管片選型技術

1、 盾構機管片選型技術盾構機管片選型技術目錄一、盾構機管片選型原則二、盾構機管片選型依據三、盾構機電腦管片選型一、盾構機管片選型原則 管片拼裝時，通過轉彎環(huán)與標準環(huán)的組合來適應不同的曲線要求。管片拼裝時按照以下以下兩個原則： 第一，要適合隧道設計線路； 第二，要適應盾構機的姿態(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位，將隧道的實際線路調整在設計線路的允許公差50mm內。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用的更廣泛。管片按其形狀可分為標準環(huán)和轉彎環(huán)兩種。標準環(huán)和轉彎環(huán)可以按照不同的組合形式擬合出不同半徑的曲線隧道。 隧道設計軸線（dta）

2、在理想的情況下，主機是嚴格按照dta向前掘進的，主機的前后產考點應該都位于dta上。如果dta為一段直線，每掘進一環(huán)推進油缸向前推進相同的距離，如果dta為曲線，掘進時位于曲線外側的油缸就會比內側油缸距離長一些，在曲線內外兩側的推進油缸上產生行程差，否則管片的走向就會和主機的走向偏離。 管片的標準環(huán)和轉彎環(huán) 標準環(huán)與轉彎環(huán)的不同之處在于從拼裝好的一整環(huán)管片的頂部看，標準環(huán)在平面上的投影為一矩形，而轉彎環(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，如果正在安裝的一環(huán)為轉彎環(huán)，且轉彎環(huán)中的楔型塊的位置處于隧道的正上方，這時隧道腰部兩側將會產生襯砌長度的不同，這種長度的不同稱

3、為超前，它的數值稱為超前量。如上介紹的管片，每拼裝一環(huán)將會在隧道腰部兩側產生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計上是最重要的設計內容。一般超前量的大小起碼要能夠適應隧道最小轉彎半徑的要求。但如果超前量設計的過大，施工中很容易造成管片錯臺和管片失圓，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、的標準環(huán)和一定的轉彎環(huán)按照一定量和適應的順序排列，能夠擬合出不同的半徑的曲線隧道，這種管片的排列計算叫做管片對隧道的擬合計算。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算。 隧道直線段管片對隧道的擬合計算 直線段理論上只需要標準環(huán)，但在掘進和管片安裝時，油缸推力的不均勻、主機的蛇行、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，當這種因素累加到一定程度時就必須安裝轉彎環(huán)進行管片糾偏。 緩和曲線段管片對隧道的擬合計算 在緩和曲線段，轉彎環(huán)的數量需要滿足隧道轉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。 經過計算已經知道整個緩和曲線段隧道內外兩側的超前量總和為463mm。整個緩和曲線段需要的管片中數量為65m/1.5m=44環(huán)，其中需要的轉彎環(huán)數量為463mm/38mm=15環(huán)，需要的標準環(huán)數量為44-15=29環(huán) =2=2arctg/d 式中： -轉彎環(huán)的偏轉角 -轉彎環(huán)的最大楔形量的一半 d-管片直徑 將數據帶入得出=0.3629 根據圓心角公式： =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)轉彎環(huán)，即標準環(huán)與轉彎環(huán)的關系為1環(huán)標準環(huán)2環(huán)轉彎環(huán)。管片的鐘點特征 我們從管片設計圖上已經知道管片的縱向螺栓孔有10個，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)向有十個安裝位置，每個位置稱為管片的一個安裝鐘點。為了方便理解我們把拼裝點位與時間刻度相結合，楔形塊位于最上方時管片相對隧道的位置稱為12點，楔形塊位置順時針旋轉18度后管片相對隧道的安裝位置稱為1點，再轉36度后稱為2點，以此類推，如下圖： 但實際拼裝過程中不存在12點與6點拼裝點位，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個點位。管片選型要適應盾構機姿態(tài)管片選型要適應盾構機姿態(tài) 所謂“盾構姿態(tài)”是指盾構機的空間方位和走向、管片是在盾尾內拼裝，所以不可避免地受到盾構機姿態(tài)的限制。 實際施工中盾構姿態(tài)失控的主要有兩種表現(xiàn)： 一是使盾構主機偏離dta， 二是使盾尾間隙局部變小。 盾構機應盡量根據設計線路進行掘進，避免產生不必要的偏差。在實際掘進過程中，盾構機因為地質不均、推力不均等原因，盾構機的姿態(tài)經常會偏離隧道設計線路，當盾構機偏離設計線路進行糾偏時，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。 如當地質情況變化劇烈時，主機會突然偏向一邊很大的數值，盾尾間隙將急劇變

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

9、的隧道管片以及掘進姿態(tài)。 同時也可以看出如果繼續(xù)拼裝標準環(huán)的話，下部的盾尾間隙將會進一步減小。通常我們以各組油缸行程的差值的大小來判斷是否應該拼裝轉彎環(huán)，在兩個相反的方向上的行程差值超過40mm時，就應該拼裝轉彎環(huán)進行糾偏。 德國海瑞克公司的土壓平衡式盾構機，20組推進油缸分為a、b、c、d四組，分別代表上、右、下、左四個方向。 油缸行程可以通過位移傳感器反映在顯示屏上， 通過計算各組油缸之間的差值，就能進行正確的管片選型。 現(xiàn)有一組油缸行程的數據如下： 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，盾構機的軸線相對于管片 平面向左上方傾斜。在對這環(huán)管片進行選型的時候，就應選擇一環(huán)左轉彎環(huán)且還要有向上的偏移量。根據盾尾間隙進行管片選型根據盾尾間隙進行管片選型 如果盾尾間隙過小，盾殼上的力直接作用在管片上，則盾構機在掘進過程中盾尾將會與管片發(fā)生摩擦、碰撞。輕則增加盾構機向前掘進的阻力，降低掘進速度，重則造成管片錯臺（通過調整盾構間隙，可以大大減少管片錯臺量），盾構一邊間隙過小，另一邊相應變大，這時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重要依據。盾尾間

11、隙為75mm，每次安裝管片之前，對管片的上、下、左、右四個位置進行測量。如發(fā)現(xiàn)有一方向上的盾尾間隙接近50mm時，就要用轉彎環(huán)對盾尾間隙進行調節(jié)（在盾構掘進過程中，應及時跟蹤盾尾間隙，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整間隙）。調整的基本原則是，哪邊的盾尾間隙過小，就選擇拼裝反方向的轉彎環(huán)。選擇正確的管片必須綜合考慮以下因素： a）根據線路特點進行管片預排版 b）推進千斤頂的行程差（左右和上下） c）盾尾間隙（上、下、左、右） d）鉸接油缸的行程差。 e）盾構機掘進方向與設計軸線的相對關系 f）錯縫拼裝 觀測了主機趨勢、油缸行程、盾尾間隙后，我們就可以預測出來幾環(huán)主機的趨勢、盾尾間隙的狀態(tài)以及管片的類型。 運算步驟為： a 從導向系統(tǒng)上記錄主機位置和姿態(tài)的所有信息，以及盾尾間隙的數據； b 列出公式的首部分：趨勢、油缸行程差和盾尾間隙； c 計算掘進完成的趨勢形成差； d 預測管片類型和安裝點位； e 計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計算循環(huán)。 一般情況下提前計算34環(huán)