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1、盾构机管片选型技术,目录,一、盾构机管片选型原则 二、盾构机管片选型依据 三、盾构机电脑管片选型,一、盾构机管片选型原则,管片拼装时，通过转弯环与标准环的组合来适应不同的曲线要求。管片拼装时按照以下以下两个原则： 第一，要适合隧道设计线路； 第二，要适应盾构机的姿态。 这两者相辅相成，通过正确的管片选型和选择正确的拼装点位，将隧道的实际线路调整在设计线路的允许公差50mm内。,衬砌管片,管片按其材料可分为钢筋混凝土管片和金属管片，其中钢筋混凝土管片应用的更广泛。管片按其形状可分为标准环和转弯环两种。标准环和转弯环可以按照不同的组合形式拟合出不同半径的曲线隧道。,隧道设计轴线（DTA）,在理想的
2、情况下，主机是严格按照DTA向前掘进的，主机的前后产考点应该都位于DTA上。如果DTA为一段直线，每掘进一环推进油缸向前推进相同的距离，如果DTA为曲线，掘进时位于曲线外侧的油缸就会比内侧油缸距离长一些，在曲线内外两侧的推进油缸上产生行程差，否则管片的走向就会和主机的走向偏离。,管片的标准环和转弯环,标准环与转弯环的不同之处在于从拼装好的一整环管片的顶部看，标准环在平面上的投影为一矩形，而转弯环在平面上的投影为对称的梯形，梯形长边比短边长38mm。在管片拼装时，如果正在安装的一环为转弯环，且转弯环中的楔型块的位置处于隧道的正上方，这时隧道腰部两侧将会产生衬砌长度的不同，这种长度的不同称为超前，
3、它的数值称为超前量。如上介绍的管片，每拼装一环将会在隧道腰部两侧产生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设计上是最重要的设计内容。一般超前量的大小起码要能够适应隧道最小转弯半径的要求。但如果超前量设计的过大，施工中很容易造成管片错台和管片失圆，不但给管片拼装带来很大困难，更影响隧道的防水和美观。,管片对隧道的拟合,一定的标准环和一定的转弯环按照一定量和适应的顺序排列，能够拟合出不同的半径的曲线隧道，这种管片的排列计算叫做管片对隧道的拟合计算。下面分别介绍在直线、缓和曲线、圆曲线段管片对隧道的拟合计算。,隧道直线段管片对隧道的拟合计算,直线段理论
4、上只需要标准环，但在掘进和管片安装时，油缸推力的不均匀、主机的蛇行、已安装管片的沉降等因素会造成盾尾间隙和油缸行程的不均衡，当这种因素累加到一定程度时就必须安装转弯环进行管片纠偏。,缓和曲线段管片对隧道的拟合计算,在缓和曲线段，转弯环的数量需要满足隧道转弯造成的隧道总的超前量的需要。例如：缓和曲线的长度为65m；圆曲线半径为400m；管片宽度为1.5m；每环超前量为38mm。 经过计算已经知道整个缓和曲线段隧道内外两侧的超前量总和为463mm。整个缓和曲线段需要的管片中数量为65m/1.5m=44环，其中需要的转弯环数量为463mm/38mm=15环，需要的标准环数量为44-15=29环,=2
5、=2arctg/D 式中： -转弯环的偏转角 -转弯环的最大楔形量的一半 D-管片直径 将数据带入得出=0.3629 根据圆心角公式： =180L/R 式中：L-一段线路中心线的长度 R-曲线半径，取400m =，将之代入，取得L=2.282,管片对圆曲线段隧道的拟合计算步骤如下：,上式表明，在400m圆曲线上，每隔2.282m就要用一环转弯环，广州地铁的管片长度为1.5m，也就是说每隔2.2822=4.564m就需要两环转弯环，即标准环与转弯环的关系为1环标准环2环转弯环。,管片的钟点特征,我们从管片设计图上已经知道管片的纵向螺栓孔有10个，而且他们沿管片的圆周方向是均匀分部的，任何相邻的两
6、个纵向螺栓孔与管片中心所成角度都为36度，也就是说管片沿环向有十个安装位置，每个位置称为管片的一个安装钟点。为了方便理解我们把拼装点位与时间刻度相结合，楔形块位于最上方时管片相对隧道的位置称为12点，楔形块位置顺时针旋转18度后管片相对隧道的安装位置称为1点，再转36度后称为2点，以此类推，如下图：,但实际拼装过程中不存在12点与6点拼装点位，而且一般情况下，本着有利于隧道防水的要求，都只使用上部6个点位。,管片选型要适应盾构机姿态,所谓“盾构姿态”是指盾构机的空间方位和走向、管片是在盾尾内拼装，所以不可避免地受到盾构机姿态的限制。 实际施工中盾构姿态失控的主要有两种表现： 一是使盾构主机偏离
7、DTA， 二是使盾尾间隙局部变小。,盾构机应尽量根据设计线路进行掘进，避免产生不必要的偏差。在实际掘进过程中，盾构机因为地质不均、推力不均等原因，盾构机的姿态经常会偏离隧道设计线路，当盾构机偏离设计线路进行纠偏时，要特别注意管片型号的选择，避免因盾尾间隙过小而造成管片破损等事故。,如当地质情况变化剧烈时，主机会突然偏向一边很大的数值，盾尾间隙将急剧变小，这是更要在管片安装和掘进方向上综合考虑，避免出现过激的纠偏以至造成大错台，甚至破坏管片。 掘进控制和管片选型在盾构施工中唇齿相依、相互适应，不能分开对待。,二、盾构机管片选型依据,根据油缸行程差进行管片选型,盾构机是依靠推进油缸顶推在管片上所产
8、生的反力向前掘进的，我们把推进油缸按上、下、左、右四个方向分成四组。而每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片平面之间的空间关系，可以看出下一掘进循环盾尾间隙的变化趋势。当管片平面不垂直于盾构机轴线时，各组推进油缸的行程就会有差异，当这个差值过大时，推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力，从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态。,同时也可以看出如果继续拼装标准环的话，下部的盾尾间隙将会进一步减小。通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时，就应该拼装转弯环进行纠偏。,德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机，20组推进油
9、缸分为A、B、C、D四组，分别代表上、右、下、左四个方向。 油缸行程可以通过位移传感器反映在显示屏上， 通过计算各组油缸之间的差值，就能进行正确的管片选型。,现有一组油缸行程的数据如下： B组（右）：1980mm C组（下）：1964mm D组（左）：1934mm A组（上）：1943mm 左右行程差为：DB=19341980=46mm 上下行程差为：AC=19431964=21mm 由上可以看出，盾构机的轴线相对于管片 平面向左上方倾斜。在对这环管片进行选型的时候，就应选择一环左转弯环且还要有向上的偏移量。,根据盾尾间隙进行管片选型,如果盾尾间隙过小，盾壳上的力直接作用在管片上，则盾构机在掘
10、进过程中盾尾将会与管片发生摩擦、碰撞。轻则增加盾构机向前掘进的阻力，降低掘进速度，重则造成管片错台（通过调整盾构间隙，可以大大减少管片错台量），盾构一边间隙过小，另一边相应变大，这时盾尾尾刷密封效果降低，在注浆压力作用下，水泥浆很容易渗漏出来，破环盾尾的密封效果。,盾尾间隙是管片选型的一个重要依据。盾尾间隙为75mm，每次安装管片之前，对管片的上、下、左、右四个位置进行测量。如发现有一方向上的盾尾间隙接近50mm时，就要用转弯环对盾尾间隙进行调节（在盾构掘进过程中，应及时跟踪盾尾间隙，发现盾尾间隙有变小趋势，最好能通过千斤顶推力来调整间隙）。调整的基本原则是，哪边的盾尾间隙过小，就选择拼装反方
11、向的转弯环。,选择正确的管片必须综合考虑以下因素：,A）根据线路特点进行管片预排版 B）推进千斤顶的行程差（左右和上下） C）盾尾间隙（上、下、左、右） D）铰接油缸的行程差。 E）盾构机掘进方向与设计轴线的相对关系 F）错缝拼装,观测了主机趋势、油缸行程、盾尾间隙后，我们就可以预测出来几环主机的趋势、盾尾间隙的状态以及管片的类型。 运算步骤为： a 从导向系统上记录主机位置和姿态的所有信息，以及盾尾间隙的数据； b 列出公式的首部分：趋势、油缸行程差和盾尾间隙； c 计算掘进完成的趋势形成差； d 预测管片类型和安装点位； e 计算安装完成后的油缸行程和盾尾间隙； f 把趋势和油缸行程以及盾尾间隙作为初始条件列入下一个计算循环。 一般情况下提前计算34环是比较准确的，计算完成后把倔劲和管片安装有用的信息记录下来形成交底以指导施工，这些信息一般包括掘进前后的油缸行程差、趋势值和管片安装类型。在实际掘进时要经常根据实际的掘进结果来调整计算。,管片选型错误会导致以下问题,1）管片错台、破损及裂缝等缺陷。 2）隧道渗漏水。 3）管片走向与盾构机掘进方向不协调，盾尾间隙过小，盾构机操作困难和管片安装困难。 4）损坏盾尾尾刷。,
