)以后，推進(jìn)完畢第12環(huán)后施工中心線與設(shè)計(jì)中心線正好在交合處，從這以后每推進(jìn)1環(huán)，則相反地向上偏移4.9mm。充分注意： 在糾偏過程中，在一段距離內(nèi)施工軸線仍然與設(shè)計(jì)軸線發(fā)生偏差加大情況；當(dāng)設(shè)計(jì)軸線與施工軸線偏差角較大時(shí)，施工軸線就可能超出100mm施工允許范圍，因而對偏差角必須加以控制。 在管片糾偏中，需考慮安裝糾偏環(huán)管片前，考慮前一環(huán)管片封頂塊位置，根據(jù)管片環(huán)幾何尺寸，同時(shí)需錯縫拼裝，選擇糾偏環(huán)管片封頂塊安裝位置及楔型環(huán)管片類型。 在管片