5盾构施工法管片选型拼装

盾构施工法管片选型拼装建设总部郭永顺管片选型拼装内容：一、管片选型的意义；二、管片表观几何尺寸特性；三、管片选型与隧道轴线；四、管片选型与盾构机；五、施工中纠偏修正；六、管片选型原则；七、管片拼装。一、管片选型的意义隧道工程施工中，盾构法隧道不同与矿山法、明挖等工法。它是在一密闭施工机械内，采用预制构件，利用机械臂，按预定方法、工序将预制构件逐一安装而形成隧道，使成型的隧道满足设计要求。管片选型的意义：按预定方法、工序进行，符合设计预定要求；管片选型好与差直径影响工程进度、质量、投资。二、管片表观几何尺寸特性（一）管片外观尺寸计算注：a角为管片环封顶块任意旋转角度管片宽度最小处管片宽度最大处轴线O管片封顶块旋转后管片环顶端管片宽度管片宽度Kt管片顶部宽度最大值：kt＝1500＋19sinаKb管片底部宽度最大值：kb＝1500－19sinаKl管片左端宽度最大值：kl＝1500＋19cosаKr管片右端宽度最大值：kr＝1500－19cosа1814.0600019tan6000)14811519(21tan11管片水平、垂直方向宽度尺寸计算（二）管片空间角度、尺寸计算YXA'aCaY'XY2X'XaA'CoAYaCAC'18alallXXcos.2tan2cos.cos.2sin.2cos.'tanalallYYcos.2tan2cos.cos.2sin.2cos.'tan封顶块位置从顶端偏了a°时，楔形环前面的中心点C，（中心点由C→C，）移动，其移动量为COC=4.75mm。移动量分成水平（X）和垂直（Y）：水平向：ΔX=38cosa°垂直向：ΔY=－38sina°楔形环前端断面的直角方向（C，→C“）和标准环—楔形环管片的连接面与直角方向（中心轴方向）是A—A角2θ，此角度可分成X（水平-θX）与Y（垂直-θY），C，→C“的长度为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)管片环空间角度、尺寸变化计算楔形管片K件在不同位置时ΔX、ΔY、θX、θY其值依次的大小：K件位置K件所在圆弧位置a（°）K件旋转角度ΔX（mm）宽度差ΔY（mm）宽度差θX（°）角度变化θY（°）角度变化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）右楔形环管片为例:计算法则：垂直向Y：下－上水平向X：左－右负数（－）代表轴线下降、左转。正数（＋）代表轴线上升、右转。（三）管片空间水平、垂直向角度变化计算另一方法竖直方向下上新方向旧方向水平方向右旧方向左新方向12000cos0.38sin2112000sin0.38sin21角度（1，2）的调整量是从上图的关系里按下列公式计算：垂直方向：1＝2v12000sin26000)(21sin211XvXtXb12000sin0.38sin2112000sin26000)(21sin211XhXrXl12000cos0.38sin21水平方向：2＝2h注：6000为管片直径从推导公式可以显示为：管片直径件在顶部）管片宽度最大差（2sinsin21K管片直径件在顶部）管片最大宽度差（2cossin21K三、管片选型与隧道轴线管片环节构成的隧道，对于轴线的构成，是利用每一环管片环节构成的短直线将其相互连接，尽可能地将管片环节构成的隧道轴线与设计隧道轴线吻合。但仍然存在一定的误差。楔形管片直线管片短直线直线管片允许误差设计轴线管片模拟轴线（一）管片拟合的隧道轴线提出一个问题：为什么目前广州地铁的大多数管片环为宽度1500mm，内径5400mm，管片环楔变量38mm？1.对于内径选择：主要根据列车的选型、设备（限界）、列车设计旅行的速度确定（活塞效应）；2.管片环的宽度、楔变量：主要根据设计线路平、纵断面曲线半径、盾构机内空间设计、设计允许的误差确定；3.按施工过程中施工工艺、功效、质量及经济效益确定。4.管片环节形成的隧道轴线关键是尽量减小与隧道设计轴线误差。（二）管片宽度、楔变量的确定1.管片宽度：管片宽度与设计轴线最小误差（设计允许误差±50mm），建议在10mm范围内；2.管片楔变量：在确定管片宽度后，根据直径、宽度则可确定管片楔变角度和楔变量;3.确定管片参数后，盾构机根据其参数进行盾构机内空间设计。曲线半径设计轴线管片拟合轴线误差值楔变量管片宽度RRCRX.cossin.21管片宽度曲线半径管片宽度管片宽度管片环楔变角Q=180°－2Q1注：在确定上述的参数后，须根据管片拼装模式（如：封顶块位置、管片拼装模式）进行验算调整。（三）管片排列管片排列需根据隧道设计线路、管片宽度、管片楔变角、管片拼装模式确定。1.在隧道设计线路图中，圆曲线一般给出圆形要素：圆曲线半径R、圆曲线所对应的圆心角度a、圆弧长度L等。2.根据圆弧长公式：L＝a.π.R/1803.根据管片拼装模式（错缝拼装、通缝拼装），封顶块（K件）所在位置时，管片环所对应楔变角度。4.则对于管片环宽度所对应圆弧线的圆心角为：管片环宽度管片环直径管片环楔变量标准环楔型环0360弧长管片宽度＝管片宽度对应的圆心角一）管片排列估算5.K件所在位置所对应的楔变角度与管片环宽度所对应的圆心角之比，则得出管片环所组合模式。如：设计线路平面曲线半径R=450m,平面曲线圆心角57°，管片宽度1.5m，管片环楔变量最大值38mm，管片采用错缝拼装,封顶块（K件）偏转18度安装。则：平面曲线弧长L=57×3.14×450÷180＝447.45m。管片环宽度所对应的圆心角Q＝1.5÷447.45×57＝0.191度封顶块偏转18度拼装，管片环楔变角为0.345度。0.345÷0.191=1.8环。即：对于1.5m的管片环使用1＋1（1直线＋1楔形环）楔型环管片。注：该计算方法只是粗略计算，没能考虑实际中工中存在偏差修正问题。二）管片环修正排列计算圆曲线半径450m，管片环宽度1.5m。计算管片环排列及偏差内则外则曲线半径1.半径450米所需的轴线偏转角，管片环K件在±18°（拼装模式：S（－18°）—R（18°）—S（－18°）—R（18°）….，圆曲线圆心角57°，则弧长为447.45m以每一环1.5米进行计算，由平面几何得：1910.045075.0sin21圆曲线－(－18)第2环第1环第3环第4环由于管片环封顶块K在±18°，通过计算，封顶块在18°时，其水平方向偏转角为：0.3450°（0.3450°÷2＝0.1725°)则：θ1，、θ2，、θ3，＝――――θ，θ＝0.3450°/2＝0.1725°则：每环管片环与圆曲线偏差角度：＝0.1725－0.1910＝－0.0185°表明：每安装一环管片，管片环的轴线偏离圆曲线0.0185°（注：在圆曲线内则为正值，外则为负值）。在第一环管片施工中心方向与隧道设计中心方向一致情况下，下图将表示每一环安装后的偏差（第1环），＋2＝3（第2环），＋2＋3＝6（第3环）―――，＋2＋―――＋n（第N环），不断增大。＝1500sin＝1500sin(0.0185)＝0.48mm在第N环的偏差：n＝＋2＋3―――＋n＝0.5n(n+1)mm；在第N环的角度偏差：N＝0.0185n如不作修正，则：弧长447.45＝298环N＝298×0.0185=5.513°第298环累计偏差：（第298环）＝0.5×298×（298＋1）×0.48＝21.312m。如按上述不作修正，轴线是严重的、灾难性的偏离。因此需作修正，以满足设计轴线要求。在第N环修正：Nx＝θ÷＝0.1725÷0.0185＝9环约等于注：θ：每环偏差角累计到达管片环修正角度时修正角度则：在第9环偏差＝0.5n(n+1)＝0.5×9×（9＋1）×0.48＝21.6mm由于施工轴线在隧道设计轴线外则，对于21.6mm偏差，虽然在施工误差范围内，但考虑施工轴线随长度增加而增加，偏差不断增大，需将施工偏差调整在设计轴线内则，因此必须在施工9环内，作出调整，一般是在计算第N环修正，提前N/2修正（如第9环修正，则提前9÷2＝4环修正），即：在第4环修正偏差＝0.5n(n+1)＝0.5×4×（4＋1）×0.48＝4.8mm即：在开始第4环，使用R-R模式，以后每隔9环使用R-R模式。计划施工轴线设计轴线注意：若通过管片排列计算，施工轴线在设计隧道轴线内则，则修正环使用S-S（标准环）。通过上述计算，可以确定对曲线半径450m，弧长447.45m，圆心角57°的圆曲线，可确定管片排列模式：S－R－S－R－R－S－R－S－R－S－R－S－R－R－S－R……….。（其中管片环封顶块旋转安装角度为：±18°）则：可知弧长447.45圆曲线，管片环使用多小环标准环、多小环楔型环。同理：则全区间的管片环数可知，但需根据施工单位施工水平，排列计算得出的环数后，作楔型管片环增加，已作日后纠偏使用。对于圆曲线排列，小结其计算步骤：1、通过圆心角公式，初步估计管片环排列模式；2、计算管片环宽度所对应的圆心角度；3、计算管片环，K件旋转不同角度时，其宽度、修正角度；4、计算一环管片环，修正角度与管片环宽度所对因的圆心角度差值及偏差量；5、计算第N环修正量、第N/2环修正量及使用修正拼装模式；6、管片环排列模式。注：在盾构机实际施工中，考虑地质、操作、机械问题，往往将盾构机施工轴线设置在圆曲线内则施工。四、管片选型与盾构机管片选型与盾构盾尾、盾构铰接、盾构推进千斤顶有着重要关系，特别是盾尾间隙的控制，尤为突出。从理论上，当管片安装后，管片环外圆面与盾构盾尾内圆面，其间隙是一致的，但实际施工中，由于受地层、人工操作、盾构蛇行等，造成间隙距离不一。盾尾间隙确定：由管片宽度、隧道设计轴线、注浆工艺、盾尾油脂压注工艺确定。（一）盾尾间隙盾构机盾尾间隙变化三种情况：1、使用楔型环管片环；2、管片方位角与盾构机方位角不一致，3、盾构机偏移。以上三种情况在实际施工常常同时出现，是一个综合性因素。盾尾间隙盾尾间隙标准环楔型环盾构机盾构机标准环盾尾间隙盾尾间隙标准环方位角变化第二种情况第一种情况管片环半径＋盾尾间隙管片环半径第三种情况盾构机盾尾长度盾尾间隙盾尾间隙千斤顶回缩后净空第一种情况：使用楔型管片a＝ABa，＝A，B，b＝2200－ab，＝2200－a,B1＝a.tanaB2＝-(a’tana)c1＝B1+btan(2a+b)c2＝-(B2+b’tan(2a+b))注：c1、c2则由于管片环的组合的不同而不同。第二种情况：管片方位角与盾构机方位角不一致盾尾间隙盾尾间隙δB1'＝1500sinθδB2'＝-1500sinθδC1'＝2500sinθδC2'＝-2500sinθ第三种情况：盾构偏移：管片与机尾的间隙，上（δt）下（δb）左（δl）右（δr）的数值，在盾构机施工现场通过盾尾是可以测量到，在管片中心（θs）