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1、管片设计与施工管片设计与施工 一、管片设计 根据设计图纸，本区间盾构隧道管片采用C50钢筋混凝 土预制，抗渗等级为S12。管片内径5400mm，外径 6000mm，管片厚度采用300mm 。 盾构区间隧道设计采用标准环、左转弯环、右转弯环三 种衬砌环形式。转弯环管片楔形量为38mm。 本工程管片拼装采用错缝拼装。初砌环（管片）的分块 采用一块封顶块，两块邻接块，三块标准块的方案即 5+1模式。本区间采用小封顶块，径向先搭接2/3，再 纵向推入1/3方法施工。 防水设计(S12) 接缝：三元乙丙橡胶条 螺栓孔：密封垫圈 嵌缝：氯丁胶乳水泥 堵手孔：AEA微膨胀水泥 管片外防水：渗透性结晶防水涂料
2、 特殊管片和洞门环设计 环与环间以10根M27的纵向螺栓连接 环纵缝及连接构造设计 联络通道复合管片和洞门防水管片 块与块之间以12根M27的环向螺栓相连 外侧设有弹性密封垫槽，内侧设嵌缝槽 衬砌及拼装形式设计 5+1模式错缝拼装 左、右弯及标准环三种衬砌环形式 二、管片布置形式二、管片布置形式二、管片布置形式二、管片布置形式 A1L min. l + X + X A3LCL CL max. l A3L 4 3 + Z KL BL A2L + Y 5KL6 2 BL A1L min. l A3L A2L A2L KL A3L 2 1 BL + X 6 A1L + Z + X + Y 5 3 A
3、1L 1 CL 4 max. l 三、转弯环管片设计三、转弯环管片设计三、转弯环管片设计三、转弯环管片设计 圆曲线转向角计算：圆曲线转向角计算： =arctg/D 式中： 转弯环的偏转角 转弯环的楔形量 D管片直径 将数据代入得出0.3629 根据圆心角的计算公式： 180L/R 式中： L 线路中心线的长度 R 曲线半径 当R=400m时，L2.53m 当R=450m时，L=2.85m 当R=500m时，L=3.17m 四、管片组合计算四、管片组合计算四、管片组合计算四、管片组合计算 =38mm 五、管片纠偏 推进油缸 盾 构 机 管 盾尾间隙 片 盾尾刷 图2 盾构机与管片、推进油缸关系图
4、 = = 六、管片连接六、管片连接六、管片连接六、管片连接 七、管片吊装、摆放及标识七、管片吊装、摆放及标识七、管片吊装、摆放及标识七、管片吊装、摆放及标识 1、管片摆放1、管片摆放 2、管片标识2、管片标识 八、管片拼装八、管片拼装八、管片拼装八、管片拼装 管片拼装 拼装技术要点 管片选型以满足隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘 进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。 管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。 管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大 于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。 封顶块安
5、装前，应对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入，调整位置后缓 慢纵向顶推。 管片安装完后及时整圆，并在管片环脱离盾尾后对管片连接螺栓进行二次紧固。 九、管片拼装质量要求九、管片拼装质量要求九、管片拼装质量要求九、管片拼装质量要求 检查项目允许偏差 高程50mm 平面50mm 每环相邻管片平整度4mm 纵向相邻管片环面平整度5mm 衬砌环直径椭圆度5 十、管片选型 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。 选择正确的管片必须综合考虑以下因素： A）根据线
6、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 之一：选型重要性及考虑因素 管片选型 管片选型合理正确主要体现在以下几个方面： A）隧道轴线偏差很小，管片拼装的外观质量很好。 B）上下左右的盾尾间隙比较均匀。 C）推进千斤顶的行程差较小。 之二：选型正确的判断标准 管片选型 之三：根据线路特点管片预排版 转弯环偏转角： =2=2arctg/D 线路曲线圆心角： 180L/R ，将曲线半径R代 入，得出L值 L值表示含有1环转弯环时的曲线段弧长 -20 0 0 缓和曲线转向角
7、计算公式 0 0 l2/2RLs 式中： l任意一点距离ZH(或HZ)点的缓和曲线 长度 R圆曲线半径Ls单侧缓和曲线长 缓和曲线弯环位置计算表 弯环 编号 转向角R=400M,L0=60MR=500M,L0=70M （弧度）到ZH或HZ点距离L到ZH或HZ点距离L 第1环0.50.00316529412.326 14.885 第2环1.50.00949588321.350 25.782 第3环2.50.01582647227.562 33.284 第4环3.50.02215706132.612 39.383 第5环4.50.0284876536.978 44.656 第6环5.50.0348
8、1823940.881 49.369 第7环6.50.04114882844.443 53.670 第8环7.50.04747941747.739 57.650 第9环8.50.05381000650.822 61.373 第10环9.50.06014059453.728 64.883 第11环10.50.06647118356.486 68.213 第12环11.50.07280177259.114 71.387 管片选型 之四：选型方法：人工选型和VMT选 型 在SLST自动导向系统中，还专设了管片选型的软件（ Ring Selection Software），完 成一环掘进后，在盾构机操
9、作手的操作下，该软件能自动根据千斤顶行程、盾尾间隙和已 装管片的类型等基础数据预测出未来若干环的管片类型（一般情况下，预测13环）。 10.1 管片的拼装点位管片的拼装点位 转弯环在实际拼装过程中，可以根据不同的拼装点位来控制不同方向 上的偏移量。这里所说的拼装点位是管片拼装时K块所在的位置。管 片拼装点位为在圆周上均匀分成10个点，即管片拼装的10个点位，相 邻点位的旋转角度为36度。由于是错缝拼装，所以相邻两块管片的点 位不能相差2的整数倍。一般情况下，本着有利于隧道防水的要求， 都只使用上部5个点位。根据工程实际情况，选择拼装不同点位的转 弯环，就可以得到不同方向的楔形量（如左、右、上、
10、下等）。下面 是管片左转弯环不同点位的楔形量计算表： 左转弯环楔形量计算表 表1 点位点位10点点1点点2点点9点点8点 方向 点 方向左左左左左 右楔形量右楔形量38mm34.4mm24.8mm34.4mm24.8mm 上楔形量上楔形量19mm7.83mm0.93mm30.2mm37.1mm 下楔形量下楔形量19mm30.2mm37.1mm7.83mm0.93mm 通过管片不同点位的拼 装，就可以实现隧道不同 角度的调向。 推进油缸 盾 构 机 管 盾尾间隙 片 盾尾刷 图2 盾构机与管片、推进油缸关系图 10.2 根据盾尾间隙进行管片选型根据盾尾间隙进行管片选型 如图2所示，通常将盾尾与管
11、片之间的间隙叫盾尾间隙。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45mm，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25mm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
12、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 拼装反方向的转弯环。下面是在不同点位拼装一环左转弯环的 盾尾间隙调整表： 点位点位15点点14点点16点点13点点1点点12点点2点 盾尾间隙测量 结果 点 盾尾间隙测量 结果 右方较 小 右、上方 较小 右、下方 较小 右、上方 较小 右、下方 较小 右、上方 较小 右、下方 较小 向左调整量向左调整量-7.2mm-6.7mm-6.7mm-5.1mm-5.1mm-2.8mm-2.8mm 向右调整量向右调整量7.2mm6.7mm6.7mm5.1mm5.1mm2.8mm2.8mm 向上调整量向上调整
13、量0mm2.8mm2.8mm5.1mm-5.1mm6.7mm-6.7mm 向下调整量向下调整量0mm-2.8mm-2.8mm-5.1mm5.1mm-6.7mm6.7mm 由上表可以看出，拼装一环左转弯环之后，左边盾尾间隙将减小，右边盾尾 间隙将增大，同时通过拼装不同的点位，还可以调节上、下方向的盾尾间 隙。如此时盾构机在进行直线段的掘进，则必须注意在拼装完一环左转弯环 后，选择适当的时机，再拼装一环右转弯环将之调整回来，否则左边盾尾间 隙将越来越小，直至盾尾于管片发生碰撞。如盾构机处于曲线段，则应根据 线路的特点进行综合考虑。 左转弯环盾尾间隙调整量表 表2 10.3 根据油缸行程差进行管片选
14、型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。由图2可以看出，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
15、 的行程差值超过40mm时，就应该拼装转弯环进行纠偏， 拼装一环转弯环对油缸行程的调整量见表1，也就是拼装1 环10点左转弯环，可以使左、右两组的油缸行程差缩小 38mm。 德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机，如图3所示，10对推进 油缸分为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。下面举例说明： 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
16、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。对照表1后得出，此环应选择左转弯环在1点 拼装。拼装完管片后掘进之前油缸行程的初始数据理论为：A 组（上）：454mm B组（右）：465mm C组（下）：453m D组（左）：450mm。这样左右与上下的油缸行程差值基本控 制在20mm之内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。（如 果上述数据在左转弯曲线上，下一环管片仍安装一环左转弯环 管片，那么盾构姿态基本调整过来）。 10.4、盾构间隙与油缸行程之间的关系、盾构间隙与油缸行程之间的关系 在进行管片选型的时候，既要考虑盾尾间 隙，又要考虑油缸行程的差值。而油缸行 程的差值更能反映盾构机与管
