盾構(gòu)機(jī)管片選型技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)管片選型技術(shù)目錄一、盾構(gòu)機(jī)管片選型原則二、盾構(gòu)機(jī)管片選型依據(jù)三、盾構(gòu)機(jī)電腦管片選型一、盾構(gòu)機(jī)管片選型原則管片拼裝時，通過轉(zhuǎn)彎環(huán)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的組合來適應(yīng)不同的曲線要求。管片拼裝時按照以下以下兩個原則：

第一，要適合隧道設(shè)計線路；第二，要適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。這兩者相輔相成，通過正確的管片選型和選擇正確的拼裝點(diǎn)位，將隧道的實(shí)際線路調(diào)整在設(shè)計線路的允許公差±50mm內(nèi)。襯砌管片管片按其材料可分為鋼筋混凝土管片和金屬管片，其中鋼筋混凝土管片應(yīng)用的更廣泛。管片按其形狀可分為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)和轉(zhuǎn)彎環(huán)兩種。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)和轉(zhuǎn)彎環(huán)可以按照不同的組合形式擬合出不同半徑的曲線隧道。隧道設(shè)計軸線（DTA）在理想的情況下，主機(jī)是嚴(yán)格按照DTA向前掘進(jìn)的，主機(jī)的前后產(chǎn)考點(diǎn)應(yīng)該都位于DTA上。如果DTA為一段直線，每掘進(jìn)一環(huán)推進(jìn)油缸向前推進(jìn)相同的距離，如果DTA為曲線，掘進(jìn)時位于曲線外側(cè)的油缸就會比內(nèi)側(cè)油缸距離長一些，在曲線內(nèi)外兩側(cè)的推進(jìn)油缸上產(chǎn)生行程差，否則管片的走向就會和主機(jī)的走向偏離。管片的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)和轉(zhuǎn)彎環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與轉(zhuǎn)彎環(huán)的不同之處在于從拼裝好的一整環(huán)管片的頂部看，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)在平面上的投影為一矩形，而轉(zhuǎn)彎環(huán)在平面上的投影為對稱的梯形，梯形長邊比短邊長38mm。在管片拼裝時，如果正在安裝的一環(huán)為轉(zhuǎn)彎環(huán)，且轉(zhuǎn)彎環(huán)中的楔型塊的位置處于隧道的正上方，這時隧道腰部兩側(cè)將會產(chǎn)生襯砌長度的不同，這種長度的不同稱為超前，它的數(shù)值稱為超前量。如上介紹的管片，每拼裝一環(huán)將會在隧道腰部兩側(cè)產(chǎn)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設(shè)計上是最重要的設(shè)計內(nèi)容。一般超前量的大小起碼要能夠適應(yīng)隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑的要求。但如果超前量設(shè)計的過大，施工中很容易造成管片錯臺和管片失圓，不但給管片拼裝帶來很大困難，更影響隧道的防水和美觀。管片對隧道道的擬合一定的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)環(huán)和一定定的轉(zhuǎn)彎環(huán)環(huán)按照一定定量和適應(yīng)應(yīng)的順序排排列，能夠夠擬合出不不同的半徑徑的曲線隧隧道，這種種管片的排排列計算叫叫做管片對對隧道的擬擬合計算。。下面分別別介紹在直直線、緩和和曲線、圓圓曲線段管管片對隧道道的擬合計計算。隧道直線段段管片對隧隧道的擬合合計算直線段理論論上只需要要標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，，但在掘進(jìn)進(jìn)和管片安安裝時，油油缸推力的的不均勻、、主機(jī)的蛇蛇行、已安安裝管片的的沉降等因因素會造成成盾尾間隙隙和油缸行行程的不均均衡，當(dāng)這這種因素累累加到一定定程度時就就必須安裝裝轉(zhuǎn)彎環(huán)進(jìn)進(jìn)行管片糾糾偏。緩和曲線段段管片對隧隧道的擬合合計算在緩和曲線線段，轉(zhuǎn)彎彎環(huán)的數(shù)量量需要滿足足隧道轉(zhuǎn)彎彎造成的隧隧道總的超超前量的需需要。例如如：緩和曲曲線的長度度為65m；圓曲線線半徑為400m；；管片寬度度為1.5m；每環(huán)環(huán)超前量為為38mm。經(jīng)過計算已已經(jīng)知道整整個緩和曲曲線段隧道道內(nèi)外兩側(cè)側(cè)的超前量量總和為463mm。整個緩緩和曲線段段需要的管管片中數(shù)量量為65m/1.5m=44環(huán)，其中中需要的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎環(huán)數(shù)量量為463mm/38mm=15環(huán)，，需要的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)數(shù)量量為44-15=29環(huán)θ=2γ=2arctgδ/D式中：θ---轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎環(huán)的偏偏轉(zhuǎn)角δ---轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎環(huán)的最最大楔形量量的一半D----管片直徑徑將數(shù)據(jù)帶入入得出θ=0.3629根據(jù)圓心角角公式：α=180L/πR式中：L---一段段線路中心心線的長度度R----曲線半徑徑，取400mθ=α，將將之代入，，取得L=2.282管片對圓曲曲線段隧道道的擬合計計算步驟如如下：上式表明，，在400m圓曲線線上，每隔隔2.282m就要要用一環(huán)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎環(huán)，廣廣州地鐵的的管片長度度為1.5m，也就就是說每隔隔2.282×2=4.564m就需需要兩環(huán)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎環(huán)，即即標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與與轉(zhuǎn)彎環(huán)的的關(guān)系為1環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)環(huán)＋2環(huán)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎環(huán)。管片的鐘點(diǎn)點(diǎn)特征我們從管片片設(shè)計圖上上已經(jīng)知道道管片的縱縱向螺栓孔孔有10個個，而且他他們沿管片片的圓周方方向是均勻勻分部的，，任何相鄰鄰的兩個縱縱向螺栓孔孔與管片中中心所成角角度都為36度，也也就是說管管片沿環(huán)向向有十個安安裝位置，，每個位置置稱為管片片的一個安安裝鐘點(diǎn)。。為了方便便理解我們們把拼裝點(diǎn)點(diǎn)位與時間間刻度相結(jié)結(jié)合，楔形形塊位于最最上方時管管片相對隧隧道的位置置稱為12點(diǎn)，楔形形塊位置順順時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)18度后后管片相對對隧道的安安裝位置稱稱為1點(diǎn)，，再轉(zhuǎn)36度后稱為為2點(diǎn)，以以此類推，，如下圖：：但實(shí)際拼裝裝過程中不不存在12點(diǎn)與6點(diǎn)點(diǎn)拼裝點(diǎn)位位，而且一一般情況下下，本著有有利于隧道道防水的要要求，都只只使用上部部6個點(diǎn)位位。管片選型要要適應(yīng)盾構(gòu)構(gòu)機(jī)姿態(tài)所謂“盾構(gòu)構(gòu)姿態(tài)”是是指盾構(gòu)機(jī)機(jī)的空間方方位和走向向、管片是是在盾尾內(nèi)內(nèi)拼裝，所所以不可避避免地受到到盾構(gòu)機(jī)姿姿態(tài)的限制制。實(shí)際施工中中盾構(gòu)姿態(tài)態(tài)失控的主主要有兩種種表現(xiàn)：一是使盾構(gòu)構(gòu)主機(jī)偏離離DTA，，二是使盾尾尾間隙局部部變小。盾構(gòu)機(jī)應(yīng)盡盡量根據(jù)設(shè)設(shè)計線路進(jìn)進(jìn)行掘進(jìn)，，避免產(chǎn)生生不必要的的偏差。在在實(shí)際掘進(jìn)進(jìn)過程中，，盾構(gòu)機(jī)因因?yàn)榈刭|(zhì)不不均、推力力不均等原原因，盾構(gòu)構(gòu)機(jī)的姿態(tài)態(tài)經(jīng)常會偏偏離隧道設(shè)設(shè)計線路，，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)機(jī)偏離設(shè)計計線路進(jìn)行行糾偏時，，要特別注注意管片型型號的選擇擇，避免因因盾尾間隙隙過小而造造成管片破破損等事故故。如當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況變變化劇烈時，主主機(jī)會突然偏向向一邊很大的數(shù)數(shù)值，盾尾間隙隙將急劇變小，，這是更要在管管片安裝和掘進(jìn)進(jìn)方向上綜合考考慮，避免出現(xiàn)現(xiàn)過激的糾偏以以至造成大錯臺臺，甚至破壞管管片。掘進(jìn)控制和管片片選型在盾構(gòu)施施工中唇齒相依依、相互適應(yīng)，，不能分開對待待。二、盾構(gòu)機(jī)管片選型型依據(jù)根據(jù)油缸行程差差進(jìn)行管片選型型盾構(gòu)機(jī)是依靠推推進(jìn)油缸頂推在在管片上所產(chǎn)生生的反力向前掘掘進(jìn)的，我們把把推進(jìn)油缸按上上、下、左、右右四個方向分成成四組。而每一一個掘進(jìn)循環(huán)這這四組油缸的行行程的差值反應(yīng)應(yīng)了盾構(gòu)機(jī)與管管片平面之間的的空間關(guān)系，可可以看出下一掘掘進(jìn)循環(huán)盾尾間間隙的變化趨勢勢。當(dāng)管片平面面不垂直于盾構(gòu)構(gòu)機(jī)軸線時，各各組推進(jìn)油缸的的行程就會有差差異，當(dāng)這個差差值過大時，推推進(jìn)油缸的推力力就會在管片環(huán)環(huán)的徑向產(chǎn)生較較大的分力，從從而影響已拼裝裝好的隧道管片片以及掘進(jìn)姿態(tài)態(tài)。同時也可以看出出如果繼續(xù)拼裝裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的話，，下部的盾尾間間隙將會進(jìn)一步步減小。通常我我們以各組油缸缸行程的差值的的大小來判斷是是否應(yīng)該拼裝轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎環(huán)，在兩個個相反的方向上上的行程差值超超過40mm時時，就應(yīng)該拼裝裝轉(zhuǎn)彎環(huán)進(jìn)行糾糾偏。德國海瑞克公司司的土壓平衡式式盾構(gòu)機(jī)，20組推進(jìn)油缸分分為A、B、C、D四組，分分別代表上、右右、下、左四個個方向。油缸行程可以通通過位移傳感器器反映在顯示屏屏上，通過計算各組油油缸之間的差值值，就能進(jìn)行正正確的管片選型型?，F(xiàn)有一組油缸行行程的數(shù)據(jù)如下下：B組（右）：1980mmC組（下下）：1964mmD組（左）：1934mmA組（上））：1943mm左右行程差為：：D－B=1934－1980=－46mm上下行程差為：：A－C=1943－1964=－21mm由上可以看出，，盾構(gòu)機(jī)的軸線線相對于管片平平面向左上方方傾斜。在對這這環(huán)管片進(jìn)行選選型的時候，就就應(yīng)選擇一環(huán)左左轉(zhuǎn)彎環(huán)且還要要有向上的偏移移量。根據(jù)盾尾間隙進(jìn)進(jìn)行管片選型如果盾尾間隙過過小，盾殼上的的力直接作用在在管片上，則盾盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過過程中盾尾將會會與管片發(fā)生摩摩擦、碰撞。輕輕則增加盾構(gòu)機(jī)機(jī)向前掘進(jìn)的阻阻力，降低掘進(jìn)進(jìn)速度，重則造造成管片錯臺（（通過調(diào)整盾構(gòu)構(gòu)間隙，可以大大大減少管片錯錯臺量），盾構(gòu)構(gòu)一邊間隙過小小，另一邊相應(yīng)應(yīng)變大，這時盾盾尾尾刷密封效效果降低，在注注漿壓力作用下下，水泥漿很容容易滲漏出來，，破環(huán)盾尾的密密封效果。盾尾間隙是管片片選型的一個重重要依據(jù)。盾尾尾間隙為75mm，每次安裝裝管片之前，對對管片的上、下下、左、右四個個位置進(jìn)行測量量。如發(fā)現(xiàn)有一一方向上的盾尾尾間隙接近50mm時，就要要用轉(zhuǎn)彎環(huán)對盾盾尾間隙進(jìn)行調(diào)調(diào)節(jié)（在盾構(gòu)掘掘進(jìn)過程中，應(yīng)應(yīng)及時跟蹤盾尾尾間隙，發(fā)現(xiàn)盾盾尾間隙有變小小趨勢，最好能能通過千斤頂推推力來調(diào)整間隙隙）。調(diào)整的基基本原則是，哪哪邊的盾尾間隙隙過小，就選擇擇拼裝反方向的的轉(zhuǎn)彎環(huán)。選擇正確的管片片必須綜合考慮慮以下因素：A）根據(jù)線路特特點(diǎn)進(jìn)行管片預(yù)預(yù)排版B）推進(jìn)千斤頂頂?shù)男谐滩睿ㄗ笞笥液蜕舷拢〤）盾尾間隙（（上、下、左、、右）D）鉸接油缸的的行程差。E）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)進(jìn)方向與設(shè)計軸軸線的相對關(guān)系系F）錯縫拼裝觀測了主機(jī)趨勢勢、油缸行程、、盾尾間隙后，，我們就可以預(yù)預(yù)測出來幾環(huán)主主機(jī)的趨勢、盾盾尾間隙的狀態(tài)態(tài)以及管片的類類型。運(yùn)算步驟為：a從導(dǎo)向系統(tǒng)統(tǒng)上記錄主機(jī)位位置和姿態(tài)的所所有信息，以及及盾尾間隙的數(shù)數(shù)據(jù)；b列出公式的的首部分：趨勢勢、油缸行程差差和盾尾間隙；；c計算掘進(jìn)完完成的趨勢形成成差；d預(yù)測管片類類型和安裝點(diǎn)位位；e計算安裝完完成后的油缸行行程和盾尾間隙隙；f把趨勢和油油缸行程以及盾盾尾間隙作為初初始條件列入下下一個計算循環(huán)環(huán)。一般情況下提前前計算3～4環(huán)環(huán)是比較準(zhǔn)確的的，計算完成后后把倔