盾構(gòu)施工法管片選型拼裝

盾構(gòu)施工法管片選型拼裝當前第1頁\共有36頁\編于星期六\12點管片選型拼裝內(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；五、施工中糾偏修正；六、管片選型原則；七、管片拼裝。當前第2頁\共有36頁\編于星期六\12點一、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械內(nèi)，采用預制構(gòu)件，利用機械臂，按預定方法、工序?qū)㈩A制構(gòu)件逐一安裝而形成隧道，使成型的隧道滿足設計要求。

管片選型的意義：按預定方法、工序進行，符合設計預定要求；管片選型好與差直徑影響工程進度、質(zhì)量、投資。當前第3頁\共有36頁\編于星期六\12點二、管片表觀幾何尺寸特性當前第4頁\共有36頁\編于星期六\12點（一）管片外觀尺寸計算注：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：kt＝1500＋19sinаKb管片底部寬度最大值：kb＝1500－19sinаKl管片左端寬度最大值：kl＝1500＋19cosаKr管片右端寬度最大值：kr＝1500－19cosа管片水平、垂直方向?qū)挾瘸叽缬嬎惝斍暗?頁\共有36頁\編于星期六\12點（二）管片空間角度、尺寸計算

封頂塊位置從頂端偏了a°時，楔形環(huán)前面的中心點C，（中心點由C→C，）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：ΔX=38cosa°

垂直向：ΔY=－38sina°

楔形環(huán)前端斷面的直角方向（C，→C“）和標準環(huán)—楔形環(huán)管片的連接面與直角方向（中心軸方向）是A—A角2θ，此角度可分成X（水平-θX）與Y（垂直-θY），C，→C“的長度為L公式如下：

由于:tan2θ=tan(0.3628°)=6.332×10-3所以:θX=tan-1(0.006332×cosa)θY=－tan-1(0.006332×sina)管片環(huán)空間角度、尺寸變化計算當前第6頁\共有36頁\編于星期六\12點楔形管片K件在不同位置時ΔX、ΔY、θX、θY其值依次的大?。篕件位置K件所在圓弧位置a（°）K件旋轉(zhuǎn)角度ΔX（mm）寬度差ΔY（mm）寬度差θX（°）角度變化θY（°）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（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）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:計算法則：垂直向Y：下－上水平向X：左－右負數(shù)（－）代表軸線下降、左轉(zhuǎn)。正數(shù)（＋）代表軸線上升、右轉(zhuǎn)。當前第7頁\共有36頁\編于星期六\12點（三）管片空間水平、垂直向角度變化計算另一方法當前第8頁\共有36頁\編于星期六\12點角度（1，2）的調(diào)整量是從上圖的關系里按下列公式計算：垂直方向：1＝2v水平方向：2＝2h注：6000為管片直徑從推導公式可以顯示為：當前第9頁\共有36頁\編于星期六\12點三、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)成的隧道軸線與設計隧道軸線吻合。但仍然存在一定的誤差。當前第10頁\共有36頁\編于星期六\12點（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)為寬度1500mm，內(nèi)徑5400mm，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、設備（限界）、列車設計旅行的速度確定（活塞效應）；2.管片環(huán)的寬度、楔變量：主要根據(jù)設計線路平、縱斷面曲線半徑、盾構(gòu)機內(nèi)空間設計、設計允許的誤差確定；3.按施工過程中施工工藝、功效、質(zhì)量及經(jīng)濟效益確定。4.管片環(huán)節(jié)形成的隧道軸線關鍵是盡量減小與隧道設計軸線誤差。當前第11頁\共有36頁\編于星期六\12點（二）管片寬度、楔變量的確定1.管片寬度：管片寬度與設計軸線最小誤差（設計允許誤差±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)機根據(jù)其參數(shù)進行盾構(gòu)機內(nèi)空間設計。管片環(huán)楔變角Q=180°－2Q1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）進行驗算調(diào)整。當前第12頁\共有36頁\編于星期六\12點（三）管片排列

管片排列需根據(jù)隧道設計線路、管片寬度、管片楔變角、管片拼裝模式確定。1.在隧道設計線路圖中，圓曲線一般給出圓形要素：圓曲線半徑R、圓曲線所對應的圓心角度a、圓弧長度L等。2.根據(jù)圓弧長公式：L＝a.π.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，管片環(huán)所對應楔變角度。4.則對于管片環(huán)寬度所對應圓弧線的圓心角為：一）管片排列估算當前第13頁\共有36頁\編于星期六\12點5.K件所在位置所對應的楔變角度與管片環(huán)寬度所對應的圓心角之比，則得出管片環(huán)所組合模式。如：設計線路平面曲線半徑R=450m,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=57×3.14×450÷180＝447.45m。管片環(huán)寬度所對應的圓心角Q＝1.5÷447.45×57＝0.191度封頂塊偏轉(zhuǎn)18度拼裝，管片環(huán)楔變角為0.345度。0.345÷0.191=1.8環(huán)。即：對于1.5m的管片環(huán)使用1＋1（1直線＋1楔形環(huán)）楔型環(huán)管片。注：該計算方法只是粗略計算，沒能考慮實際中工中存在偏差修正問題。

當前第14頁\共有36頁\編于星期六\12點二）管片環(huán)修正排列計算

圓曲線半徑450m，管片環(huán)寬度1.5m。計算管片環(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：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米進行計算，由平面幾何得：

由于管片環(huán)封頂塊K在±18°，通過計算，封頂塊在18°時，其水平方向偏轉(zhuǎn)角為：0.3450°（0.3450°÷2＝0.1725°)則：θ1，、θ2，、θ3，＝――――θ，θ＝0.3450°/2＝0.1725°則：每環(huán)管片環(huán)與圓曲線偏差角度：＝0.1725－0.1910＝－0.0185°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，外則為負值）。當前第15頁\共有36頁\編于星期六\12點

在第一環(huán)管片施工中心方向與隧道設計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)），＋2＝3（第2環(huán)），＋2＋3＝6（第3環(huán)）―――，＋2＋―――＋n（第N環(huán)），不斷增大。＝1500sin

＝1500sin(0.0185)＝0.48mm

在第N環(huán)的偏差：n＝＋2＋3―――＋n＝0.5n(n+1)mm；在第N環(huán)的角度偏差：N

＝0.0185n

如不作修正，則：弧長447.45＝298環(huán)

N

＝298×0.0185=5.513°

第298環(huán)累計偏差：（第298環(huán)）＝0.5×298×（298＋1）×0.48＝21.312m。

如按上述不作修正，軸線是嚴重的、災難性的偏離。因此需作修正，以滿足設計軸線要求。在第N環(huán)修正：Nx＝θ÷

＝0.1725÷0.0185

＝9環(huán)注：θ：每環(huán)偏差角累計到達管片環(huán)修正角度時修正角度則：在第9環(huán)偏差＝0.5n(n+1)＝0.5×9×（9＋1）×0.48＝21.6mm

當前第16頁\共有36頁\編于星期六\12點

由于施工軸線在隧道設計軸線外則，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)整在設計軸線內(nèi)則，因此必須在施工9環(huán)內(nèi)，作出調(diào)整，一般是在計算第N環(huán)修正，提前N/2修正（如第9環(huán)修正，則提前9÷2＝4環(huán)修正），即：在第4環(huán)修正偏差＝0.5n(n+1)＝0.5×4×（4＋1）×0.48＝4.8mm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：若通過管片排列計算，施工軸線在設計隧道軸線內(nèi)則，則修正環(huán)使用S-S（標準環(huán)）。當前第17頁\共有36頁\編于星期六\12點

通過上述計算，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：S－R－S－R－R－S－R－S－R－S－R－S－R－R－S－R……….。（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)標準環(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)其計算步驟：1、通過圓心角公式，初步估計管片環(huán)排列模式；2、計算管片環(huán)寬度所對應的圓心角度；3、計算管片環(huán)，K件旋轉(zhuǎn)不同角度時，其寬度、修正角度；4、計算一環(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)機實際施工中，考慮地質(zhì)、操作、機械問題，往往將盾構(gòu)機施工軸線設置在圓曲線內(nèi)則施工。當前第18頁\共有36頁\編于星期六\12點四、管片選型與盾構(gòu)機

管片選型與盾構(gòu)盾尾、盾構(gòu)鉸接、盾構(gòu)推進千斤頂有著重要關系，特別是盾尾間隙的控制，尤為突出。從理論上，當管片安裝后，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、隧道設計軸線、注漿工藝、盾尾油脂壓注工藝確定。

當前第19頁\共有36頁\編于星期六\12點（一）盾尾間隙盾構(gòu)機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)機方位角不一致，3、盾構(gòu)機偏移。以上三種情況在實際施工常常同時出現(xiàn)，是一個綜合性因素。第二種情況第一種情況第三種情況當前第20頁\共有36頁\編于星期六\12點第一種情況：使用楔型管片a＝ABa，＝A，B，b＝2200－ab，＝2200－a,B1＝a.tanaB2＝-(a’tana)c1＝B1+btan(2a+b)c2＝-(B2+b’tan(2a+b))注：c1、c2則由于管片環(huán)的組合的不同而不同。當前第21頁\共有36頁\編于星期六\12點第二種情況：管片方位角與盾構(gòu)機方位角不一致δB1'＝1500sinθδB2'＝-1500sinθδC1'＝2500sinθδC2'＝-2500sinθ當前第22頁\共有36頁\編于星期六\12點第三種情況：盾構(gòu)偏移：管片與機尾的間隙，上（δt）下（δb）左（δl）右（δr）的數(shù)值，在盾構(gòu)機施工現(xiàn)場通過盾尾是可以測量到，在管片中心（θs）與盾構(gòu)機中心（θt）的偏差δv、δh可以用下公式計算出來：δt＋r＋δV＝r－δV＋δb

δr＋r＋δh＝r－δh＋δlδh＝(δl－δr)

δmin＝當前第23頁\共有36頁\編于星期六\12點（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)機中，在盾構(gòu)機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)）。當前第24頁\共有36頁\編于星期六\12點通過管片環(huán)修正角度及千斤頂行程差，通過計算可知，管片環(huán)在盾尾間隙控制最小量。同時通過平面曲線、縱向曲線、上下、左右千斤頂距離，可以得知盾構(gòu)每推進一環(huán)管片寬度距離所需的行程差。根據(jù)圓心角公式：a＝2×sin-1(管片寬度一半÷曲線半徑)按上述三種情況計算，可知每安裝不同類型管片其盾尾間隙變化。當前第25頁\共有36頁\編于星期六\12點（三）管片選型盾構(gòu)機鉸接千斤頂

管片選型與盾構(gòu)鉸接千斤頂關系雖然沒有直接關系，如在曲線段，鉸接千斤頂行程確定與盾構(gòu)掘進推進千斤頂有著重要關系。因此，管片選型與盾構(gòu)鉸接千斤頂具有間接影響。當前第26頁\共有36頁\編于星期六\12點需注意：盾構(gòu)機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）當前第27頁\共有36頁\編于星期六\12點五、施工中糾偏修正（一）直線糾偏從設計中心偏移（δA）以及尾部偏移（δB）表示在以下公式：δA＝（管片寬度＋盾尾以外主體長度）sinΔθ°δB＝管片寬度sinΔθ°Δθ的確定：垂直方向：Δθ＝（盾構(gòu)機實測俯仰角）－（挖掘設計坡度）水平方向：Δθ＝（所示方位角值）－（設計隧道方位角）注：盾構(gòu)機垂直方向俯仰角、水平方向方為角，通過測量求得。

Δθ也可以通過千斤頂行程差計算當前第28頁\共有36頁\編于星期六\12點（二）曲線段修正根據(jù)圓心角公式：a＝2×sin-1(管片寬度一半÷曲線半徑)，每推進1環(huán)管片，盾構(gòu)機必須偏移角度（如：半徑為300米時盾構(gòu)轉(zhuǎn)0.2292°）

如果偏向曲線外不加以修正，就會與設計曲線越偏越遠；如果偏向曲線內(nèi)不加以修正，就會以較大的角度沖向設計曲線，難以修正。當前第29頁\共有36頁\編于星期六\12點

根據(jù)上述，為了保持盾構(gòu)在設計曲線上，盡可能地將盾構(gòu)機控制在設計的曲線內(nèi)側(cè)。另外，用推進器長度差來管理時，推進1環(huán)以上時，盾構(gòu)機會向曲線外偏一點，其偏差角度為Δθ＝tan-1(δ/R)在半徑300米的區(qū)間δ＝50mm時，Δθ＝0.01°，對盾構(gòu)機施工軸線也不會產(chǎn)生不可控制偏離。在曲線糾偏中：關鍵是控制盾構(gòu)機偏差角的控制，不能以大角度糾偏，否則，管片選型、軸線控制就會完全失控。當前第30頁\共有36頁\編于星期六\12點假設：水平方向在設計中心線內(nèi)，但垂直方向比設計中心線低50mm，垂直方向的方位角也向前傾0.4°。

如果繼續(xù)安裝標準管片，每推進一環(huán)，施工中心線就會比設計中心線多偏離10.5mm，如果再推進N環(huán)（如：6環(huán)），側(cè)偏離值d＝50＋10.5×6＝113mm，此時已超出100mm的容許值（其中：10.5=1500×sin0.4°）。

當前第31頁\共有36頁\編于星期六\12點K件位置a（°）K件旋轉(zhuǎn)角度ΔX（mm）寬度差ΔY（mm）寬度差θX（°）角度變化θY（°）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（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）90（270）0.00（0.00）－38.00（38.00）0.0000（0.000）－0.3628（0.3628）當前第32頁\共有36頁\編于星期六\12點要修正管片施工中心線的方法有多種，即是0.2935°，但水平方向卻在設計中心線上，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0.2935°×2＝0.5870°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)標準環(huán)管片（主要時考慮錯縫拼裝）。根據(jù)上述分析糾偏量計算如下：第1環(huán)：dv1=50mm垂直偏差角Φ

＝0.4°第2環(huán)：dv2=dv1+1500sinФv1-1500sin（0.2935÷2）＝56.6mm，第3環(huán)：dv3=dv2+1500sinФv3＝59＋1500sin（0.4－0.2935）＝61.8mm，第4環(huán)：dv4=dv3+150