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1、A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Research on Optimized Composition of Segments for Shield Tunnels Candidate : Zhang Zhihua Major : Mechanical Electronical Enginneering Supervisor: Professor Zhu Guoli Huazhong University of Sc
2、ience and Technology Wuhan 430074, P.R. China January, 2012 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除已经标明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被
3、查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 。 (请在以上方框内打 “ ” ) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 I 摘摘 要要 管片的拼装排版是盾构法施工中的重要环节，影响着盾构机的掘进和最终隧道的成型质量。施工过程中，盾构机掘进以成环管片为后盾，两者相互协调。隧道成形后，管片拟合隧道设计轴线（DTA）的偏差是检测隧道质量的
4、重要指标。本文主要基于对盾构法中管片的特征及排版过程研究，建立管片拼装的优化拼装排版方法，得到了如下几方面的成果： 首先分析隧道设计轴线（DTA） ，针对三种不同线形：直线、圆曲线、缓和曲线的线形要素，分别推导出其二维坐标系计算公式。再根据里程值来结合平面线形和纵面线形的计算，得到以里程值为参数的 DTA 上点的三维坐标，为管片拟合 DTA提供基准。 为了描述排版过程中管片的关键信息要素，通过分析管片的几何特征，建立了单环管片的数学模型。在此基础上，分析实际施工中管片的拼装情况。结合管片的拼装点位参数，建立多环管片排版的数学模型，并推导出其位姿计算式。 分析管片拼装排版时的考虑因素，利用它们相
5、互间的关系从而将多个因素结合到两个之中，简化了研究对象。根据管片拼装排版原则，建立管片拼装方法与流程。通过修正权值的方法来综合考虑管片拼装排版因素，并建立函数控制式。根据函数控制式来优化选择管片排版方案，利用 V 语言建立管片优化排版软件。 关键词：关键词：管片 DTA 坐标 管片排版 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 II Abstract As an important link in shield tunneling, the selection and the assembly of segments influence the final qua
6、lity of the tunnel. In the construction process, the shield drives with backup force of the erected segments, and the emerged deviation in the fitting of designed tunnel axis and actual axis is an important indicator of the construction. Based on the research on characteristic and assembly process o
7、f segments, this thesis mainly establishes the optimized composition and ring selection method of segments. The details are as following: Through analyzing the designed tunnel axis, deduce calculation formulas respectively for the line, circle and connecting curve, which appear in the designed tunne
8、l axis, in two-dimensional coordinates system. Then, integrate the calculations of horizontal alignment and vertical alignment with the parameter of mileage in order to calculate the three-dimensional coordinates of DTA. Through the analysis to geometrical characteristic of segments, establish the m
9、athematical model of single segment in order to describe its basic information. Analyzing the process of assembly for segments in the actual construction and considering the parameter of erecting position, establish the mathematical model for composition of several segments, thus deduce the calculat
10、ion formulas for their position and pose. Analyze the factors that must be considered in the assembly of segments. Simplify the research object through combining these factors into two main factors using their relationship. According to the principles of assembly, establish method and process of ass
11、embly. Establish the function through comprehensively considering the influencing factors of selection and assembly of segments. The function can be used to optimize the program of the composition for segments in order to guide the constructors. Program the selection and assembly of segments softwar
12、e using visual basic .net. Keywords: segments DTA coordinate composition of segments 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 III 目目 录录 摘摘 要要 . I Abstract . II 1 绪论绪论 1.1 课题研究背景. (1) 1.2 国内外研究现状 . (2) 1.3 课题的意义 . (4) 1.4 课题研究内容. (5) 1.5 本文研究思路. (5) 2 隧道设计轴线解算与单环管片数学建模隧道设计轴线解算与单环管片数学建模 2.1 隧道设计轴线的信息要素 . (6) 2.2 设计轴线坐标解算 . (7) 2.3 单环管片数学建模 . (14) 2.4 本章小结 . (21) 3 管片排版计算方法管片排版计算方法 3.1 管片排版计算. (22) 3.2 管片排版计算方法 . (25) 3.3 本章小结 .
